超级军网美国的电磁弹射储能飞轮能量密度比我国低一个数量级？谁 ...
来源：百度文库 编辑：超级军网 时间：2024/04/27 14:35:34
线圈电磁炮的发展历史来看，其实阻碍电磁弹射器的现实化并不是线性电机本身，而是强大而稳定的瞬发能源。美国航母上采用90年代nasa为电磁炮，激光类武器发展的惯性储能装置发展而来的盘式交流发电机。新设计的盘式交流发电机重约8.7吨，如果不算附加安全壳体设备重量只有6.9吨。盘式交流发电机的转子采用绕水平轴向的旋转，转子重约5177公斤，使用镍铬铁的铸件经热处理而成，上面用镍铬钛合金箍固定2对扇形轴心磁场的钕铁硼永磁体，镍铬钛合金箍具有很大的弹性预应力，确保稳定固定高速旋转中的磁体。转子旋转速度为6400转/分，一个转子可存储121兆焦的能量，储能密度比蒸汽弹射器得储气罐高一倍多，一台弹射器由4台盘式交流发电机供电，安装时一般采用成对布置，转子反向旋转，减小因高速旋转飞轮带来的陀螺效应和单向扭矩。弹射一次仅使用每一台发电机所储备的能量的22.5%，让飞轮转盘的转动速度从6400转/分下降到5200转/分，能量消耗可以在弹射循环的45s间歇中从主动力输出中获得补充。4蓄能发电机结构可以允许弹射器在其中一台发电机没有工作的情况下正常使用，由于航母装备4台弹射器，每两台弹射器的动力组会安装到一起，集中管理并允许其动力交联，出现6台以上发电机故障而影响弹射几率每300年才会重复一次。盘式交流发电机采用双定子设计，分别处于盘的两侧，每一个定子由280个线圈绕组的放射性槽构成，槽间是支撑结构和液体冷却板，由于采用双定子结构，每台发电机输出电源是6相的，最大输出电压1700伏，峰值电流高达6400安培，输出的匹配载荷为8.16万千瓦，输出为2133-1735赫兹的变频交流电。盘式储能交流发电机的设计效率为89.3%，这已经通过缩比模型验证，也就是说每一次弹射将会有127千瓦的能量以热量形式消耗掉了，发电机的定子线圈的电阻仅有8.6毫欧，这么大的功率会迅速将定子线圈加温数百度，所以设计了定子强制冷却。冷却板布置在定子的外侧，铸铝板上安转不锈钢管，内充WEG混合液，采用流量为151升/分的泵强制散热，根据1/2模型试验测试所知，可以保证45s循环内铜芯温度稳定在84摄氏度，冷却板表面温度61度。
我们的水平
清华大学工程物理系储能飞轮实验室成立于1995年，是国内最早研究储能飞轮的实验室之一。1997年实验室设计出第一套复合材料飞轮系统，转子重8kg，直径23cm，1998年成功运转到48000RPM，线速度580m/s，实现充放电。1999年实验室设计出第二代飞轮，重15kg，直径30cm，于2001年4月成功运转到700周，线速度650m/s，储能量500Whr。在第二代飞轮的基础上，实验室完成了用作飞轮电池的THEF1000飞轮储能系统概念设计，目前此项工作正在紧张开展中。预计在2002年底完成。
学术研究
飞轮储能技术
涉及到材料、机械、电工、热工、计算机等多学科的交叉，研究的课题方向有：
复合材料缠绕设计和工艺
复合材料转子结构设计和优化
高速转动飞轮系统动力学分析
高速转动飞轮阻尼器结构设计和参数优化
低损耗磁轴承控制理论和结构设计
无铁损永磁电动／发电机理论分析、设计和关键工艺
高频率电能转换理论分析和双向逆变技术
储能飞轮系统仿真
飞轮储能装置实验和高真空技术
实验飞轮整体结构
l 飞轮转子由玻璃纤维、碳纤维采用一定的缠绕方式绕在铝合金作的骨架上。飞轮的整体呈空心圆盘状；
