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用于減少支撐結構上負載的裝置,特別是慣性能蓄積裝置.pdf

摘要
申請專利號:

CN201380067161.6

申請日:

2013.12.18

公開號:

CN105026752A

公開日:

2015.11.04

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||實質審查的生效IPC(主分類):F03G 7/00申請日:20131218|||公開
IPC分類號: F03G7/00 主分類號: F03G7/00
申請人: S4能源公司
發明人: 卡爾·馬里亞·德弗里斯
地址: 荷蘭鹿特丹
優先權: 2010039 2012.12.21 NL
專利代理機構: 北京德琦知識產權代理有限公司11018 代理人: 周艷玲; 王琦
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201380067161.6

授權公告號:

||||||

法律狀態公告日:

2018.01.30|||2016.01.13|||2015.11.04

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明涉及一種用于減少支撐結構上的負載的裝置(10),包括:限定腔室(19)的殼體(12);至少一個物體(28),具有第一面(34)和大致相反的第二面(32),借助于支撐結構被安裝在腔室(19)中,并且相對于殼體(12)能移位以留出間隙(38),間隙(38)被提供有將腔室(19)的第一區段(70)和第二區段(72)分隔開的密封件(46);和暴露機構(42;92),用于使至少第一面(34)暴露于氣壓,由此產生向上的壓差力以至少部分地補償物體的重量,其中密封件(46)由殼體(12)的可移動部分(44)支撐,并且所述裝置(10)進一步包括用于調節至少所述可移動部分(44)的位置的機構(48)。

權利要求書

權利要求書
1.  一種用于減少支撐結構上的負載的裝置(10),包括:限定腔室(19)的殼體(12);至少一個物體(28),具有第一面(34)和大致相反的第二面(32),所述物體(28)借助于所述支撐結構被安裝在所述腔室(19)中,使得所述物體(28)能夠相對于所述殼體(12)移位以在物體外周和所述腔室的內周之間留出間隙(38),其中密封件(46)被提供在所述間隙(38)中以將所述腔室(19)的第一區段(70)和所述腔室(19)的第二區段(72)分隔開;暴露機構(42;92),用于使所述物體(28)的在所述第一區段(70)中的至少所述第一面(34)暴露于氣壓,該氣壓與施加在位于所述第二區段(72)中的所述大致相反的第二面(32)上的壓力相比產生向上的壓差力,該向上的壓差力至少部分地補償所述物體(28)的重量,其中所述密封件(46)由所述殼體(12)的可移動部分(44)支撐,并且所述裝置進一步包括用于調節所述殼體的至少所述可移動部分(44)相對于所述物體(28)的位置的調節機構(48)。

2.  根據權利要求1所述的裝置(10),其中所述至少一個物體能夠相對于所述殼體(12)繞旋轉軸線(30)旋轉,以在所述物體外周和所述腔室的內周之間留出間隙(38)。

3.  根據權利要求2所述的裝置(10),特別地用于蓄積慣性能,包括限定轉子腔室(19)的殼體(12),所述至少一個物體是具有作為第一面的底端面(34)和作為第二面的大致相反的頂端面(32)的至少一個轉子(28),所述轉子(28)被安裝在所述轉子腔室(19)中,使得所述轉子(28)能夠相對于所述殼體(12)豎向移位并且使得所述轉子(28)能夠相對于所述殼體(12)繞豎向旋轉軸線(30)旋轉以在轉子外周和所述轉子腔室的內周之間留出所述間隙(38),其中所述密封件(46)被提供在所述間隙(38)中以將所述轉子腔室(19)的第一區段(70)和所述轉子腔室(19)的第二區段(72)分隔開,并且其中所述暴露機構是用于將所述轉子(28)的在所述第一區段(70)中的至少所述底端面(34)暴露于氣壓的機構(42;92),該氣壓與施加在位于所述第二區段(72)中的所述大致相反的頂端面(32)上的壓力相比產生向上的壓差力,該向上的壓差力至少部分地補償所述轉子(28)的重量。

4.  根據前述權利要求中任一項所述的裝置,其中所述可移動部分(44)是所述殼體(12)的底部(18)的豎向可移動部分。

5.  根據權利要求4所述的裝置,其中所述調節機構(48)是用于調節所述殼體(12)的底部(18)的豎向可移動部分(44)相對于所述支撐結構的高度位置的高度位置的機構。

