600Wh储能飞轮试验装置轴系结构设计及模态分析

发布时间：2017-07-05 14:26

  本文关键词：600Wh储能飞轮试验装置轴系结构设计及模态分析

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【摘要】：飞轮储能技术作为一种新兴的储能方式,不仅储能密度大、功率密度大、充放电效率高,而且设备维护简单、对环境无污染、无噪声,因此倍受能源界的关注,拥有广泛的应用前景。 本文通过对600Wh飞轮储能试验样机轴系结构的设计及振动分析,为600Wh飞轮储能系统的研究与应用提供了一定的参考。 首先,根据所需的储能要求及基本性能需求对飞轮的结构进行设计优化,包括飞轮材料、形状、尺寸的设计,得到两种设计方案,通过对两种方案的飞轮参数进行优化计算,选择合适的设计方案,并借助有限元软件ANSYS对优化参数后的飞轮进行应力分析,得到飞轮的各向应力分布情况和各向主应力大小等数据,通过第四强度理论失效判据,对飞轮进行强度校核,结果满足要求。 其次,根据样机的技术指标与飞轮的设计参数等,对轴系的整体布局进行设计,包括飞轮转轴的设计校核、电机类型的选取,支撑系统的布局以及保护轴承的型号选择和寿命校核等,最终完成了本套飞轮储能试验装置轴系结构的整体设计。 最后,介绍转子动力学的主要研究内容、计算方法及模态分析的理论基础,用有限元法进行转子动力学研究,通过对储能装置轴系结构的模态分析,得到前十阶固有频率及振型,分析各阶振型的振动情况对装置运行的影响。并运用MATLAB对ANSYS模态分析结果进行验证。为了进一步确定轴系结构的可靠性,本文还对飞轮储能装置的非转动件机座进行了模态分析,比较机座与轴系结构二者的固有频率差别,分析飞轮在加速和减速过程中装置可能出现的状况,结果显示在储能装置工作过程中机座与轴系结构不会发生共振,证明了轴系结构设计的合理性,满足储能装置的设计要求。
【关键词】：飞轮储能 轴系结构 强度校核 转子动力学 模态分析
【学位授予单位】：哈尔滨商业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH133.7
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-16
• 1.1 课题研究的背景及目的意义10
• 1.2 国内外研究现状及发展趋势10-12
• 1.2.1 国外研究现状10-11
• 1.2.2 国内研究现状11-12
• 1.2.3 发展趋势12
• 1.3 飞轮储能技术的主要应用领域12-13
• 1.4 课题来源13
• 1.5 本文的主要研究内容13-16
• 2 飞轮结构设计及其优化16-32
• 2.1 飞轮储能装置的基本结构及工作原理16-17
• 2.2 600Wh飞轮储能样机的设计参数17-18
• 2.3 飞轮结构设计18-26
• 2.3.1 飞轮材料选取20-21
• 2.3.2 飞轮形状设计21-25
• 2.3.3 飞轮参数的优化25-26
• 2.4 基于ANSYS的飞轮强度校核26-30
• 2.4.1 飞轮应力分析26-28
• 2.4.2 轮强度校核28-30
• 2.5 本章小结30-32
• 3 600Wh飞轮轴系的总体布局32-40
• 3.1 飞轮转轴的设计及强度校核32-35
• 3.1.1 飞轮转轴的设计32-33
• 3.1.2 飞轮转轴的强度校核33-35
• 3.2 电机的选择35-36
• 3.3 支撑系统的设计36-39
• 3.3.1 支撑系统的布局36-37
• 3.3.2 机械保护轴承的寿命校核37-39
• 3.4 本章小结39-40
• 4 转子动力学分析40-52
• 4.1 转子动力学基础40
• 4.2 转子动力学的研究内容与计算方法40-42
• 4.2.1 转子动力学的研究内容40-42
• 4.2.2 转子动力学的计算方法42
• 4.3 飞轮轴系的模态分析42-48
• 4.3.1 模态分析的理论基础42-43
• 4.3.2 飞轮轴系的ANSYS模态分析43-47
• 4.3.3 飞轮轴系的MATLAB仿真47-48
• 4.4 机座对轴系稳定性的影响分析48-50
• 4.4.1 机座模态分析48-50
• 4.4.2 轴系与机座模态分析结果的对比分析50
• 4.5 本章小结50-52
• 5 总结与展望52-54
• 5.1 总结52
• 5.2 展望52-54
• 参考文献54-60
• 致谢60

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本文编号：522372