專利名稱：一種鋼絲預應力纏繞飛輪轉(zhuǎn)子輪轂的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種飛輪儲能部件，尤其涉及一種用于飛輪儲能系統(tǒng)的高強度、低成本的飛輪轉(zhuǎn)子金屬輪轂。
背景技術：
飛輪轉(zhuǎn)子是飛輪儲能系統(tǒng)中最重要的環(huán)節(jié)，選用高抗拉強度的飛輪材料是飛輪電池能夠儲存較多能量的先決條件。為了提高飛輪儲能能力，普遍采用提高轉(zhuǎn)速的方法達到高儲能的要求。隨著轉(zhuǎn)速的提高，轉(zhuǎn)子承受的離心力逐漸增大，當轉(zhuǎn)子徑向拉伸應力力超過
輪轂的強度時，會導致轉(zhuǎn)子輪轂破壞。這種局限性限制了儲能飛輪的儲能密度和儲能能量的提高，嚴重時會導致災難性的惡性事故。目前，國內(nèi)外研制的轉(zhuǎn)子的主流技術是以高強度金屬材料為輪轂，采用復合材料纖維纏繞成型技術制備復合材料環(huán)套，將金屬輪轂和復合材料環(huán)套過盈配合組裝成飛輪轉(zhuǎn)子。但是，金屬輪轂的極限強度有限，使得復合材料層尺寸很大，生產(chǎn)成本十分昂貴。為此，迫切地需要開發(fā)出一種高強度、低成本的高性能飛輪轉(zhuǎn)子輪轂。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明克服上述現(xiàn)有技術的不足，目的在于提供一種抗拉強度高、成本低、使用安全性能的高性能的飛輪轉(zhuǎn)子輪轂。采用鋼絲預應力纏繞結(jié)構，巧妙避免了輪轂與復合材料層之間松脫和輪轂強度不夠的問題。該轉(zhuǎn)子輪轂為圓盤狀或圓柱狀，包括金屬輪轂基體和鋼絲預應力纏繞層。本發(fā)明的方案是一種鋼絲預應力纏繞飛輪轉(zhuǎn)子輪轂，包括金屬輪轂基體和鋼絲纏繞層，所述的金屬輪轂基體為圓盤狀或圓柱狀，所述鋼絲纏繞層形成在金屬輪轂基體的外表面，金屬輪轂基體與鋼絲纏繞層采用預應力纏繞而實現(xiàn)緊密連接。本發(fā)明還具有如下特征I、所述的鋼絲橫截面為帶圓角的矩形、正方形、梯形或圓形直徑為Imm 6mm,強度 2500 3000MPa。2、所述的金屬輪轂基體為鋼/鈦合金或鋁合金，所述的鋼絲為低合金鋼、碳鋼或不銹鋼鋼絲。3、所述鋼絲纏繞層相對于金屬輪轂基體的母線以小于90度的預定角度采用預應力纏繞在所述金屬輪轂基體上，鋼絲的導程等于或者小于鋼絲螺旋線的螺距；鋼絲纏繞層為并行結(jié)構。4、所述的鋼絲纏繞層的張力為預定額定值張力的10-80%，有效鋼絲纏繞層的第一圈和最后一圈的鋼絲預應力張力為預定額定值的10 20%。本發(fā)明的有益效果在于以金屬基體輪轂和超高強度的鋼絲為原料，結(jié)合鋼絲纏繞預應力技術制備高強度飛輪轉(zhuǎn)子金屬輪轂。通過在金屬輪轂基體上預應力纏繞高強度鋼絲層，可使飛輪轉(zhuǎn)子輪轂所承受的極限強度提高到2800MPa，有效降低金屬輪轂的開裂趨勢，減小整個飛輪系統(tǒng)失效破壞的幾率。此種結(jié)構可以改變飛輪轉(zhuǎn)子輪轂的應力狀態(tài)，大大改善輪轂的使用性能，減小整個飛輪系統(tǒng)失效破壞的幾率，實現(xiàn)飛輪轉(zhuǎn)子的可靠性使用。同時，該發(fā)明可有效增加轉(zhuǎn)子的內(nèi)外半徑比，提高飛輪的儲能密度，減少材料的使用量，顯著降低轉(zhuǎn)子制造成本。