6.  根據前述權利要求中任一項所述的裝置,其中所述密封件(46)在其與所述轉子(28)相對的面上包括至少一個環形突起和/或環形凹進(64)。

7.  根據權利要求6所述的裝置,其中所述可移動部分(44)包括提供有通道(66)的主體(60),所述通道(66)具有與所述凹進(64)流體連通的第一端并具有與用于從所述凹進(64)抽吸氣體的機構(68a;68b)流體連通的第二端。

8.  根據權利要求6所述的裝置,其中所述密封件(46)包括多個凹進(64a;64b;64c),其中至少兩個凹進(64a,64b)均與所述可移動部分(44)的主體(60)中的關聯的流動通道(66)的第一端(65)流體連通,所述可移動部分(44)的主體(60)中的關聯的流動通道(66)的第二端(67)與用于從這些凹進(64a,64b)抽吸氣體的機構(68a;68b)流體連通。

9.  根據權利要求8所述的裝置,其中所述抽吸機構(68a,68b)被設計為使得所述密封件(46)上的壓力徑向向外逐步地減小。

10.  根據前述權利要求中任一項所述的裝置,其中抽吸機構(68a)包括泵,所述泵的吸入側被連接到相應的凹進(64a),并且排放側被連接到所述暴露機構(92,42)。

11.  根據前述權利要求中任一項所述的裝置,其中所述調節機構(48)選自包括活塞-缸筒組件、馬達、主軸、線性致動器、電磁體的組,優選地是氣動活塞-缸筒組件。

12.  根據前述權利要求中任一項所述的裝置,進一步包括用于監測所述轉子相對于所述密封件的位置的監測機構(110)和用于基于所述監測機構(110)的信號致動所述調節機構的控制裝置(112)。

13.  根據權利要求12所述的裝置,其中所述監測機構(110)包括用于確定所述密封件和所述轉子之間的距離的距離測量機構,特別地用于測量所述密封件的頂面和所述轉子的底端面之間的距離。