2 电动/发电机采用永久磁铁作为定子固定在飞轮的下端，电磁铁作为定子，转子相位通过三个红外传感器确定，同时通过相位的变化得到转子的转速；
3 采用螺旋线滑动轴承，当转子转到一定的转速既形成封闭的油膜，可在很大程度上减少摩擦，降低损耗；
4 上阻尼为悬吊式阻尼器，采用永久磁铁以卸去飞轮转子的重量，以减少对下断轴承的压力，从而减少摩擦损耗；
5 下阻尼为弹性鼠笼式挤压油膜、橡皮挤压油膜、弹簧挤压油膜三种；
6 通过机械泵和分子泵对真空室抽真空，进一步减少风损和空气动力学引起的不稳定；
7 通过循环水系统对转子下端的滑动轴承等进行冷却，确保轴承能正常的工作运行；
8 采用电涡流传感器对下阻尼和转子的径向振动，以及转子的轴向位置进行监视；采用热偶真空计对飞轮的真空度进行监视；通过放大器对飞轮的各种声音信号放大，对飞轮的运行产生的声音进行监听；以了解飞轮的运行情况。
实验室一方面进行该结构实验飞轮的运行测试、改进工作；另一方面与北京航空航天大学宇航学院合作，积极发展采用磁轴承、用于航天方面的新型飞轮储能系统，该项工作也在积极开展之中。
科研成果
我们已经建立二套飞轮储能实验装置，完成了飞轮储能原理性论证实验，飞轮转子采用复合材料制作，转速已达到４２０００转／分，实现了飞轮的充电和放电，目前正在进行飞轮储能技术的理论和实验研究。
师资力量
本实验室有本系教授、副教授共４名，并有电机系教授、副教授２名，长期合作，指导博士、硕士研究生多名进行飞轮储能技术研究。
沈祖培 教授
金兆熊 教授，博导，研究所主任
戴兴建 讲师
高储能密度飞轮结构设计方法
Design of high specific energy density flywheel
下载PDF阅读器储能密度是复合材料飞轮结构设计的主要技术指标,为提高储能密度,必须选取比强度高的纤维复合材料并尽量提高飞轮的外缘线速度.
该文探讨了考虑轴承、电机技术水平和可用材料等约束条件下的飞轮结构设计的一般方法,该方法应用于飞轮储能试验装置研制中,飞轮在试验中达到
700 r/s, 外缘线速度达到660 m/s, 储能密度达到 35 Wh/kg.
作 者：戴兴建 李奕良 于涵 DAI Xingjian LI Yiliang YU Han
作者单位：清华大学,工程物理系,北京,100084
刊 名：清华大学学报（自然科学版） ISTIC EI PKU
英文刊名：JOURNAL OF TSINGHUA UNIVERSITY(SCIENCE AND TECHNOLOGY)
年，卷(期)：2008 48(3)
分类号：TH133
关键词：飞轮储能 复合材料 结构设计
机标分类号：TB3 TQ3
人才培养
徐旸：博士生
卫海岗：博士生
张龙：硕士生
图1 飞轮储能系统工作原理
图2 飞轮真空外罩样图
图3 沈祖培教授与青年教师在做实验
飞轮储能(Flywheel Energy Storage) 是具有广泛应用前景的新型机械储能方式，它的基本原理是由电能驱动飞轮到高速旋转，电能转变为机械能储存，当需要电能时，飞轮减速，电动机作发电机运行，将飞轮动能转换成电能，飞轮的升速和降速，实现了电能的存入和释放。飞轮储能有储能高、功率大、效率高、寿命长、无污染等优点。目前飞轮储能技术得到世界各国的高度重视，成为研究热点，美国、英国、德国、日本、瑞士等国都有很多大学进行飞轮储能技术的研究。飞轮储能技术在电力系统调峰、风力发电、汽车供能、不间断电源、卫星储能控姿、通讯系统信号传输、大功率机车、电磁炮、鱼雷等方面的应用在国外已得到广泛的研究。线圈电磁炮的发展历史来看，其实阻碍电磁弹射器的现实化并不是线性电机本身，而是强大而稳定的瞬发能源。