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invention
Fédération de Russie Patent RU2246034

Flywheel stockage d'énergie

Flywheel stockage d'énergie

Nom de l'inventeur: Gulia NV
Le nom du titulaire du brevet: Seeb-ENERGISISTEME GMBH (DE); Gulia Nurbiy Vladimirovich (RU)
Adresse pour la correspondance: 125009, Moscou, p / 184, PPF "JUS" pat.pov. V.I.Ionovu
Date de début du brevet: 05.01.2001

L'invention concerne le domaine de l'énergie et peut être utilisé comme un tampon de stockage d'énergie, par exemple, pour le transport des systèmes électrifiés, alimentations de secours, UPS pour le vent et les centrales solaires.

L'invention est un volant et conduire avec les supports placés dans un séparés par des chambres évacuées remplies d'un gaz raréfié avec différents niveaux de vide en eux, et dans l'un d'entre eux, avec un faible niveau de vide, le lecteur placé, et l'autre, avec un haut niveau de vide 0 1 ... 0.01 Pas, placé volant placé sur sa pompe turbo-moléculaire de l'arbre qui supporte le volant dans une chambre à vide accru par le pompage constant de gaz de la chambre dans la chambre d'actionneur. Le nombre de chambres dans lesquelles le support et les actionneurs sont placés, au moins une, et ces chambres sont séparées de la chambre par le nombre de joints d'étanchéité de la chambre de volant d'inertie, scellée au moins à la fréquence de fonctionnement de rotation du volant. Le résultat technique est de fournir un faibles pertes aérodynamiques dans la chambre de volant simultanément avec un refroidissement efficace de l'entraînement, sans l'utilisation de systèmes de refroidissement séparés.

DESCRIPTION DE L'INVENTION

L'invention concerne le domaine de l' énergie et peut être utilisé comme un tampon de stockage d'énergie, par exemple, pour le transport des systèmes électrifiés, alimentations de secours, UPS pour le vent et les centrales solaires.

systèmes de stockage d'énergie à volant d'inertie connus ayant un volant et conduire avec leurs supports disposés en deux séparés par des chambres évacuées remplies d'un gaz raréfié avec différents niveaux qui y sont sous vide, dans lequel, dans l'un d'entre eux, avec un faible niveau de vide, le lecteur placé, et dans un autre, avec un haut niveau de vide, 0,1 ... 0,01 Pas, volant placé placé sur sa pompe turbo-moléculaire de l'arbre pour soutenir le niveau de vide de la chambre de volant accrue par le pompage constant de gaz de la chambre à conduire la caméra (voir. J. Genta ". l'accumulation d'énergie cinétique ", Moscou, Mir, 1998, s.178-180, ris.3.10). Cette unité est considérée comme un prototype.

L'inconvénient du prototype de dispositif est principalement le fait que tous les types de pompes turbo-moléculaire ayant une pression de sortie maximale inférieure à 1 ... 10 Pa - la pression relative à la frontière entre le milieu et haut vide (LN Rozanov Vacuum Technology, Moscou, Lycée 1987, p.93 et ​​196, Table. A4). Cela signifie que dans la chambre dans laquelle l'actionneur doit être maintenu exactement cette très faible pression à laquelle le gaz a une conductivité thermique suffisamment faible, et par conséquent assure un refroidissement efficace de la machine électrique. A des pressions élevées, déjà liées à un autre niveau de vide - pompe basse ou support, dans lequel les conditions de refroidissement sont favorables, ne peut pas être le travail de la pompe turbo. Voilà pourquoi le prototype comporte un système de refroidissement séparé des machines électriques, complique considérablement le dispositif. Un autre inconvénient de ce dispositif est que, à faibles vitesses du volant, ce qui peut se produire dans la pratique, la pompe turbomoléculaire ne fonctionne pas.