14.  根據前述權利要求中任一項所述的裝置,進一步包括用于確定所述物體相對于所述支撐結構的位移的機構(114)。

15.  根據權利要求14所述的裝置,其中所述位移確定機構(114)是用于確定具有豎向旋轉軸線的轉子相對于支撐軸承的豎向位移的機構。

說明書

說明書用于減少支撐結構上負載的裝置,特別是慣性能蓄積裝置
技術領域
本發明涉及一種用于減少諸如軸承之類的支撐結構上的負載的裝置,特別地,本發明涉及一種慣性能蓄積裝置,其允許例如吸收與諸如電動機或者風力渦輪機之類的用于產生能量的單元關聯的能量產生和/或消耗中的波動。后一類型的裝置也可被用于回收且然后恢復或者以一些其它方式使用減慢和/或減速的功率。根據本發明的裝置也可用于穩定轉速。
背景技術
已知各種類型的能量存儲系統。一種類型是基于飛輪,也就是說,基于通過能量輸入設置為旋轉的至少一個質塊,該質塊在能量輸入停止之后在慣性作用下將繼續旋轉。旋轉質塊被連接到馬達,馬達在能量存儲期構成輸入能量的機構,或者在能量恢復期構成發電機。飛輪越重并且飛輪越能夠以最低可能的摩擦快速旋轉,則能夠儲存的能量的量越大。因此,飛輪軸承的安裝至關重要。
在一些類型的飛輪中,通過施加電磁力來使軸承至少部分地解除飛輪重量。
另一類型的飛輪在PCT申請PCT/NL2009/000248中描述。該基于飛輪的慣性能蓄積裝置包括框架和安裝成能夠相對于框架繞旋轉軸線旋轉的至少一個飛輪,以及用于將飛輪的至少一個面暴露于氣壓的機構,該氣壓與施加到飛輪的大致相反面的壓力相比產生向上的壓差力,該向上的壓差力至少部分地補償飛輪重量,諸如借助于圍繞飛輪的被暴露于氣壓的面的所謂得氣流減速機構(在本申請中稱為密封件)實現。陳述了在該裝置中,不僅飛輪軸承被至少部分地解除飛輪重量,由此它們的壽命增加,而且還明顯降低了每千瓦/小時的成本。這些氣流減速機構使得可以在泄漏空間中產生壓強水頭差降(drop in pressure head)。它們典型在形成在飛輪和與框架一體的表面之間。在一實施例中,這些流動減速機構包括迷宮式密封件。在這樣的密封件中,氣流路徑包括產生壓強水頭差降(“落差”)的一系列特定特征。例如,用于氣體通路的橫截面被交替地減小和擴大。
現在看起來,在根據所述PCT申請的中試規模模型的裝置中,總的能量損失出乎意料地高,且因此飛輪可傳送能量,例如用于對一個或者更多個其它設備提供能量 (charge)的時間周期較短。因此,該裝置不能以經濟可行方式運行。此外,制造這樣的裝置是復雜的,因為結構上不可避免的公差大于設計特性。
在WO2011/155838A1中,已經提出了使用具有倒置截頭錐形形狀的轉子,其帶有位于直立壁之間的間隙中的匹配(半)迷宮式密封件。該設計具有自對中效果。但是,該裝置的穩定性和安全性尚不令人滿意。總體上,密封件的易損性較高。在緊急狀況下,例如故障、缺陷、意外事件等等,由于轉子和密封件之間的(摩擦)接觸,很可能使密封件的精確地制成的、通常為定制的特定特征發生嚴重損壞。轉子本身也可能受損。此外,操作是復雜的,特別地起動以及保持適當的間隙尺寸。
發明內容
總體上,本發明旨在降低物體作用在其支撐結構上的負載的裝置。
本發明還旨在進一步改進基于轉子的慣性能蓄積裝置,特別地旨在減少轉子作用在軸承上的負載。
本發明的進一步目的在于提高該裝置的安全性和/或減少密封件和/或物體諸如轉子在故障情況下的損壞。
本發明的再一目的在于允許以準確方式定位密封件,以允許主要通過氣流控制諸如轉子的物體的懸浮。根據本發明,用于減少支撐結構上的負載的裝置包括:限定腔室的殼體;至少一個物體,具有第一面和大致相反的第二面,其中物體借助于所述支撐結構被安裝在腔室中,使得物體能夠相對于殼體移位以在物體的外周和腔室的內周之間留出間隙,其中密封件被提供在所述間隙中以將腔室的第一區段和腔室的第二區段分隔開;暴露機構,用于使物體的在第一區段中的至少第一面暴露于氣壓,該氣壓與施加在位于第二區段中的大致相反的第二面上的壓力相比產生向上的壓差力,該壓差力至少部分地補償物體的重量,其中所述密封件由殼體的可移動部分支撐,并且該裝置進一步包括用于調節殼體的至少所述可移動部分相對于物體的位置的調節機構。
