CN110748602A - 一种两级离心式变转动惯量的储能飞轮 - Google Patents

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田德高
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Abstract

本发明提供了一种两级离心式变转动惯量的储能飞轮，涉及储能机械技术领域，其包括转轴和固定套接于转轴上的主动轮，主动轮上通过离心联动机构连接有从动轮；离心联动机构包括分别设置于主动轮和从动轮上的第一滑槽和第二滑槽，第一滑槽中通过弹簧连接有滑块，第二滑槽中设置有与滑块锥面配合的固定面。在电机启动时仅带动主动轮转动，随着转速的提高滑块会在滑槽内做离心运动滑入第二滑槽内带动从动轮转动，使本储能飞轮被分级启动，在增大转动惯量的同时提高了运转稳定性，并降低了电机的启动负载。

Description

一种两级离心式变转动惯量的储能飞轮
技术领域
本发明涉及储能机械技术领域，特别是涉及一种两级离心式变转动惯量的储能飞轮。
背景技术
飞轮储能是利用高速旋转的飞轮来储存电能，在电能富余时由电动机带动飞轮高速旋转，在放电时利用高速旋转的飞轮的动能驱动发电机发电。当飞轮的转动惯量做得很大时，可以当作能量储存装置，用来将发动机、压力机等动力机械多余的能量储存起来。
现在常见的储能飞轮的转动惯量是恒定不可调节的，当飞轮的转动惯量做得很大时，虽然能增大飞轮的储能容量，提高机械运转的稳定性，但是会使飞轮启动扭矩过大，增加电机的启动功率。目前只有通过安装大功率的电机来满足大转动惯量飞轮的启动问题，但当飞轮稳定运行后，大功率的电机会损耗过多的电能且存在“大马拉小车”的情况。
发明内容
针对现有技术中的上述问题，本发明提供了一种两级离心式变转动惯量的储能飞轮，解决了现有技术中的储能飞轮的转动惯量不能灵活地改变的问题。
为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：
提供一种两级离心式变转动惯量的储能飞轮，其包括转轴和固定套接于转轴上的主动轮，主动轮上通过离心联动机构连接有从动轮。离心联动机构包括分别设置于主动轮和从动轮上的第一滑槽和第二滑槽，第一滑槽中通过弹簧连接有滑块，第二滑槽中设置有与滑块锥面配合的固定面。
进一步地，从动轮上从内到外依次套接有多个分级从动轮，从动轮与分级从动轮之间以及相邻分级从动轮之间均设置有离心联动机构。
进一步地，主动轮与从动轮之间沿圆周均匀设置有若干个离心联动机构。
进一步地，第一滑槽设置于主动轮的外圆柱面上，第二滑槽设置于从动轮的内圆柱面上，第一滑槽和第二滑槽均沿径向设置。
进一步地，弹簧为拉簧，弹簧的一端固定于第一滑槽的底面上，弹簧的另一端固定于滑块的底面上。
进一步地，滑块远离弹簧一端的侧面与固定面锥面配合。
进一步地，分级从动轮和从动轮均通过轴承转动连接于转轴上。
进一步地，从动轮包括与转轴转动连接的轮辐板，轮辐板固定连接于轮缘的端面上，轮缘间隙套接于主动轮上。
本发明的有益效果为：通过在主动轮与从动轮之间设置离心联动机构，只有当主动轮旋转到一定速度后，使通过弹簧连接在主动轮上的滑块在离心力作用下滑动到第二滑槽中，通过滑块将扭矩传递给从动轮，使得主动轮能够带动从动轮一起转动。
所以，在一开始启动时，电机只需要带动主动轮转动，从而实现储能飞轮的低转矩启动，降低电机的启动负载，避免出现“大马拉小车”的情况；在主动轮的转速升到一定程度后再通过离心联动机构带动从动轮转动，从而增加了储能飞轮的转动惯量，提高了储能能力；并且离心联动机构无需人为控制，是在转速达到一定程度后自动带动从动轮一起转动，是与转速有关，通过控制滑块的重量和弹簧的刚度即可控制从动轮与主动轮联动的时机，操作简单、方便，对操作人员没有额外的能力需求。
整个储能飞轮结构简单，离心联动机构的通用性强，通过增加分级从动轮的数量即可增加储能飞轮的转动惯量，可以根据实际需要更加灵活地改变储能飞轮的转动惯量；且整个储能飞轮能够依次分级启动，提高了机械的运行稳定性。
附图说明
图1为两级离心式变转动惯量的储能飞轮的径向剖视图。