美国航母上采用90年代nasa为电磁炮，激光类武器发展的惯性储能装置发展而来的盘式交流发电机。新设计的盘式交流发电机重约8.7吨，如果不算附加安全壳体设备重量只有6.9吨。盘式交流发电机的转子采用绕水平轴向的旋转，转子重约5177公斤，使用镍铬铁的铸件经热处理而成，上面用镍铬钛合金箍固定2对扇形轴心磁场的钕铁硼永磁体，镍铬钛合金箍具有很大的弹性预应力，确保稳定固定高速旋转中的磁体。转子旋转速度为6400转/分，一个转子可存储121兆焦的能量，储能密度比蒸汽弹射器得储气罐高一倍多，一台弹射器由4台盘式交流发电机供电，安装时一般采用成对布置，转子反向旋转，减小因高速旋转飞轮带来的陀螺效应和单向扭矩。弹射一次仅使用每一台发电机所储备的能量的22.5%，让飞轮转盘的转动速度从6400转/分下降到5200转/分，能量消耗可以在弹射循环的45s间歇中从主动力输出中获得补充。4蓄能发电机结构可以允许弹射器在其中一台发电机没有工作的情况下正常使用，由于航母装备4台弹射器，每两台弹射器的动力组会安装到一起，集中管理并允许其动力交联，出现6台以上发电机故障而影响弹射几率每300年才会重复一次。盘式交流发电机采用双定子设计，分别处于盘的两侧，每一个定子由280个线圈绕组的放射性槽构成，槽间是支撑结构和液体冷却板，由于采用双定子结构，每台发电机输出电源是6相的，最大输出电压1700伏，峰值电流高达6400安培，输出的匹配载荷为8.16万千瓦，输出为2133-1735赫兹的变频交流电。盘式储能交流发电机的设计效率为89.3%，这已经通过缩比模型验证，也就是说每一次弹射将会有127千瓦的能量以热量形式消耗掉了，发电机的定子线圈的电阻仅有8.6毫欧，这么大的功率会迅速将定子线圈加温数百度，所以设计了定子强制冷却。冷却板布置在定子的外侧，铸铝板上安转不锈钢管，内充WEG混合液，采用流量为151升/分的泵强制散热，根据1/2模型试验测试所知，可以保证45s循环内铜芯温度稳定在84摄氏度，冷却板表面温度61度。
我们的水平
清华大学工程物理系储能飞轮实验室成立于1995年，是国内最早研究储能飞轮的实验室之一。1997年实验室设计出第一套复合材料飞轮系统，转子重8kg，直径23cm，1998年成功运转到48000RPM，线速度580m/s，实现充放电。1999年实验室设计出第二代飞轮，重15kg，直径30cm，于2001年4月成功运转到700周，线速度650m/s，储能量500Whr。在第二代飞轮的基础上，实验室完成了用作飞轮电池的THEF1000飞轮储能系统概念设计，目前此项工作正在紧张开展中。预计在2002年底完成。
学术研究
飞轮储能技术
涉及到材料、机械、电工、热工、计算机等多学科的交叉，研究的课题方向有：
复合材料缠绕设计和工艺
复合材料转子结构设计和优化
高速转动飞轮系统动力学分析
高速转动飞轮阻尼器结构设计和参数优化
低损耗磁轴承控制理论和结构设计
无铁损永磁电动／发电机理论分析、设计和关键工艺
高频率电能转换理论分析和双向逆变技术
储能飞轮系统仿真
飞轮储能装置实验和高真空技术
实验飞轮整体结构
l 飞轮转子由玻璃纤维、碳纤维采用一定的缠绕方式绕在铝合金作的骨架上。飞轮的整体呈空心圆盘状；
2 电动/发电机采用永久磁铁作为定子固定在飞轮的下端，电磁铁作为定子，转子相位通过三个红外传感器确定，同时通过相位的变化得到转子的转速；
3 采用螺旋线滑动轴承，当转子转到一定的转速既形成封闭的油膜，可在很大程度上减少摩擦，降低损耗；
4 上阻尼为悬吊式阻尼器，采用永久磁铁以卸去飞轮转子的重量，以减少对下断轴承的压力，从而减少摩擦损耗；