在根據本發明的裝置中,物體借助于支撐結構被安裝在由殼體限定的腔室中,該支撐結構諸如是一個或者更多個軸承,如樞軸承(止推軸承)。在物體的外周和殼體的內周之間存在間隙。透氣(即允許氣體流動)的密封件作為氣體流動限制機構被提供在該間隙中。為了減少軸承上的負載,在物體上施加氣壓差,由此使物體懸浮。考慮到使得氣體從腔室的第一區段至第二區段的流動最小化,將密封件和物體之間的距離且由此懸浮高度保持為小,通常為數十微米的數量級。然而,由氣流確定的這樣小的高度不足以明顯降低軸承上的負載,其中游隙通常為數十毫米的量級。在根據本發明的裝置中,在懸浮時,由調節機構支撐的密封件的相對于支撐結構的位置用調節機構 調節,以便物體與其支撐結構的距離被增加直至支撐結構上的負載被明顯減輕,同時從密封件到懸浮的物體的距離不明顯改變。在優選實施例中,該至少一個物體能夠相對于殼體繞旋轉軸線旋轉以在物體外周和腔室的內周之間留出間隙,例如轉子、飛輪、離心機、車床等等。在該實施例中,物體可具有水平旋轉軸線,其中減少軸承上負載的懸浮是豎向位移。在最優選實施例中,可旋轉物體具有豎向旋轉軸線,而懸浮同樣是在豎向方向。
在本發明另一優選實施例中,特別地用于蓄積慣性能,根據本發明的裝置包括限定轉子腔室的殼體,至少一個物體是具有作為第一面的底端面和作為第二面的大致相反的頂端面的至少一個轉子,轉子被安裝在轉子腔室中,使得轉子能夠相對于殼體豎向移位并且使得轉子能夠相對于殼體繞豎向旋轉軸線旋轉以在轉子外周和轉子腔室的內周之間留出間隙,其中密封件被提供在所述間隙中以將轉子腔室的第一區段和轉子腔室的第二區段分隔開,并且其中暴露機構是用于將轉子的在第一區段中的至少底端面暴露于氣壓的機構,該氣壓與施加在位于第二區段中的大致相反的頂端面上的壓力相比產生向上的壓差力,該壓差力至少部分地補償轉子的重量。
根據本發明的慣性能蓄積裝置包括殼體,殼體具有壁,諸如底壁、(圓柱形的)直立壁和頂壁,該殼體對于環境是氣密密封的。殼體的內部限定轉子腔室,諸如飛輪之類的轉子被安裝在轉子腔室中且在操作期間與殼體的壁分離開間隙。轉子能夠繞豎向軸線旋轉。通常,旋轉軸從轉子的兩個端面延伸到提供在殼體的頂部和底部中的合適軸承中。在有利實施例中,旋轉軸僅從轉子的底端面延伸到殼體的底部中的合適(樞)軸承中。轉子能夠在存儲時間期間聯接到用于輸入能量的機構,諸如電動機或者風力渦輪機,而在用于將能量傳送到一個或者更多個設備的釋放周期期間被聯接到發電機。具有高的重量的轉子具有由底端面、相反的上端面和連接該兩個端面的例如直立壁限定的外周。透氣(即允許氣體流動)的密封件作為氣體流動限制機構被提供在該間隙中。該密封件將轉子腔室劃分為轉子腔室的第一(下部)區段和轉子腔室的第二(上部)區段。轉子的頂面被包含在上部區段中,而底面被至少部分地包含在下部區段中。裝置還包括用于使轉子的在第一區段中的至少底端面暴露于氣壓的機構,該氣壓與施加于在上部區段中的大致相反的頂端面上的壓力相比產生向上的壓差力,該壓差力至少部分地補償轉子的重量。該壓差主要由密封件產生。通常,氣體將被幾乎從殼體底部中以豎向旋轉軸為中心的一個或者更多個位置吹送-或者在負壓操作中被抽離,同時同心的密封件被布置成與豎向旋轉軸線同心。在操作期間,轉子在殼體的底部上方自由旋轉。如上所述,密封件位置的調節有助于減少在支撐軸承上的負載。在緊急狀況下,還存在轉子將下降并接觸密封件的風險,而與其位置無關。為了在這種情況下保 護密封件免受損壞,調節機構可運行以使由可移動部分支撐的密封件縮回到殼體的鄰近可移動部分的相應區段中,由此防止接觸且由此防止損壞脆弱且昂貴的密封件。由此,根據本發明的裝置的該設計允許容易且安全的操作。