圖I為本發(fā)明所述飛輪轉(zhuǎn)子的結(jié)構示意圖；其中，I、金屬輪轂基體，2、鋼絲預應力纏繞層。圖2為本發(fā)明所述飛輪轉(zhuǎn)子的橫截面示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的飛輪轉(zhuǎn)子作進一步詳細的說明。實例I :如圖I所示，本例所述的飛輪轉(zhuǎn)子是由金屬基體輪轂I及鋼絲預應力纏繞層2構成的圓盤狀，其中心處為用于與飛輪連接的軸承孔3。在使用時，只需將按照上述結(jié)構制成的轉(zhuǎn)子通過軸承孔3安裝在飛輪的軸承上即可。所述金屬基體輪轂I可選用現(xiàn)有技術的超高強度鋼、鈦合金或高強鋁合金，利用纏繞機將高強度鋼絲正應力纏繞在金屬輪轂基體上。在纏繞過程中，為避免由于外層鋼絲的纏繞張力使金屬輪轂基體產(chǎn)生壓縮變形，從而引起內(nèi)層鋼絲張力減小及鋼絲纏繞層松弛現(xiàn)象，采用張力單調(diào)遞減的變張力纏繞工藝，保證每根鋼絲同等強度工作，以期充分發(fā)揮鋼絲的強度潛力。所述鋼絲預應力纏繞層2可采用鋼絲纏繞預應力技術，金屬輪轂安放于轉(zhuǎn)盤上，固定在地面上的張力發(fā)生與控制裝置輸出鋼絲，鋼絲隨部件的旋轉(zhuǎn)而逐圈、逐層地纏繞在輪轂外表面。所述鋼絲預應力纏繞不僅限于O Imm 6mm鋼絲。鋼絲的橫截面為帶圓角的矩形、正方形、梯形或圓形。所制得的鋼絲預應力纏繞層的抗拉強度可高達1000-2800MPa。
權利要求
1.一種鋼絲預應力纏繞飛輪轉(zhuǎn)子輪轂，包括金屬輪轂基體和鋼絲纏繞層，其特征在于所述的金屬輪轂基體為圓盤狀或圓柱狀，所述鋼絲纏繞層形成在金屬輪轂基體的外表面，金屬輪轂基體與鋼絲纏繞層采用預應力纏繞而實現(xiàn)緊密連接。
2.根據(jù)權利要求I所述的一種鋼絲預應力纏繞飛輪轉(zhuǎn)子輪轂，其特征在于所述的金屬輪轂基體為鋼/鈦合金或鋁合金，所述的鋼絲為低合金鋼、碳鋼或不銹鋼鋼絲。
3.根據(jù)權利要求I所述的一種鋼絲預應力纏繞飛輪轉(zhuǎn)子輪轂，其特征在于所述的鋼絲橫截面為帶圓角的矩形、正方形、梯形或圓形直徑為Imm 6mm,強度2500 3000MPa。
4.根據(jù)權利要求1、2或3所述的一種鋼絲預應力纏繞飛輪轉(zhuǎn)子輪轂，其特征在于所述鋼絲纏繞層相對于金屬輪轂基體的母線以小于90度的預定角度采用預應力纏繞在所述金屬輪轂基體上，鋼絲的導程等于或者小于鋼絲螺旋線的螺距；鋼絲纏繞層為并行結(jié)構。
5.根據(jù)權利要求1、2、3或4所述的一種鋼絲預應力纏繞飛輪轉(zhuǎn)子輪轂，其特征在于所述的鋼絲纏繞層的張力為預定額定值張力的10-80%，有效鋼絲纏繞層的第一圈和最后一圈的鋼絲預應力張力為預定額定值的10 20%。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鋼絲預應力纏繞飛輪轉(zhuǎn)子輪轂，包括金屬輪轂基體和鋼絲纏繞層，所述的金屬輪轂基體為圓盤狀或圓柱狀，所述鋼絲纏繞層形成在金屬輪轂基體的外表面，金屬輪轂基體與鋼絲纏繞層采用預應力纏繞而實現(xiàn)緊密連接。此種結(jié)構輪轂可以改變飛輪轉(zhuǎn)子輪轂的應力狀態(tài)，大大提高金屬輪轂的使用強度，改善輪轂的使用性能，減小整個飛輪系統(tǒng)失效破壞的幾率，實現(xiàn)飛輪轉(zhuǎn)子的可靠性使用。該發(fā)明可有效增加轉(zhuǎn)子的內(nèi)外半徑比，提高飛輪的儲能密度，同時顯著降低轉(zhuǎn)子制造成本。
文檔編號F16F15/30GK102678821SQ20121017730
公開日2012年9月19日 申請日期2012年6月1日 優(yōu)先權日2012年6月1日
發(fā)明者蔣濤 申請人:北京奇峰聚能科技有限公司