ВЕРТИКАЛЬНЫЙ ПОДВЕС МАХОВИЧНОГО НАКОПИТЕЛЯ ЭНЕРГИИ

Область техники
Полезная модель относится к области машиностроения и может быть использована в энергетике в качестве стационарного накопителя энергии.
Предшествующий уровень техники
Известен инерционный аккумулятор, характеризующийся применением вращающегося диска и осью, подвешенного на одном или нескольких шариковых пружинных подпятниках, заключенных в футляре с гидравлическим затвором, причем футляр шарнирно подвешен внутри замкнутого кожуха, вмещающего упомянутый диск и заключающего разряженный воздух, при этом на оси закреплен якорь динамо-мотора, расположенный внутри кожуха или вне его при выведенной наружу оси. (SU, 2290).
Устройство имеет сложную конструкцию, и его ограничением отсутствие смазки шариковых пружинных подпятников.
Известен подвес маховичного накопителя энергии, содержащий корпус подвеса, вал, установленный вертикально в корпусе подвеса, по меньшей мере, две опоры качения, и упругие элементы, установленные внутри корпуса подвеса, опоры качения связаны с валом и корпусом подвеса с возможностью вращения вала, а упругие элементы выполнены подпружинивающими опоры качения, причем вал служит для подсоединения сверху к электромашине, а внизу - к маховику. (Книга, Н.В. Гулиа, «Инерционные аккумуляторы энергии», Воронеж, ВГУ, 1973, стр.54, рис.27).
В этой конструкции маховичного накопителя с вертикальной осью вращения маховик непосредственно соединен с ротором электромашины и подвешен на шаровом шарнире к ротору, причем ротор электромашины, воспринимающий силу тяжести маховика, зафиксирован в упругом подшипниковом подвесе, содержащем несколько упорных подшипников, упруго закрепленных на упомянутом подвесе на пружинах сжатия, и шарнирно зафиксированном на корпусе.
К недостаткам ближайшего аналога можно отнести то, что смазка скоростных подшипников осуществляется заложенным в них пластичным смазочным материалом. Такая смазка создает достаточно большое сопротивление вращению и неудовлетворительно охлаждает опоры качения при больших скоростях вращения маховика. Это снижает срок службы маховичного накопителя энергии, его надежность и увеличивает потери на преобразование энергии.
Раскрытие полезной модели
Решаемая полезной моделью задача - улучшение технико-эксплуатационных характеристик за счет обеспечения циркуляции жидкой смазки опор качения, что снижает сопротивление вращению в опорах и их нагрев.
Технический результат, который получен при выполнении заявленной полезной модели - увеличение срока службы за счет повышения надежности и уменьшения потерь.
Для решения поставленной задачи с достижением указанного технического результата в известном подвесе маховичного накопителя энергии, содержащем корпус подвеса, вал, установленный в корпусе подвеса вертикально, по меньшей мере, две опоры качения, и упругие элементы, установленные внутри корпуса подвеса, опоры качения связаны с валом и корпусом подвеса с возможностью вращения вала, а упругие элементы выполнены подпружинивающими опоры качения, причем вал служит для подсоединения сверху к электромашине, а внизу - к маховику, согласно заявленному устройству введены маслонасос, маслопровод и герметичное уплотнение, в верхней части корпуса подвеса выполнен канал для подачи жидкого масла в верхнюю опору качения, а опоры качения выполнены с возможностью протекания жидкого масла через них и смазывания их тел качения, при этом ниже нижней опоры выполнен слив масла в маслонасос, который реализован в виде винтовой канавки на наружной поверхности вала и в виде обоймы, отверстие которой сообщено с винтовой канавкой, маслопровод подсоединен к отверстию обоймы и к каналу для подачи жидкого масла в верхнюю опору качения, а ниже маслонасоса между валом и корпусом подвеса установлено герметичное уплотнение.
Возможны дополнительные варианты выполнения устройства, в которых целесообразно, чтобы:
- герметичное уплотнение было бы выполнено магнитожидкостного типа;
- опоры качения были бы исполнены в виде упорных шарикоподшипников, каждый из которых выполнен с вращающимся кольцом, закрепленном на валу, и с невращающимся кольцом, установленным в корпусе подвески с возможностью его осевого перемещения, для чего упругий элемент выполнен в виде тарельчатой пружины, установленной между невращающимся кольцом и элементом ограничения ее прогиба, закрепленном на корпусе подвески.
Указанные преимущества полезной модели, а так же ее особенности поясняются с помощью варианта ее выполнения, представленного на чертеже.
Осуществление полезной модели
Настоящая полезная модель поясняется конкретным примером выполнения, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения данной совокупностью существенных признаков заданного технического результата.