5 下阻尼为弹性鼠笼式挤压油膜、橡皮挤压油膜、弹簧挤压油膜三种；
6 通过机械泵和分子泵对真空室抽真空，进一步减少风损和空气动力学引起的不稳定；
7 通过循环水系统对转子下端的滑动轴承等进行冷却，确保轴承能正常的工作运行；
8 采用电涡流传感器对下阻尼和转子的径向振动，以及转子的轴向位置进行监视；采用热偶真空计对飞轮的真空度进行监视；通过放大器对飞轮的各种声音信号放大，对飞轮的运行产生的声音进行监听；以了解飞轮的运行情况。
实验室一方面进行该结构实验飞轮的运行测试、改进工作；另一方面与北京航空航天大学宇航学院合作，积极发展采用磁轴承、用于航天方面的新型飞轮储能系统，该项工作也在积极开展之中。
科研成果
我们已经建立二套飞轮储能实验装置，完成了飞轮储能原理性论证实验，飞轮转子采用复合材料制作，转速已达到４２０００转／分，实现了飞轮的充电和放电，目前正在进行飞轮储能技术的理论和实验研究。
师资力量
本实验室有本系教授、副教授共４名，并有电机系教授、副教授２名，长期合作，指导博士、硕士研究生多名进行飞轮储能技术研究。
沈祖培 教授
金兆熊 教授，博导，研究所主任
戴兴建 讲师
高储能密度飞轮结构设计方法
Design of high specific energy density flywheel
下载PDF阅读器储能密度是复合材料飞轮结构设计的主要技术指标,为提高储能密度,必须选取比强度高的纤维复合材料并尽量提高飞轮的外缘线速度.
该文探讨了考虑轴承、电机技术水平和可用材料等约束条件下的飞轮结构设计的一般方法,该方法应用于飞轮储能试验装置研制中,飞轮在试验中达到
700 r/s, 外缘线速度达到660 m/s, 储能密度达到 35 Wh/kg.
作 者：戴兴建 李奕良 于涵 DAI Xingjian LI Yiliang YU Han
作者单位：清华大学,工程物理系,北京,100084
刊 名：清华大学学报（自然科学版） ISTIC EI PKU
英文刊名：JOURNAL OF TSINGHUA UNIVERSITY(SCIENCE AND TECHNOLOGY)
年，卷(期)：2008 48(3)
分类号：TH133
关键词：飞轮储能 复合材料 结构设计
机标分类号：TB3 TQ3
人才培养
徐旸：博士生
卫海岗：博士生
张龙：硕士生
图1 飞轮储能系统工作原理
图2 飞轮真空外罩样图
图3 沈祖培教授与青年教师在做实验
飞轮储能(Flywheel Energy Storage) 是具有广泛应用前景的新型机械储能方式，它的基本原理是由电能驱动飞轮到高速旋转，电能转变为机械能储存，当需要电能时，飞轮减速，电动机作发电机运行，将飞轮动能转换成电能，飞轮的升速和降速，实现了电能的存入和释放。飞轮储能有储能高、功率大、效率高、寿命长、无污染等优点。目前飞轮储能技术得到世界各国的高度重视，成为研究热点，美国、英国、德国、日本、瑞士等国都有很多大学进行飞轮储能技术的研究。飞轮储能技术在电力系统调峰、风力发电、汽车供能、不间断电源、卫星储能控姿、通讯系统信号传输、大功率机车、电磁炮、鱼雷等方面的应用在国外已得到广泛的研究。
我们的水平
清华大学工程物理系储能飞轮实验室成立于1995年，是国内最早研究储能飞轮的实验室之一。1997年实验室设计出第一套复合材料飞轮系统，转子重8kg，直径23cm，1998年成功运转到48000RPM，线速度580m/s，实现充放电。1999年实验室设计出第二代飞轮，重15kg，直径30cm，于2001年4月成功运转到700周，线速度650m/s，储能量500Whr。在第二代飞轮的基础上，实验室完成了用作飞轮电池的THEF1000飞轮储能系统概念设计，目前此项工作正在紧张开展中。预计在2002年底完成。