图2为两级离心式变转动惯量的储能飞轮的轴向剖视图。
其中，1、转轴；2、主动轮；3、从动轮；31、轮辐板；32、轮缘；4、离心联动机构；41、第一滑槽；42、第二滑槽；421、固定面；43、弹簧；44、滑块；5、分级从动轮。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
如图1所示，该两级离心式变转动惯量的储能飞轮包括转轴1和固定套接于转轴1上的主动轮2，主动轮2上通过离心联动机构4连接有从动轮3。离心联动机构4包括分别设置于主动轮2和从动轮3上的第一滑槽41和第二滑槽42，第一滑槽41中通过弹簧43连接有滑块44，第二滑槽42中设置有与滑块44锥面配合的固定面421。
第一滑槽41设置于主动轮2的外圆柱面上，第二滑槽42设置于从动轮3的内圆柱面上，第一滑槽41和第二滑槽42均沿径向设置。弹簧43为拉簧，弹簧43的一端固定于第一滑槽41的底面上，弹簧43的另一端固定于滑块44的底面上。滑块44远离弹簧43一端的侧面与固定面421锥面配合。
本发明的工作原理是：转轴1通过传动机构与电机连接，电机带动转轴1转动，进而带动与转轴1固定连接的主动轮2转动，主动轮2在旋转过程中会产生离心力，当转速足够大，产生的离心力足够大后，使仅通过弹簧43连接在主动轮2上的滑块44在离心力作用下向远离圆心的一端移动，使滑块44远离弹簧43一端进入第二滑槽42中并锥面配合，通过锥面配合，便于传递扭矩和滑块顺利滑入，第二滑槽42的底面用于限制滑块44的进一步离心运动，使滑块44充当一个销钉的作用来连接主动轮2和从动轮3，进而使从动轮3在主动轮2旋转一段时间后再与主动轮2一起转动。
下面，结合具体实施例来对本发明做进一步详细说明。
实施例1
在上述主方案的基础上，主动轮2与从动轮3之间沿圆周均匀设置有若干个离心联动机构4，以增加从动轮3与主动轮2之间连接的同轴度。
实施例2
在实施例1的基础上作进一步改进，从动轮3包括与转轴1转动连接的轮辐板31，轮辐板31固定连接于轮缘32的端面上，轮缘32间隙套接于主动轮2上。轮辐板31与轮缘32端面的固定连接可以是焊接、整体铸造或螺栓连接等机械常用固定连接方式，以达到降低加工难度的目的。轮辐板31优选与转轴1通过轴承转动连接。
实施例3
在实施例1的基础上作进一步改进，为了增加储能飞轮的转动惯量，可在从动轮3上从内到外依次套接有多个分级从动轮5，从动轮3与分级从动轮5之间以及相邻分级从动轮5之间均设置有离心联动机构4，即在从动轮3上套接第一级分级从动轮并在两者之间设置离心联动机构4，再在第一级分级从动轮上套接第二级分级从动轮并在两者之间设置离心联动机构4，按照对储能飞轮转动惯量的需求，依次递推，直至整个储能飞轮的转动惯量达到需求。
实施例4
在实施例3的基础上作进一步改进，所有分级从动轮5与实施例2中从动轮3的结构类似，仅大小不同，即第一级分级从动轮的轮缘内径大于从动轮3轮缘的外径，第二级分级从动轮的轮缘内径大于第一级分级从动轮的轮缘外径，依次类推，以减少加工工序和所使用的加工设备。相邻分级从动轮5之间的轮辐板设置在轴向的相对侧，如图2所示，即如果从动轮3的轮辐板位于左侧，则第一级分级从动轮的轮辐板位于右侧，然后第二级分级从动轮的轮辐板又位于左侧，从动轮3以及所有分级从动轮5的轮辐板均与转轴1之间转动连接。
实施例5
应用举例，将本储能飞轮应用到我国的主要采油设备游梁式抽油机中，转轴1通过带传动机构与游梁式抽油机的驱动电机的输出轴连接，驱动电机启动后，先带动本储能飞轮进行二级储能，待驱动电机转速稳定后，再通过离合器将驱动电机的输出轴与游梁式抽油机的减速箱输入轴连接，随着速度的下降，本储能飞轮通过带传动机构反向传动将储存的能量释放出来。通过本储能飞轮能够减小驱动电机的启动电流，减轻对驱动电机的冲击，提高驱动电机的使用寿命。
在游梁式抽油机的正常运转过程中，当抽油机下冲程时，本储能飞轮将抽油杆柱释放的能量和驱动电机给出的能量储存起来，转化成飞轮的动能，使其转速升高。当抽油机上冲程时，飞轮转速降低，释放出动能，帮助驱动电机做功。通过在游梁式抽油机中安装本储能飞轮，使***运转趋于平稳，从而改善抽油机工作性能，延长设备寿命，达到了节能降耗的目的。