La tâche à résoudre par la présente invention est de fournir un accumulateur à volant d'inertie qui fournit de faibles pertes aérodynamiques dans la chambre de volant simultanément avec un refroidissement efficace de l'entraînement, sans l'utilisation de systèmes de refroidissement spéciaux. Le résultat technique consiste à prévoir un volant d'inertie dans une chambre à vide élevée sous un faible vide dans les chambres d'actionnement, comprenant au stationnaire ou tournant lentement le volant d'inertie, réalisant ainsi un transfert de chaleur élevé de l'élément chauffant actionneur, tel que la machine électrique du rotor aux parois de la chambre. En physique, le vide sous vide basse, moyenne et haute est entendu un état de gaz, respectivement, dans lequel le critère Knudsen est beaucoup inférieur à l'unité, est proche de l'unité, et bien supérieur à l'unité. Environ pour des calculs techniques Knudsen critère peut être défini comme étant L / d eff, où L - longueur du libre parcours des molécules de gaz; d eff - la taille effective d'une chambre à vide. Pour chambre de volant avec un écart type entre le volant et les parois de la chambre, par exemple d' environ 0,01 m 2 d ~ ef Ie 0,02 m. La longueur du libre parcours des molécules dépend de la pression de gaz P (Pa) est défini comme L ~ 0,0063 / p, m. Ainsi, la pression relative aux chambres à vide moyenne pour le volant d'inertie de taille normale, égale à P = 0, 0063 / 0,02 = 0,315 Pa.

La pression sensiblement supérieure à cette valeur applique à vide faible, et si elle est nettement plus faible - à élevé (. Voir ci-dessus livre Rozanov LN, s.20-23). Il convient de noter que la même valeur du critère de Knudsen correspond à une pression de gaz différente, en fonction de la taille et de la configuration d'une chambre à vide. Par exemple, une pression de 0,1 Pa - une chambre à vide élevé pour un diamètre de volant d'inertie et une hauteur de 1 mètre et un espace entre le volant et les parois de 0,01 m, la pression de 0,315 Pa - est, comme mentionné ci-dessus, la moyenne de la même chambre à vide, . Mais si le volant de la chambre de retrait, le plus grand volume de la pression à vide moyen (si la chambre est un cylindre en forme avec un diamètre de 1 m) correspondant est sensiblement égale à 0,0063 Pa et une pression de 0,1 Pa et une pression de 0,315 Pa, le vide est déjà faible. Cependant, de telles propriétés physiques de la dépression que la résistance aérodynamique et de la conductivité thermique, il dépend du critère de Knudsen, et non sur la pression absolue du gaz.

Pour résoudre ce problème et de parvenir à un résultat technique, dans un lecteur volant comprenant un volant et conduire avec les supports placés dans un séparés par des chambres évacuées remplies d'un gaz raréfié avec différents niveaux qui y sont sous vide, dans lequel la chambre d'un niveau de vide bas est placé en voiture avec des supports, et une chambre - avec un niveau de vide élevé est placée la chambre d'actionnement de la commande manuelle avec des supports séparés de la chambre de volant d'inertie, au moins un joint d'étanchéité formé étanche, au moins dans le mode de travail des vitesses de rotation du volant et de la pression du gaz dans les chambres de disques et supporte supérieur dégagement de la pression et des pompes turbomoléculaires maximales se réfère à un faible vide avec un critère de Knudsen inférieure à 0,01, et dans la chambre de volant d'inertie - désigne un vide au critère ci-dessus Knudsen 0,01.

D'autres variantes de l'invention dans lesquels il est nécessaire que:

- Les joints entre les chambres seraient hydrodynamique;

- Les joints entre les chambres seraient de type statique;

- Les joints entre les chambres auraient fait le type statique dynamique combiné;

- Il est muni de cames complémentaires, avec des supports disposés dans la chambre supplémentaire séparée de la chambre de volant d'inertie, au moins un joint d'étanchéité formé scellé, au moins dans le mode de fonctionnement de la fréquence de rotation du volant;

- La chambre serait pourvue de vannes pour volant postes de caméra avec caméras lecteurs et prend en charge à la vitesse du volant inférieur du travail inférieur;

- Le niveau de vide dans la chambre de volant correspondrait aux critères Knudsen, au moins deux ordres de grandeur plus grande que celle de la chambre et des supports.

