飛輪儲能系統的自抽真空裝置研究.pdf

1、隨著太陽能發(fā)電、風力發(fā)電等新能源的飛速發(fā)展，電力調峰、清潔UPS與軌道交通蓄能等眾多需求，使飛輪儲能成為當前研究熱點，其應用前景極為廣闊。
　　 目前國內、外飛輪儲能系統都是采用外置真空裝置對儲能飛輪抽真空，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，于是本文獨創(chuàng)性地提出“飛輪儲能系統的自抽真空裝置”。
　　 確定自抽真空裝置總體方案，由帶螺旋葉片的泵轉子、內置泵體和護網等組成，將泵轉子與飛輪轉子用飛輪軸

2、連接成同軸系統，其中泵轉子又劃分為渦輪葉片段、連接過渡段與螺旋槽段三段。根據自抽真空裝置的結構與分子泵二維抽氣理論模型，推導出此裝置不同流態(tài)下的抽速計算公式。
　　 利用有限元分析軟件ANSYS對自抽真空裝置的泵轉子進行計算，得出泵轉子不同轉速下應力分布與變形結果，最大工作轉速(36000r/min)時有最大應力為87.5MPa，發(fā)生在泵轉子內孔處與飛輪軸聯接處圓周上，遠小于屈服極限。徑向最大位移量為0.762mm，發(fā)生在泵轉子

3、上端內孔處，同時確定泵轉子與內置泵體間隙為1mm。根據過盈配合要求與仿真應力大小，進一步確定泵轉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子螺旋槽內抽氣氣體流動，在粘滯流與滑移流狀態(tài)下用計算流體動力學方法（CFD法）模擬，在自由分子狀態(tài)與過渡狀態(tài)進行直接模擬蒙特卡羅法（DSMC法）模擬。通過仿真計算得出自抽真空裝置抽速結果，計算抽速與轉速的關系，可知在較高真空度時抽氣效果好，在

4、12000r/min～60000r/min范圍內抽速較快。
　　 對自抽真空裝置工作時的泵轉子位移量進行實驗測試，測試結果與泵轉子位移理論數據進行比較，實驗結果與理論結果最大誤差為17.1％;通過自抽真空裝置對儲能飛輪的抽真空實驗，得出自抽真空裝置的抽速測試數據與仿真結果最大誤差為13％;用外置真空裝置進行抽真空實驗，與自抽真空裝置抽真空比較，結果為自抽真空達到0.01Pa所需時間只要外置真空裝置抽真空時間的12％，自抽真空裝置