立式重载储能飞轮转子动力学特性分析

飞轮转子-轴承系统的动力学建模及动特性分析是立式重载储能飞轮系统的关键问题。针对重载储能飞轮转子具有重量大、转速高等特点,考虑了电机转子的质量和刚度,建立了飞轮转子-电机转子-轴承系统的集中质量动力学数学模型,计算得到飞轮转子-电机转子-轴承系统的固有频率、临界转速等动力学特性。通过对飞轮转子进行升速瞬态响应分析发现飞轮转子在升降速过程中存在两阶临界转速,容易发生共振,损害轴承。因此为了避免共振或者降低共振峰值,研究了轴承支撑刚度、阻尼以及升速速率对飞轮转子临界转速和共振峰值的影响,计算结果表明,飞轮转子的前两阶临界转速受支撑刚度的影响,随着支撑刚度的增大,飞轮转子的临界转速增大,当支撑刚度增加至一定程度,转子临界转速不再改变。转子临界转速受阻尼影响较小,随阻尼变化而小幅度改变。此外,研究了升速速率对转子振动特性的影响,发现通过提升转子升速速率亦可以有效降低转子振动幅值。为了验证飞轮转子轴承系统动力学模型的合理性,对飞轮转子系统进行升速试验,发现仿真计算结果与试验结果一致,证明了该模型的合理性。