[發(fā)明專利]一種用于儲能飛輪的飛輪轉(zhuǎn)子分析方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011520392.6
• 申請日: 2020-12-21
• 公開（公告）號: CN112541239B
• 公開（公告）日: 2022-09-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李述濤;李光軍;董志華;崔亞東
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍軍事科學(xué)院國防工程研究院
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/23;G06F119/14
• 代理公司: 洛陽潤誠慧創(chuàng)知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 41153
• 代理人: 李團勝

一種用于儲能飛輪的飛輪轉(zhuǎn)子分析方法，涉及儲能飛輪技術(shù)領(lǐng)域，本發(fā)明采用基于Timoshenko梁理論的有限元法計算轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速及振動模態(tài)，Timoshenko梁理論不僅考慮了剪切變形和轉(zhuǎn)動慣量的影響，還能準(zhǔn)確分析轉(zhuǎn)軸的高階橫向振動模態(tài)，被廣泛應(yīng)用在旋轉(zhuǎn)軸的分析計算中，能為儲能飛輪其他部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計提供參考依據(jù)，能為儲能飛輪工業(yè)化、產(chǎn)品化提供幫助等，適合大范圍的推廣和應(yīng)用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及儲能飛輪技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于儲能飛輪的飛輪轉(zhuǎn)子分析方法。

背景技術(shù)

已知的，飛輪儲能技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于電力系統(tǒng)電網(wǎng)調(diào)頻、削峰填谷、風(fēng)電與光伏發(fā)電并網(wǎng)、輕軌制動動能再生、不間斷電源(UPS)、高功率脈沖電源、衛(wèi)星儲能/姿控等眾多領(lǐng)域，美國、德國、日本等發(fā)達國家對飛輪儲能技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用比較多。日本已經(jīng)制造出在世界上容量最大的變頻調(diào)速飛輪蓄能發(fā)電系統(tǒng)(容量26.5MVA,電壓1100V,轉(zhuǎn)速510690r/min,轉(zhuǎn)動慣量710t·m2)。美國馬里蘭大學(xué)也已研究出用于電力調(diào)峰的24kwh的電磁懸浮飛輪系統(tǒng)。飛輪重172.8kg,工作轉(zhuǎn)速范圍11,610—46,345rpm,破壞轉(zhuǎn)速為48,784rpm,系統(tǒng)輸出恒壓110-240V,全程效率為81％。經(jīng)濟分析表明,運行3年時間可收回全部成本。飛輪儲能技術(shù)在美國發(fā)展得很成熟,他們制造出一種裝置,在空轉(zhuǎn)時的能量損耗達到0.1％每小時。歐洲的法國國家科研中心、德國的物理高技術(shù)研究所、意大利的SISE均正開展高溫超導(dǎo)磁懸浮軸承的飛輪儲能系統(tǒng)研究。

我國在飛輪儲能方面的研究起步較晚，目前飛輪儲能技術(shù)難點主要集中在轉(zhuǎn)子材料及制造和電磁軸承等方面，除清華大學(xué)等高等院校在轉(zhuǎn)子及電磁軸承方面有一些研究和進展外，一些企業(yè)通過收購國外公司后具備生產(chǎn)相關(guān)產(chǎn)品的能力，且技術(shù)嚴(yán)重依靠國外技術(shù)團隊支撐，這就導(dǎo)致這些公司在自主技術(shù)方面的薄弱性，而且一些材料方面也嚴(yán)重需要進口，為后期實際產(chǎn)品運行檢修維護埋下隱患等。

因此，如何提供一種完全擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的飛輪儲能技術(shù)就顯得尤為重要，而在飛輪儲能技術(shù)中，飛輪轉(zhuǎn)子組件是其中的關(guān)鍵部件之一，那么如何提供一種用于儲能飛輪的飛輪轉(zhuǎn)子分析方法就成了本領(lǐng)域技術(shù)人員的長期技術(shù)訴求。

發(fā)明內(nèi)容

為克服背景技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供了一種用于儲能飛輪的飛輪轉(zhuǎn)子分析方法，本發(fā)明為儲能飛輪其他部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計提供參考依據(jù)，為儲能飛輪工業(yè)化、產(chǎn)品化提供幫助等。

為實現(xiàn)如上所述的發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下所述的技術(shù)方案：

一種用于儲能飛輪的飛輪轉(zhuǎn)子分析方法，所述分析方法具體包括如下步驟：

第一步、計算轉(zhuǎn)動慣量：

首先設(shè)定儲能飛輪可用儲電量為1.25kWh，儲能飛輪運行轉(zhuǎn)速為8000rpm～10500rpm，根據(jù)飛輪轉(zhuǎn)子的動能計算公式為：

式中，E為飛輪儲存的動能，單位焦耳；J為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量，單位為千克米方；ω為轉(zhuǎn)子的角速度，單位為弧度/秒；

儲電量1.25kWh單位換算為焦耳：

E＝1.25kWh×1000W/kW×3600s/h＝4500000J＝4.5MJ；

考慮到儲能飛輪的放電深度，即有效放電量滿足4.5MJ，恒功率放電時的轉(zhuǎn)速區(qū)間設(shè)置為8000rpm～10500rpm；