[发明专利]一种用于储能飞轮的飞轮转子分析方法

说明书

一种用于储能飞轮的飞轮转子分析方法，涉及储能飞轮技术领域，本发明采用基于Timoshenko梁理论的有限元法计算转子的临界转速及振动模态，Timoshenko梁理论不仅考虑了剪切变形和转动惯量的影响，还能准确分析转轴的高阶横向振动模态，被广泛应用在旋转轴的分析计算中，能为储能飞轮其他部件的结构设计提供参考依据，能为储能飞轮工业化、产品化提供帮助等，适合大范围的推广和应用。

技术领域

本发明涉及储能飞轮技术领域，具体涉及一种用于储能飞轮的飞轮转子分析方法。

背景技术

已知的，飞轮储能技术已经应用于电力系统电网调频、削峰填谷、风电与光伏发电并网、轻轨制动动能再生、不间断电源(UPS)、高功率脉冲电源、卫星储能/姿控等众多领域，美国、德国、日本等发达国家对飞轮储能技术的开发和应用比较多。日本已经制造出在世界上容量最大的变频调速飞轮蓄能发电系统(容量26.5MVA,电压1100V,转速510690r/min,转动惯量710t·m2)。美国马里兰大学也已研究出用于电力调峰的24kwh的电磁悬浮飞轮系统。飞轮重172.8kg,工作转速范围11,610—46,345rpm,破坏转速为48,784rpm,系统输出恒压110-240V,全程效率为81％。经济分析表明,运行3年时间可收回全部成本。飞轮储能技术在美国发展得很成熟,他们制造出一种装置,在空转时的能量损耗达到0.1％每小时。欧洲的法国国家科研中心、德国的物理高技术研究所、意大利的SISE均正开展高温超导磁悬浮轴承的飞轮储能系统研究。

我国在飞轮储能方面的研究起步较晚，目前飞轮储能技术难点主要集中在转子材料及制造和电磁轴承等方面，除清华大学等高等院校在转子及电磁轴承方面有一些研究和进展外，一些企业通过收购国外公司后具备生产相关产品的能力，且技术严重依靠国外技术团队支撑，这就导致这些公司在自主技术方面的薄弱性，而且一些材料方面也严重需要进口，为后期实际产品运行检修维护埋下隐患等。

因此，如何提供一种完全拥有自主知识产权的飞轮储能技术就显得尤为重要，而在飞轮储能技术中，飞轮转子组件是其中的关键部件之一，那么如何提供一种用于储能飞轮的飞轮转子分析方法就成了本领域技术人员的长期技术诉求。

发明内容

为克服背景技术中存在的不足，本发明提供了一种用于储能飞轮的飞轮转子分析方法，本发明为储能飞轮其他部件的结构设计提供参考依据，为储能飞轮工业化、产品化提供帮助等。

为实现如上所述的发明目的，本发明采用如下所述的技术方案：

一种用于储能飞轮的飞轮转子分析方法，所述分析方法具体包括如下步骤：

第一步、计算转动惯量：

首先设定储能飞轮可用储电量为1.25kWh，储能飞轮运行转速为8000rpm～10500rpm，根据飞轮转子的动能计算公式为：

式中，E为飞轮储存的动能，单位焦耳；J为转子转动惯量，单位为千克米方；ω为转子的角速度，单位为弧度/秒；

储电量1.25kWh单位换算为焦耳：

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

考虑到储能飞轮的放电深度，即有效放电量满足4.5MJ，恒功率放电时的转速区间设置为8000rpm～10500rpm；