申請人還發現,對于經濟操作而言,間隙寬度優選地應當非常小,為數十微米至數百微米的數量級。但是,如果密封件是裝置的固定部分,則結構公差容易超過這樣小的尺寸。承載密封件的可移動部分使得能夠設定這種小間隙。由此,調節機構允許以微米水平準確定位可移動部分以及由此準確定位密封件。考慮到能量效率因素,氣體向間隙中的流動優選地是小的,但對于物體的懸浮是足夠的。這要求在第一區段和第二區段之間的密封件上有足夠的壓降。密封件中非常小的間隙寬度,例如小于100微米,諸如50微米,已被證明是成功的。
物體在操作期間的實際懸浮主要通過調節流動波動時的氣體流動被控制。借助于調節機構進一步調節可移動部分可以有助于穩定物體相對于殼體的位置。與流動控制相比,后者是緩慢調整。
在殼體的內壁和物體的表面之間的間隙中的密封件允許氣體從腔室底部區段到其上部區段的受限流動。有利地,由可移動部分支撐的密封件是迷宮式密封件,包括—如沿供給的或者抽離的氣體的流動方向觀察的—一系列突出部和/或凹槽,該一系列突出部和/或凹槽在密封件的與轉子相對的面中形成壓強水頭差降。典型地,間隙中用于氣體通路的橫截面以交替方式減小和擴大。典型地,物體的協同操作面是大致平坦的。
在進一步優選的實施例中,可移動部分包括與物體(豎向)軸線同心的主體。有利地,密封件也與此軸線同心。可移動部分優選地是可更換的。
密封件可以位于在殼體的直立壁中,例如如在WO 2011/155838A1中教導的。在該實施例中,密封件以及其可移動支撐件有利地包括有可分離的至少兩個部分,否則其中直徑必須增大的環形密封件無法縮回到殼體的面中。
因此,在優選的實施例中,對密封件進行支撐的可移動部分是殼體的底部的豎向可移動部分。有利地,在該優選實施例中,可移動部分被布置在是圓柱形的腔室的半徑的30-70%的徑向距離處,該徑向距離主要由可用于懸浮的區域和腔室容積之間的平衡來確定,例如轉子可在其中幾乎無任何摩擦地旋轉的轉子腔室。
其次,優選的調節機構是用于對殼體的底部的豎向可移動部分相對于支撐結構的高度位置的高度位置進行調節的機構。
有利地,密封件在其與物體相對的面中包括至少一個環形突起和/或環形凹進,物體諸如是具有豎向旋轉軸線的轉子。該凹進有利地經由相應的管道連接到用于排放氣體的機構,諸如抽吸泵,由此在密封件上導致足夠的壓降。優選地,可移動部分包括 提供有氣體流動通道的主體,該氣體流動通道具有與所述凹進流體連通的第一端并具有與用于從該凹進抽吸氣體的機構流體連通的第二端。
在本發明另一優選實施例中,密封件包括多個環形凹進,該多個環形凹進優選圍繞物體的豎向軸線同心布置,其中至少兩個凹進均被連接到用于從相應的凹進抽吸氣體的抽吸機構。因此,在這些凹進處的抽吸可被分別地控制,由此允許密封件上的氣壓從第一區段向第二區段逐步減小。例如,密封件可以包括三個凹進,每個凹進均具有其自己的抽吸點,并且均連接到其自己的泵等等。第一個凹進將氣壓從大約500-100mbar減小到200-50mbar,第二個凹進將氣壓進一步降低到100-10mbar,第三個凹進將氣壓減小到1-0.005mbar。考慮到由于摩擦引起的能量損失和泵的能量消耗,密封件上的氣壓的逐步減小是優選的。因此優選地,密封件包括多個環形凹進,其中至少兩個凹進均與對密封件進行支撐的可移動部分的主體中的關聯的氣體流動通道的第一端流體連通,并且其中對密封件進行支撐的可移動部分的主體中的關聯的氣體流動通道的第二端與用于從這些凹進抽吸氣體的抽吸機構流體連通。抽吸機構優選被設計為使得密封件上的壓力徑向向外逐步減小。該抽吸機構或每個抽吸機構可包括至少一個泵,該至少一個泵的吸入側被連接到凹進,而排放側被連接到暴露機構。以這種方式,建立用于氣體循環的大致閉合環路。
在可旋轉物體的有利實施例中,特別地在包括具有豎向旋轉軸線的轉子的能量蓄積裝置的有利實施例中,暴露機構被設計為使得在第一區段中施加在物體(轉子)的底端面上的絕對氣壓小于大氣壓力,例如在100-500mbar的范圍內。優選地,第二或者上部區段保持在小于10mbar、更優選地小于5mbar并且最優選地小于2mbar的壓力下,諸如1mbar。于是,旋轉物體在幾乎真空的上部區段中的摩擦是小的。
