飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)的自抽真空裝置研究.pdf_第1頁
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1、隨著太陽能發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電等新能源的飛速發(fā)展,電力調(diào)峰、清潔UPS與軌道交通蓄能等眾多需求,使飛輪儲(chǔ)能成為當(dāng)前研究熱點(diǎn),其應(yīng)用前景極為廣闊。
   目前國(guó)內(nèi)、外飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)都是采用外置真空裝置對(duì)儲(chǔ)能飛輪抽真空,由于外置真空裝置有抽氣速度慢、能量損失大、占用空間大等缺點(diǎn),于是本文獨(dú)創(chuàng)性地提出“飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)的自抽真空裝置”。
   確定自抽真空裝置總體方案,由帶螺旋葉片的泵轉(zhuǎn)子、內(nèi)置泵體和護(hù)網(wǎng)等組成,將泵轉(zhuǎn)子與飛輪轉(zhuǎn)子用飛輪軸

2、連接成同軸系統(tǒng),其中泵轉(zhuǎn)子又劃分為渦輪葉片段、連接過渡段與螺旋槽段三段。根據(jù)自抽真空裝置的結(jié)構(gòu)與分子泵二維抽氣理論模型,推導(dǎo)出此裝置不同流態(tài)下的抽速計(jì)算公式。
   利用有限元分析軟件ANSYS對(duì)自抽真空裝置的泵轉(zhuǎn)子進(jìn)行計(jì)算,得出泵轉(zhuǎn)子不同轉(zhuǎn)速下應(yīng)力分布與變形結(jié)果,最大工作轉(zhuǎn)速(36000r/min)時(shí)有最大應(yīng)力為87.5MPa,發(fā)生在泵轉(zhuǎn)子內(nèi)孔處與飛輪軸聯(lián)接處圓周上,遠(yuǎn)小于屈服極限。徑向最大位移量為0.762mm,發(fā)生在泵轉(zhuǎn)子

3、上端內(nèi)孔處,同時(shí)確定泵轉(zhuǎn)子與內(nèi)置泵體間隙為1mm。根據(jù)過盈配合要求與仿真應(yīng)力大小,進(jìn)一步確定泵轉(zhuǎn)子與飛輪軸的過盈量大小范圍為0.03mm~0.055mm。
   為更好地模擬自抽真空裝置泵轉(zhuǎn)子螺旋槽內(nèi)抽氣氣體流動(dòng),在粘滯流與滑移流狀態(tài)下用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)方法(CFD法)模擬,在自由分子狀態(tài)與過渡狀態(tài)進(jìn)行直接模擬蒙特卡羅法(DSMC法)模擬。通過仿真計(jì)算得出自抽真空裝置抽速結(jié)果,計(jì)算抽速與轉(zhuǎn)速的關(guān)系,可知在較高真空度時(shí)抽氣效果好,在

4、12000r/min~60000r/min范圍內(nèi)抽速較快。
   對(duì)自抽真空裝置工作時(shí)的泵轉(zhuǎn)子位移量進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試,測(cè)試結(jié)果與泵轉(zhuǎn)子位移理論數(shù)據(jù)進(jìn)行比較,實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論結(jié)果最大誤差為17.1%;通過自抽真空裝置對(duì)儲(chǔ)能飛輪的抽真空實(shí)驗(yàn),得出自抽真空裝置的抽速測(cè)試數(shù)據(jù)與仿真結(jié)果最大誤差為13%;用外置真空裝置進(jìn)行抽真空實(shí)驗(yàn),與自抽真空裝置抽真空比較,結(jié)果為自抽真空達(dá)到0.01Pa所需時(shí)間只要外置真空裝置抽真空時(shí)間的12%,自抽真空裝置

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