Claims (8)

1.一种两级离心式变转动惯量的储能飞轮，其特征在于，包括转轴(1)和固定套接于所述转轴(1)上的主动轮(2)，所述主动轮(2)上通过离心联动机构(4)连接有从动轮(3)；
所述离心联动机构(4)包括分别设置于所述主动轮(2)和所述从动轮(3)上的第一滑槽(41)和第二滑槽(42)，所述第一滑槽(41)中通过弹簧(43)连接有滑块(44)，所述第二滑槽(42)中设置有与所述滑块(44)锥面配合的固定面(421)。
2.根据权利要求1所述的两级离心式变转动惯量的储能飞轮，其特征在于，所述从动轮(3)上从内到外依次套接有多个分级从动轮(5)，所述从动轮(3)与所述分级从动轮(5)之间以及相邻所述分级从动轮(5)之间均设置有所述离心联动机构(4)。
3.根据权利要求1所述的两级离心式变转动惯量的储能飞轮，其特征在于，所述主动轮(2)与所述从动轮(3)之间沿圆周设置有若干个所述离心联动机构(4)。
4.根据权利要求1所述的两级离心式变转动惯量的储能飞轮，其特征在于，所述第一滑槽(41)设置于所述主动轮(2)的外圆柱面上，所述第二滑槽(42)设置于所述从动轮(3)的内圆柱面上，所述第一滑槽(41)和所述第二滑槽(42)均沿径向设置。
5.根据权利要求1或4所述的两级离心式变转动惯量的储能飞轮，其特征在于，所述弹簧(43)为拉簧，所述弹簧(43)的一端固定于所述第一滑槽(41)的底面上，所述弹簧(43)的另一端固定于所述滑块(44)的底面上。
6.根据权利要求5所述的两级离心式变转动惯量的储能飞轮，其特征在于，所述滑块(44)远离所述弹簧(43)一端的侧面与所述固定面(421)锥面配合。
7.根据权利要求2所述的两级离心式变转动惯量的储能飞轮，其特征在于，所述分级从动轮(5)和所述从动轮(3)均通过轴承转动连接于所述转轴(1)上。
8.根据权利要求7所述的两级离心式变转动惯量的储能飞轮，其特征在于，所述从动轮(3)包括与所述转轴(1)转动连接的轮辐板(31)，所述轮辐板(31)固定连接于轮缘(32)的端面上，所述轮缘(32)间隙套接于所述主动轮(2)上。
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