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。

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。

以城际交通的动能制动回收飞轮储能装置为工程背景,分析地铁出站加速运行时,地面振动对飞轮储能装置转子的影响。首先,利用整体法和能量法,在定子基础振动和转子不平衡力的基础上,通过拉格朗日方程建立了包含飞轮电池基础振动的八自由度刚性模型。然后,利用MATLAB软件中的ode函数,进行模型仿真和分析。结果表明,在外部激励和转子自身不平衡振动的影响下,转子会出现诸如概周期、混沌等丰富的非线性振动现象。转子在高速条件下还会出现"拍振"现象。磁悬浮转子的最大稳定转速为3980rad/s。当超过临界转速后,转子的振动幅值和共振频率会小幅度增大。

矿井提升机作为煤炭开采的关键设备,担负着运送人员、设备、材料和煤炭的任务,其运行过程中存在巨大的能源回收再利用潜力。对应用于矿井提升系统的飞轮储能、超级电容储能、液压储能等技术进行了研究和论述,分析了3种储能技术的研究现状和应用特点,并对每种储能方式的不足和发展方向进行了总结。储能技术势必会随着关键元件制造、控制方法优化和智能化进程的不断发展在矿井提升系统中得到广泛应用,为煤炭的绿色开采作出贡献。

提出了飞轮储能型二次调节流量耦联系统,该系统可把原来系统负载下降时转化为热能散失掉的势能存储为飞轮的机械动能,并回收利用,不仅克服了传统二次调节系统不宜接入液压缸(定量液压马达)的缺点,还是对传统二次调节系统的拓展.在建立系统数学模型的基础上,通过仿真和试验发现仿真结果与试验结果比较一致,从而验证了数学模型的正确性.该系统调整时间约为4 s,并且当输入幅值绝对值大于4V时,非线性程度加剧.

结合轴向柱塞泵和飞轮技术,进行了飞轮储能型液压抽油机的系统设计。下冲程,轴向柱塞泵工作在液压马达工况,抽油杆和抽油泵的重力势能推动井口液压缸的液压油回流而驱动轴向柱塞泵高速转动,转化并储存为飞轮高速转动的惯性势能;上冲程,轴向柱塞泵工作在液压泵工况,飞轮释放的惯性势能和电动机一起驱动轴向柱塞泵向井口液压缸提供高压的液压油,带动抽油杆和抽油泵而实现采出液的举升。研制的新型液压抽油机在胜利油田的一口油井上进行了现场应用,与安装在同一口油井的游梁式抽油机相比,新型液压抽油机在空间布置、节能和自动化技术等方面具有明显的优势。

飞轮储能作为一种新型的电能储备技术正受到越来越多的关注,它具有储能密度大、充电快、高效无污染、使用寿命长等优点,应用的范围遍及交通、供电、军工、航空航天等领域。介绍了飞轮储能系统的工作原理及常见的结构;从增加系统储能容量与降低损耗的角度出发分析飞轮储能系统的关键技术,其中对几种常用于飞轮储能的支承技术尤其是磁轴承技术进行了较为详细的阐述;基于该系统在不同领域内的优势,介绍了飞轮储能系统在国内外的应用;最后,根据目前飞轮储能技术的不足和市场的需求提出了其未来发展趋势。

为了提高快递运输行业分拣站中卸货工作效率,设计了一种储能式卸货系统。该系统引入卸货蓄能模式和运输释能模式,在不改变工作量的情况下,可以减少劳动力成本,提高卸货工作效率,避免出现暴力运输现象。经过一系列实验,表明该装置具有很高的应用价值和广泛的应用前景。

针对功率较大且工作频繁的液压升降系统普遍存在能量利用率不高的缺点，提出了利用飞轮储能的能量回收型液压升降系统。该系统利用液压泵／马达四象限工作原理与飞轮储能技术的特点，把原来系统负载下降时转化为热能散失掉的势能和动能存储为飞轮的机械动能，并回收利用，大大提高系统能源利用效率。首先分析了该系统的工作原理，然后建立了系统能量回收时的数学模型。通过模型可知该系统在能量回收时存在流量一压力非线性和相乘非线性。最后，通过试验研究验证了该系统的可行性。

提出了飞轮储能型二次调节流量耦联系统，该系统可把原来系统负载下降时转化为热能散失掉的势能存储为飞轮的机械动能，并回收利用，不仅克服了传统二次调节系统不宜接入液压缸（定量液压马达）的缺点，还是对传统二次调节系统的拓展．在建立系统数学模型的基础上，通过仿真和试验发现仿真结果与试验结果比较一致，从而验证了数学模型的正确性．该系统调整时间约为4S，并且当输入幅值绝对值大于4V时，非线性程度加剧。