飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)的自抽真空裝置研究.pdf

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