飞轮储能系统转子轴系固有频率域内振动分析

摘要

飞轮储能是指运用电动机带动飞轮转子高速旋转，将电能转化为机械能存储在飞轮转子中，在需要的时候再通过飞轮降速带动发电机发电的储能方式，作为一种新型的储能方式其有很多的优点，飞轮储能具有储能量大、效率较高、寿命很长、零排放、无污染和对环境无要求等优点，因此其应用前景非常广阔。本文以飞轮储能系统研发项目为背景，重点研究了转子轴系的振动特性，为飞轮储能系统的稳定性和振动抑制提供参考，主要研究内容如下：
　　根据飞轮储能系统设计要求所确定的系统的支撑布局方案，建立了样机系统柔性支撑下的刚性转子的动力学模型与电磁轴承支承力模型，分析了飞轮储能系统转子动力学特性，并计算了转子轴系的转动惯量和等效刚度。
　　通过建立的飞轮转子轴系数学模型，基于有限元法运用 Matlab编程，计算出转子轴系的前三阶固有频率，为飞轮储能系统在前三阶固有频率域内的振动特性分析研究提供参考依据。
　　通过设计飞轮转子的转动实验，在不同条件下进行多次的旋转试验，通过传感器反馈的各项数据，运用 Matlab绘制出前三阶固有频率下的频谱图和轴心轨迹图，通过实际的试验数据以及所得出的图形分析出其产生振动的各方面的原因，为转子轴系的振动特性的研究提供实际参考，从而提出解决方案。
　　总的来说，根据转子系统的样机模型，建立柔性支撑下的刚性转子动力学模型，分析计算了其动力学特性，通过 Matlab计算出系统的前三阶固有频率，并进行多次飞轮转子的转动实验，分析固有频率域内对应的实验数据，运用 Matlab绘制频谱图和轴心轨迹图等来分析转子轴系的振动特性，为系统的振动控制提供理论和实际依据，从而达到保证系统的稳定运行的目的。

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第1章 绪论

1.1 选题的背景和意义

1.2 飞轮储能振动分析国内外研究概况

1.3 相关技术的研究现状

1.4 振动信号分析方法分类

1.5 本文主要研究内容

第2章 振动分析理论及刚性转子的动力学建模

2.1 振动分析理论

2.2 飞轮储能系统柔性支撑下的刚性转子动力学建模

2.3 本章小结

第3章 飞轮储能系统转子轴系固有频率的计算

3.1 转子轴系固有频率分析

3.2 Matlab固有频率计算步骤

3.3 本章小结

第4章 转子轴系振动实验设计与分析

4.1 实验设备介绍

4.2 飞轮转子旋转实验

4.3 实验振动分析

4.4 本章小结

结论

参考文献

致谢