BREVE DESCRIPTION DES DESSINS

Flywheel stockage d'énergie

La figure 1 montre un volant d'entraînement de régime général.

Figure 2 - le système d'étanchéité de fond (en coupe).

Figure 3 - top schéma d'étanchéité (en coupe).

entraînement du volant comprend un volant d'inertie 1, l'arbre 2 est cinématiquement couplé avec les disques, dans ce cas, deux - rotor 3 machines électriques placés dans la chambre 4 est séparée de la chambre 5 du volant 1, le joint 6, et un entraînement mécanique, par exemple une onde, ce qui permet la sortie de rotation des cavités scellées, et un générateur d'ondes 7 positionné dans la chambre 8 est séparée de la chambre d'étanchéité 5 à 9. onde flexible roue dentée 10 pressurise l'air de la chambre 8, et une roue 11 solidaire de l'arbre de sortie 12 est dans les conditions atmosphériques. Prise en charge 13 et 14 sont dans les chambres de l'actionneur. Seals 6 et 9, par exemple, de type combiné - statique centrifuge (2 - 3, 6 et étanchéité - le joint d'étanchéité 9). Ils comportent une cavité tournante 15 couplé à l'arbre 2, et une cavité fixe 16 reliée à la chambre de logement. L'espace annulaire entre les cavités 17 sont remplies de graisse utilisée dans les systèmes de vide. Pour la gauche de la figure 2, la figure 3 montre le niveau de lubrifiant dans la dynamique h, et à droite - avec un volant fixe 1 lorsque la différence de pression dans les chambres 4, 5 et 8 après équilibrée différence de hauteur de lubrification H 100 ... 120 mm. ainsi Comme l'huile de dynamique distillée en raison de sa rotation. Cependant possible d'utiliser des joints purement statiques et dynamiques purs (par exemple magnétique).

La chambre de pression 5 est définie correspondant à la dépression moyenne et haute - est de dimensions classiques pour la chambre 5 et les écarts entre le volant et les parois de la chambre environ 0,1 ... 0,01 Pa ou Knudsen critère 0,6 ... 6, et 4 et 8 cellules - correspondant au niveau de vide bas et nettement supérieure à la pression de refoulement maximale de la pompe turbo-moléculaire - 10 Pa et atteint 100 Pa ou plus, les critères Knudsen ci-dessous 0,01 pour toutes les dimensions réelles du lecteur de volant. Souhaitable chambres à gaz raréfiés - hélium.

EXEMPLE DE REALISATION DE L'INVENTION

Les chambres 4, 5 et 8 avec le vide correspondant pompes à pression ensemble de gaz correspondant, de préférence l'hélium. Hélium prévoit, d'une part, la perte de puissance réduite pendant la rotation du volant d'inertie, et d'autre part, dans une grande chaleur des unités de transfert. Il est connu que les gaz à de faibles niveaux de vide ont presque la même conductivité thermique que la pression atmosphérique (voir. Rozanov LN Vacuum Technology, MA, Graduate School, 1987, p.25, Figure 2.2). Par conséquent, à une pression supérieure à 100 Pa et un rotor d'entraînement de refroidissement 3 et le générateur d'ondes 7 sera satisfaisant. Dans le même temps, et les conditions de lubrification sont conformes aux exigences, car la pression de 100 Pa et au-dessus ne provoque pas la libération de gaz actif et de l'évaporation de graisse. Cependant, l'effet principal du dispositif est que le différentiel d'impact de la force de pression entre les chambres 4, 5 et 8 sont négligeables - la différence entre, par exemple, 0,1 Pa dans la chambre 5 et 100 Pa dans les chambres 4 et 8 provoque tous les effets 0,01 H 1 cm 2 de la surface active des joints 6 et 9. Si le joint avait une pression atmosphérique normale dans les chambres 4 et 8, la force exercée sur le joint d' étanchéité serait 1000 fois plus élevées. Ainsi, pratiquement sans perturber les lecteurs en mode de refroidissement et les exigences pour sa résistance à l'oxydation et à la corrosion de poussière de plus en plus, le dispositif permet l'utilisation de joints d'étanchéité de conception simple 6 et 9, deux - trois ordres de grandeur moins intenses que la pression atmosphérique dans les chambres 4 et 8. est à la complexité, la taille, le poids, le coût, la perte de puissance beaucoup plus faible lors de la rotation et sensiblement plus grande durabilité. En particulier, représenté sur les figures 2 et 3 combinés d'étanchéité et pouvant fonctionner pour résister à la différence de pression de 100 Pa dans la dynamique et le volant 1 à l'arrêt.