可選地,除了上述其它機構之外,根據本發明的裝置還包括用于減小第二上部區段中的壓力的輔助機構。該機構諸如是泵,在起動期間被致動,并且在第二區段中形成真空并且有效地將轉子“拉”到更高水平。一旦物體處于操作位置,諸如在轉子的情況下的旋轉運動,該輔助機構的動作可停止。
優選的調節機構選自包括活塞-缸筒組件、馬達、主軸(spindle)、線性致動器、電磁體的組。氣動活塞-缸筒組件是最優選的。
有利地,間隙寬度,特別是密封件處的間隙寬度被連續地監測。如所述的,在操作期間對間隙寬度的控制主要通過調節用于懸浮的氣流來執行。在例如由間隙寬度的改變超過預制水平或范圍所指示的緊急狀況下,監測機構被設計成啟動調節機構以使密封件縮回到相應的殼體區段中。
間隙寬度的監測優選地使用用于確定在殼體的一部分(例如密封件)和物體的至 少相對部分之間的距離的諸如激光機構之類的距離測量機構執行,并使用控制機構來基于表示由距離測量機構確定的距離來致動調節機構(如果需要),例如如果所測量的距離與設定距離的偏差超過閾值。
在另一優選實施例中,根據本發明的裝置還包括用于確定物體相對于支撐結構的位移的機構,更優選地用于確定具有豎向旋轉軸線的轉子相對于支撐(樞)軸承的豎向位移的機構。
在進一步有利的實施例中,高度調節機構典型地被布置在豎向可移動部分下方在裝置底部的凹進中。為防止從第一區段繞過密封件向第二區段的泄漏,柔性的不透氣膜,諸如環形盤狀金屬箔被安裝在殼體的可移動部分和固定部分(諸如底部部分)之間,優選地如沿氣體的流動方向觀察時在可移動部分的上游側。膜的柔性使得其安裝到可移動部分的邊緣、優選地外邊緣遵循任何移動,而相反的(優選地內)邊緣保持膜與固定部分的安裝。
該裝置可以包括在吸氣側和送氣側之間的熱交換器,用于冷卻氣體。在使用期間,氣體因壓縮和/或氣體和轉子之間的磨擦而加熱。為防止裝置的熱損壞,熱交換器在氣體不接觸轉子時冷卻氣體。
吸入和/或輸送的氣體優選地主要由空氣、氫氣或者氦氣組成,因為它們具有低的摩擦系數和低粘度。通常,氦氣由于其穩定性及其低的摩擦系數而是優選的。
物體可以是空心圓錐體轉子,其中質量集中于外壁和外面中。這特別地適用于工業應用。在優選實施例,例如對于較小的家用應用,物體是實心的,例如由鋼筋混凝土或者金屬制成。如有必要,物體可以通過如交叉輻條之類的加強元件被加強。
根據本發明的慣性能蓄積裝置的特定用途旨在吸收在與用于產生能量的單元關聯的能量產生和/或消耗中的波動,該單元特別地產生電能、特別地使用風力渦輪機來產生能量。
典型地,根據本發明的該慣性能蓄積裝置連接到動力源,諸如風力渦輪機、由太陽能提供動力的馬達,或者電動機,以對轉子提供能量。釋放能量(discharge)典型地通過發電機進行,以將轉子的轉速轉換為電能。
附圖說明
通過附圖進一步例示本發明的若干方面,其中:
圖1是根據本發明的裝置的實施例的總體示意圖;
圖2是根據本發明的裝置的可移動底部部分的實施例的示意圖;和
圖3是在根據本發明的裝置的密封件中進行減壓的實施例的示意圖。
在以下對圖1至3中所示的各實施例的詳細討論中,相似的部分以相同附圖標記指示。
具體實施方式
根據本發明的慣性能蓄積裝置10包括大體圓柱形的殼體12,殼體12具有例如為可拆卸圓形蓋板的頂壁14、圓柱形的直立壁16和底部18。殼體12的內部限定轉子腔室19。殼體12可以被包含在托盤型罐20中。頂壁14延伸直到罐20的直立壁22。在該實施例中,在各個直立壁14和22之間存在潰縮區24(以3個環形板26示意性地示出),用于限制故障情況下的損壞。盤形轉子28具有與其厚度相比的相對大的直徑,其安裝在轉子腔室19中,以使轉子能夠繞其豎向的旋轉軸線30旋轉。軸30被保持在支撐結構中,這里為在底部中以及可選地在頂壁中的合適的樞軸承31。轉子28具有頂端面32、底端面34和在端面32、34之間的圓柱形的直立壁36。轉子可以是均質的(massive)。