Подвес маховичного накопителя энергии содержит корпус 1 подвеса, вал 2, установленный в корпусе 1 подвеса вертикально, по меньшей мере, две опоры 3 качения, и упругие элементы 4, установленные внутри корпуса 1 подвеса. Опоры 3 качения связаны с валом 2 и корпусом 1 подвеса с возможностью вращения вала 2. Упругие элементы 4 выполнены подпружинивающими опоры 3 качения. Вал 2 служит для подсоединения сверху к электромашине 5, а внизу - к маховику 6.
В устройство введены маслонасос 7, маслопровод 8 и герметичное уплотнение 9. В верхней части корпуса 1 подвеса выполнен канал 10 для подачи жидкого масла в верхнюю опору 3 качения. Опоры 3 качения выполнены с возможностью протекания жидкого масла через них и смазывания их тел качения (шариков). Ниже нижней опоры 3 выполнен слив масла в маслонасос 7, который реализован на базе винтовой канавки 11 на наружной поверхности вала 2 и обоймы 12. Отверстие обоймы 12 сообщено с винтовой канавкой 11. Маслопровод 8 (трубка) подсоединен к отверстию обоймы 12 и к каналу 10 для подачи жидкого масла в верхнюю опору 3 качения. Ниже маслонасоса 7 между валом 2 и корпусом 1 подвеса установлено герметичное уплотнение 9.
Для дополнительного повышения надежности герметичное уплотнение 9 может быть выполнено магнитожидкостного типа.
Для дополнительного повышения и уменьшения потери опоры 3 качения исполнены в виде упорных шарикоподшипников, каждый из которых выполнен с вращающимся кольцом 14, закрепленном на валу, и с невращающимся кольцом 15, установленным в корпусе 1 подвески с возможностью его осевого перемещения. Для обеспечения осевого перемещения упругий элемент 4 выполнен в виде тарельчатой пружины, установленной между невращающимся кольцом 15 и элементом 16 ограничения ее прогиба (диск, шайба и т.п.), закрепленном на корпусе 1 подвески.
На чертеже показаны стопорные кольца 17 и 18 для крепления элементов 16 и вращающегося кольца 14, соответственно; корпус 19 маховика 6; гибкий вал 20 (карданный).
Устройство работает следующим образом.
Маховик 6 подвешен через гибкий вал 20, в данном примере на карданный, к валу 2, закрепленном в системе последовательно установленных в вертикальном направлении на корпусе 1 подвеса опор 3 качения, как минимум двух. Вал 2 кинематически соединен с ротором электромашины 5 (обратимой), закрепленной также на корпусе 1. Сам маховик 6 расположен в корпусе 19, в котором понижено давление газовой среды, например, находится разреженный газ. Уплотнение вала 2 осуществляется герметичным уплотнением 9, например, магнитожидкостным. Опора 3 качения закреплена вращающимися кольцами 14 на валу 2, а невращающимися кольцами 15 с возможностью вертикального упругого перемещения на корпусе 1 с помощью упругих элементов 14, например, тарельчатых пружин с элементами 16 ограничения прогиба (упорными деталями) для предотвращения потери устойчивости упругих элементов 14. Под нижним элементом 16 установлена (или выполнена как одно целое с ним) обойма 12 (цилиндрическая) маслонасоса 7, включающего, кроме обоймы 12 винтовую канавку И, выполненную на валу 2 внутри обоймы 12. Нижняя часть обоймы 12 примыкает с герметизацией к герметичному уплотнению 9. От отверстия обоймы 12 отходит маслопровод 8 (трубка), по которому смазочное масло от маслонасоса 7 - «обойма 12 - винтовая канавка 11 на валу 2» поступает по маслопроводу 8 через канал 10 в корпусе 1 к верхней опоре 3 качения, откуда под действием силы тяжести сливается в маслонасос 8, смазав тела качения всех опор 3 (направление движения масла на фиг.1 показано стрелками). Таким образом, устройство позволяет осуществлять эффективную смазку опор 3 на высоких рабочих частотах вращения маховика.
Таким образом, в непрерывном режиме масло по зазорам между корпусом 1, валом 2 и кольцами 14, 15 опор 3 качения, смазав тела качения опор 3, стекает в обойму 12, оттуда маслонасосом 7 снова подается по маслопроводу 8 к верхней опоре 3. От протечек масла к маховику 6 предохраняет герметизация нижней части обоймы 12 герметичным уплотнением 9. Объем масла регулируется диаметром маслопровода 8, размерами опор 3 и маслонасоса 7. За счет обеспечения непрерывного режима смазывания жидкой смазкой деталей удается увеличить срок службы, повысить надежность и существенно уменьшить потери на трение.
Промышленная применимость
Наиболее успешно заявленный вертикальный подвес маховичного накопителя энергии промышленно применим в энергетике.