高速復合材料飛輪轉(zhuǎn)子結(jié)構設計及工藝優(yōu)化.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、飛輪儲能是一種高效、清潔、環(huán)境適應性強的儲能手段,利用高速旋轉(zhuǎn)的飛輪轉(zhuǎn)子把能量以機械能的方式儲存起來,待需要時釋放機械能實現(xiàn)能量輸出。目前已應用于航空航天、電力調(diào)峰、汽車動力補償?shù)戎T多領域。
  5kWh儲能飛輪一般應用于衛(wèi)星、海上燈塔、汽車等設施上提供能量,所以結(jié)構尺寸及重量不宜過大,這樣就對轉(zhuǎn)速要求較高。飛輪高速旋轉(zhuǎn)時的邊緣線速度很大,普通金屬承受不了如此大的周向應力,所以選擇縱向拉伸模量很高的碳纖維T700/環(huán)氧樹脂復合材料

2、作為輪緣材料,輪轂材料為鋁合金7075。飛輪在高速旋轉(zhuǎn)時往往會由于徑向壓應力不夠?qū)е嘛w輪輪轂與輪緣發(fā)生脫離,致使飛輪失效,可以通過兩種制備手段來提高飛輪的徑向強度:一是采用張緊力纏繞復合材料飛輪轉(zhuǎn)子;二是采用多環(huán)過盈套裝方法。
  本文針對5kWh飛輪的用途和儲能量的要求,給出設計結(jié)構及尺寸,內(nèi)徑50mm,外徑265mm,飛輪轉(zhuǎn)子總質(zhì)量100kg,儲能密度50Wh/kg,額定轉(zhuǎn)速29751rpm,額定儲能量5kWh。利用有限元軟件

3、ANSYS對設計出的飛輪轉(zhuǎn)子進行靜止和轉(zhuǎn)動狀態(tài)的應力應變分析,模擬飛輪正常充放電過程,通過接觸面節(jié)點位移和接觸面徑向應力的分析,對飛輪是否失效作出判斷。
  采用有限元方法,根據(jù)復合材料飛輪輪緣實際制備工藝條件,對飛輪轉(zhuǎn)子輪緣的層與層之間的過盈量進行模擬優(yōu)化,計算出滿足飛輪轉(zhuǎn)子強度及儲能要求的最優(yōu)過盈量。設計飛輪轉(zhuǎn)子復合材料三環(huán)過盈套裝工藝,確定復合材料輪緣三種不用的分層工藝參數(shù),比較飛輪旋轉(zhuǎn)時應力和位移大小,通過計算分析得到最優(yōu)

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