Si seuls les joints d'étanchéité dynamiques, telles que centrifugation ou vintokanavochnye, leur taille a noté la différence de pression peut être sensiblement plus petit, 30 ... 50 mm axialement. Dans ce cas, les vannes 18 et 19 reliant les chambres 4 et 5 avec le travail lors de la caméra 8 en réduisant la vitesse du volant 1 ci-dessous fonctionnant par rotation.

Dans le cas des joints magnétiques comme statiques, leur taille, la complexité, le coût et la perte en rotation est beaucoup plus petite qu'une pression différentielle d'un bar (100 kPa).

APPLICATION INDUSTRIELLE

La présente invention répond au critère "d'application industrielle" que possible en utilisant des matériaux et des moyens de technologies de production connus.

L'utilisation de la présente invention pour créer un lecteur volant, a une grande efficacité quand il est suffisamment simple, et la puissance de décollage et d'alimentation entraîne le volant et le volant peut être plusieurs, en assurant leur refroidissement adéquat.

REVENDICATIONS

1. Unité de volant d'inertie comprenant un volant et un entraînement des supports placés dans une unité séparée par les chambres sous vide rempli d'un gaz raréfié à différents niveaux qui s'y trouvent sous vide, chambre dans laquelle un niveau de vide bas avec les supports mis en place et une chambre à vide élevé avec un niveau placé volant d'inertie, caractérisé en ce que la chambre d'entraînement avec des supports séparés de la chambre de volant d'inertie, au moins un joint d'étanchéité formé étanche, au moins dans le mode de travail des vitesses de rotation du volant et de la pression du gaz dans les chambres de disques et supporte les pompes turbomoléculaires supérieures libèrent la pression maximale et fait référence à un critère de vide faible Knudsen inférieure à 0,01, le volant et la pression dans la chambre à vide pour appliquer un critère de Knudsen au-dessus de 0,01.

2. Volant d'entraînement selon la revendication 1, caractérisé en ce que le joint d'étanchéité formé entre les chambres hydrodynamiques.

3. Le disque volant selon la revendication 1, caractérisé en ce que le joint d'étanchéité entre les chambres sont faites de type statique.

4. volant accumulateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le joint d'étanchéité entre les chambres sont réalisées avec le type statique, dynamique combiné.

5. unité de volant d'inertie selon la revendication 1, caractérisé en ce qu 'il est pourvu d'un entraînement à came complémentaire, avec des supports disposés dans la chambre supplémentaire séparée de la chambre de volant d'inertie, au moins un joint d'étanchéité formé scellé, au moins dans le mode de fréquences de fonctionnement volant.

6. L'entraînement de volant selon l'une quelconque des revendications 1, 2 ou 5, caractérisé en ce que les chambres sont pourvues de soupapes pour la communication avec une chambre de volant d'inertie et supporte des chambres d'entraînement à une vitesse de rotation inférieure du volant de travail ci-dessous.

7. entraînement de volant selon l'une quelconque des revendications 1-6, caractérisé en ce que le niveau de vide dans la chambre de volant d'inertie Knudsen répond au critère, au moins deux ordres de grandeur supérieure à celle dans les chambres et l'actionneur prend en charge.

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Date de publication 16.02.2007gg