【技术实现步骤摘要】
一种用于储能飞轮的飞轮转子分析方法
本专利技术涉及储能飞轮
，具体涉及一种用于储能飞轮的飞轮转子分析方法。
技术介绍
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...
【技术保护点】
1.一种用于储能飞轮的飞轮转子分析方法，其特征是：所述分析方法具体包括如下步骤：/n第一步、计算转动惯量：/n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：/n
【技术特征摘要】
1.一种用于储能飞轮的飞轮转子分析方法，其特征是：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；
将E＝4500000J，ω2＝10500*π/30＝1099.56rad/s，ω1＝8000*π/30＝837.76rad/s，带入上式，可得：J＝2E/(ω22-ω12)＝9000000/(1099.52-837.762)＝17.74kg*m2；
第二步、估算转动应力：
对于实心圆盘类的飞轮转子，由于离心力产生的应力，沿直径方向的分布是不均匀的，圆盘转子的芯部应力最大，外圆边缘处的应力最小，应力值的大小与圆盘转子的泊松比v、密度ρ和圆盘边缘的线速度Vmax有关，其计算公式为：
其中边缘处的线速度Vmax＝ω·R,式中R为实心圆盘的半径，对于钢质实心圆盘，设计线速度为330米/秒；
第三步、建立飞轮转子数学模型：
A、建立转子模型：
设定储能飞轮转子长1400mm，最大直径600mm，转子为单圆盘偏置结构，两端由金属叠片组成的磁悬浮轴承支撑部位，在工作状态下，转子靠两端的磁轴承弹性支撑做立式旋转运动，根据转子结构特性把转子合理简化为由无质量弹性轴与刚性薄圆盘构成的旋转结构，以转子下部的支撑点为原点建立坐标系oxyz，转子轴向方向为oz轴，水平方向为ox，垂直于oxz平面向外为oy轴，转子弹性转轴两端支撑在磁轴承A和B上，磁轴承简化为弹性支撑，刚性薄圆盘到下支撑点的距离为a，其转子质量、极转动惯量和赤道转动惯量分别为md、Jp、Jd。在转子运动的任意时，两支承点坐标分别为A′(xA，yA)和B′(xB，yB)；圆盘的形心及坐标o′(x，y)，圆盘偏置引起的摆角为θx，θy，轴长为1；
B、转子系统的涡动微分方程：
利用转子圆盘与弹性支撑的位移和速度，计算转子系统的势能与动能，然后采用lagrange方程建立转子的弹性支撑单盘偏置转子的稳态微分方程，忽略阻尼的影响，稳态涡动时圆盘与支撑共计8个自由度，由第二拉格朗日方程得：
其中：
md、Jp、Jd分别为转子质量、极转动惯量和赤道转动惯量；
Ked为磁轴承的刚度矩阵，Ked为磁轴承的刚度，K1为o′xz平面内整个系统的刚度矩阵，Kc为不计支撑弹性的弹性转轴的刚度矩阵；Φ为偏置矩阵，反应刚体自由度对圆盘位移的影响；
x、y、θx、θy分别为转子形心的绝对位移和转角；xA、yA、xB、yB分别为两端支撑A和B的位移；
e为转子偏心距；Ω为转子自转角速度；
fAx和fAy分别为轴承A端x和y方向所受的电磁力；fBx、fBy分别为...
【专利技术属性】
技术研发人员：李述涛，李光军，董志华，崔亚东，
申请(专利权)人：中国人民解放军军事科学院国防工程研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11
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