飞轮转子系统的结构布局对其高速旋转的稳定性有至关重要影响,以600Wh飞轮储能转子系统作为研究对象,通过建模及理论分析得到了转动惯量比与旋转运动稳定性之间存在的关系,采用转子动力学专业分析软件SAMCEF Rotor分析了两种不同转动惯量比转子的涡动频率振型,临界转速等。有限元分析结果和理论建模分析结果互为验证,结果表明当转动惯量比接近1时,对工作转速超过一阶临界转速的飞轮转子系统,转动惯量比小于1时稳定性较转动惯量比大于1时更有优势,研究结果对以后大容量飞轮储能转子系统结构设计有重要参考依据。

对于高速旋转的机械来说,转子在达到工作转速范围前需要越过临界转速,为了保证转子能够平稳通过共振区,研究其共振幅值是有必要的。以600Wh飞轮储能系统为模型,建立了自转角加速度条件下的四自由度刚性转子瞬态运动微分方程,运用龙格库塔数值积分法分析了不同的角加速度和等效阻尼对两阶共振区幅值的影响规律,得出自转角加速度和阻尼会明显影响平动的共振幅值,且角加速度值存在着一个最佳值,而倾斜运动的共振幅值只会明显受到阻尼的影响。

以600Wh飞轮储能系统为研究对象,建立转子-基础系统的径向耦合动力学方程,通过数值积分法分别分析了不同飞轮转速对基础振动的影响和不同基础径向支承刚度对飞轮转子振动的影响,并采集了飞轮储能系统某一转速下的试验数据,与仿真结果对比,验证仿真结果的准确性。结果表明定转子在平动和倾斜运动过程中都会受到转子固有频率,定子固有频率,不平衡量三个主要激励,改变飞轮转速或基础径向支承刚度会影响三个激励对应的频率分量和幅值。

介绍了极限转速为15000r/min,储能量为600wh的空心飞轮转子的优化设计方法,根据飞轮储能系统设计要求利用三维软件SolidWorks对飞轮模型进行建模与有限元软件ansys workbench进行仿真分析与优化,首先进行初步建模,然后通过改变其模型轮辐曲线找到更优的飞轮形状并提取其轮辐曲线的结构参数,再通过多目标遗传算法对飞轮转子进行优化设计及研究,以飞轮质量更轻,极转动惯量更大以及应力应变更小为约束条件,提取其飞轮结构几何尺寸为设计变量进行优化,得出一种更优的飞轮结构形式。结果表明,优化后得到的飞轮转子形状较原模型相比性能更佳。

飞轮储能系统中转轴与其过盈配合部件之间的接触应力对转子动态特性有十分重要的影响。以600Wh飞轮储能系统为研究对象,通过理论计算得到各配合处过盈量的范围,并运用有限元分析工具Ansys Workbench建立有限元模型,通过在轴上各过盈配合处设置过盈量,分析了不同过盈量下对转子系统的应力和模态振型的影响。仿真结果表明,过盈量的选取满足系统的性能要求,不同的过盈量对转子系统的模态和应力有很大的影响,接触应力在同类型飞轮储能系统有限元分析时不能忽略。

针对梁的弯曲振动问题，研究了具有弹性支承输流管道的稳定性．以相同支承条件下梁的固有频率和振型函数作为输流管道的近似固有频率和振型函数，利用李兹一伽辽金方法对具有弹性支承输流管道的运动微分方程进行离散化处理，经过适当的变换得到一阶状态方程组．根据特征方程分析和讨论弹性支承刚度、质量比和流体压力等主要物理参数对失稳临界流速的影响．研究结果表明，随着流体的流速从零缓慢增加，输流管道先发生动态颤振失稳，静态失稳的临界流速随弹性支承刚度增加而上升，随流体压力的增加而下降，但不随质量比变化．动态失稳的临界流速随弹性支承刚度的增加而上升，随流体压力的增加而下降，但随质量比的增加而先上升后下降．该结论可以为工程实际中所出现的相同边界条件的输流管道振动稳定性分析提供理论依据...

为实现电磁轴承在重载工况下更好的悬浮效果,对径向电磁轴承提出了大支承力的要求,要求在绕组中加载大电流时磁场分布保持均匀,以保证在不同气隙下电流与力的近似线性化。设计了E形径向电磁轴承结构,利用ANSYSMaxwell,以最大承载力为目标对磁场分布进行分析,并且通过变换轴承定子气隙参数,测试出电流变化而产生的不同电磁力,验证了径向电磁轴承支承性能。

针对电磁力支撑的轴承转子因加工精度影响存在不平衡及定子线圈缠绕不均匀,导致相同PID控制参数不同转速下,支撑效果不一的问题,提出_ 种应用于主动磁悬浮轴承的分工况智能PID专家控制方法,使主动磁悬浮轴承控制系统具备一定抗干扰和抗积分饱和的能力.根据主动磁悬浮轴承的工作特点,将其转速分成若干区间,对每一个区间参数预整定,通过专家控制方法实现对控制器参数在线修正.以600Wh飞轮储能径向磁悬浮轴承为实验对象,提取的转子轴心轨迹表明：由于在控制器设计时考虑了转子不平衡和定子缠绕不均对系统的影响,系统具有较好的动态和静态特性的同时提高了系统抗干扰能力.

文中以10kW·h飞轮储能系统的主动磁悬浮轴承为研究对象, 设计了主动磁悬浮轴承转子运动监控系统,实现了对轴承转子运动的实时监控, 转子的转速、 位移、 轴心轨迹等数据的采集与保存.监控系统可以有效地观察转子振动, 准确分析转子在不同转速时转子振动特性,防止因为振幅过大而引起转子碰撞轴承.

以电磁轴承支撑的飞轮转子为研究对象,建立飞轮转子的有限元模型,基于ANSYS Workbench软件对转子系统临界转速进行求解。分析了阻尼和支撑刚度对飞轮转子系统前三阶临界转速的影响。结果表明,阻尼对飞轮转子临界转速没有影响,支撑刚度使临界转速增加,并计算出最佳的支撑刚度调整范围。