在非均質轉子的情況下,優選地,重量將存在于轉子外周處。在殼體12和轉子28之間存在小間隙38(為清楚起見,附圖未按比例繪制),除了在豎軸30的位置之外。緩沖塊40被提供在殼體12的與轉子28的圓柱形壁36相對的圓柱形壁16上,并且分別接近轉子的在頂壁14和底部18處的周界。在非平衡旋轉的情況下,轉子28與這些塊40碰撞,由此對轉子旋轉進行制動并且限制損壞。附圖標記42指示進氣口,氣體借助于泵(圖1未示出)通過該進氣口42被吹向下端面34或者被從下端面34抽離,由此提供向上的力。在該實施例中,底部18包括環形圈狀部分,該環形圈狀部分能夠沿豎向方向移動。部分的上表面被提供有密封件46,如在圖2和3中更詳細地示出的。氣動活塞筒48被提供作為用于使底部部分豎向移位的機構。在儲存能量的情況下,(電磁)聯接器50將軸30連接到用于輸入能量的裝置52,或者在排放能量的情況下,(電磁)聯接器50將軸30連接到發電機。
圖2是根據本發明的裝置的實施例的細節,以橫截面示出了與轉子28的大致平坦的底端面34和殼體12的底部18有關的可移動底部部分。可移動底部部分包括環形主體60,其頂面被提供有包括若干同心的凹進或者凹槽64的迷宮式密封件46。在底部,這些凹進64具有出口65,優選地為延續至主體60中的鐘形通道66內的狹縫形出口,通道66的另一端67被連接到泵68(見圖3)。為防止氣體從轉子腔室的具有大約300mbar壓力的第一區段70泄漏到壓力非常低的第二區段72,在底部18a和部分之間提供柔性的不透氣的密封件74。在所示的實施例中,例如由塑料或者金屬箔制成的例如環形薄片之類的密封件74例如使用螺栓(未示出)被夾緊在主體60和活塞筒組件48的活塞桿78上的支撐件76之間在外周處,以及類似地被夾緊在底部18a和下部夾圈 80之間。由此,為抬起轉子28所引入的氣體從第一區段70經由密封件46沿具有例如1mbar壓力的第二區段72的方向流動,同時從凹進64抽吸氣體。以此方式,以逐步方式降低壓力,考慮到經濟性和安全性,這是有利的。
圖3示出一典型示例。在操作期間,無論在對裝置提供能量或釋放能量期間,當上部區段72借助于抽吸泵90排空氣體時,通過泵92經由進口42維持合適的壓差,由此迫使旋轉的轉子28向上,直至抬起力和轉子重量達到平衡。在圖3的實施例中,壓力借助于泵68a從第一區段70減小到第一凹進64a中的例如110mbar的壓力,借助于泵68a和68b減小到凹進64b中的30mbar,并且使用泵68a、68b和90減少到第二區段72中的1mbar的壓力。典型地,氣體的流率在凹進64b中較低,而在凹進64a中較高。返回圖1,轉子距密封件46的距離用一個或多個距離測量機構110確定,裝置110的輸出在控制器112中處理,控制器112在操作開始時調節活塞筒組件48以設置密封件46和轉子底部34之間的間隙。在操作期間,對間隙寬度的主控制通過調節氣流來執行。如果如控制機構112處理的來自距離測量機構110(作為監測機構的示例)的數據指示與預定值存在不可接受的偏差,則控制機構112啟動調節機構48以使可移動密封件支撐部分和/或暴露機構42縮回。另外在泄漏或者氣流變化的情況下,本發明系統有助于保持穩定且安全的性能。
附圖標記114指示用于確定軸30的豎向位移的機構。裝置操作如下。在其休止位置,對底部部分和密封件46進行支撐的高度調節機構48縮回,轉子28由其支撐結構31和/或緩沖塊40支撐。然后,高度調節機構48被致動,并且密封件46鄰接轉子28的底端面34。接著,用于通過形成向上指向的壓差力來使轉子28懸浮的各種泵90、92運行。轉子28然后由氣墊支撐。然后,密封件46的高度位置以恒定氣流被進一步升高,由此進一步升高轉子28,直到其軸30不再支承在支撐結構31上,例如用機構114來監測,并且由此減輕軸承31上的負載。

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