学术研究
飞轮储能技术
涉及到材料、机械、电工、热工、计算机等多学科的交叉，研究的课题方向有：
复合材料缠绕设计和工艺
复合材料转子结构设计和优化
高速转动飞轮系统动力学分析
高速转动飞轮阻尼器结构设计和参数优化
低损耗磁轴承控制理论和结构设计
无铁损永磁电动／发电机理论分析、设计和关键工艺
高频率电能转换理论分析和双向逆变技术
储能飞轮系统仿真
飞轮储能装置实验和高真空技术
实验飞轮整体结构
l 飞轮转子由玻璃纤维、碳纤维采用一定的缠绕方式绕在铝合金作的骨架上。飞轮的整体呈空心圆盘状；
2 电动/发电机采用永久磁铁作为定子固定在飞轮的下端，电磁铁作为定子，转子相位通过三个红外传感器确定，同时通过相位的变化得到转子的转速；
3 采用螺旋线滑动轴承，当转子转到一定的转速既形成封闭的油膜，可在很大程度上减少摩擦，降低损耗；
4 上阻尼为悬吊式阻尼器，采用永久磁铁以卸去飞轮转子的重量，以减少对下断轴承的压力，从而减少摩擦损耗；
5 下阻尼为弹性鼠笼式挤压油膜、橡皮挤压油膜、弹簧挤压油膜三种；
6 通过机械泵和分子泵对真空室抽真空，进一步减少风损和空气动力学引起的不稳定；
7 通过循环水系统对转子下端的滑动轴承等进行冷却，确保轴承能正常的工作运行；
8 采用电涡流传感器对下阻尼和转子的径向振动，以及转子的轴向位置进行监视；采用热偶真空计对飞轮的真空度进行监视；通过放大器对飞轮的各种声音信号放大，对飞轮的运行产生的声音进行监听；以了解飞轮的运行情况。
实验室一方面进行该结构实验飞轮的运行测试、改进工作；另一方面与北京航空航天大学宇航学院合作，积极发展采用磁轴承、用于航天方面的新型飞轮储能系统，该项工作也在积极开展之中。
科研成果
我们已经建立二套飞轮储能实验装置，完成了飞轮储能原理性论证实验，飞轮转子采用复合材料制作，转速已达到４２０００转／分，实现了飞轮的充电和放电，目前正在进行飞轮储能技术的理论和实验研究。
师资力量
本实验室有本系教授、副教授共４名，并有电机系教授、副教授２名，长期合作，指导博士、硕士研究生多名进行飞轮储能技术研究。
沈祖培 教授
金兆熊 教授，博导，研究所主任
戴兴建 讲师
高储能密度飞轮结构设计方法
Design of high specific energy density flywheel
下载PDF阅读器储能密度是复合材料飞轮结构设计的主要技术指标,为提高储能密度,必须选取比强度高的纤维复合材料并尽量提高飞轮的外缘线速度.
该文探讨了考虑轴承、电机技术水平和可用材料等约束条件下的飞轮结构设计的一般方法,该方法应用于飞轮储能试验装置研制中,飞轮在试验中达到
700 r/s, 外缘线速度达到660 m/s, 储能密度达到 35 Wh/kg.
作 者：戴兴建 李奕良 于涵 DAI Xingjian LI Yiliang YU Han
作者单位：清华大学,工程物理系,北京,100084
刊 名：清华大学学报（自然科学版） ISTIC EI PKU
英文刊名：JOURNAL OF TSINGHUA UNIVERSITY(SCIENCE AND TECHNOLOGY)
年，卷(期)：2008 48(3)
分类号：TH133
关键词：飞轮储能 复合材料 结构设计
机标分类号：TB3 TQ3
人才培养
徐旸：博士生
卫海岗：博士生
张龙：硕士生
图1 飞轮储能系统工作原理
图2 飞轮真空外罩样图
图3 沈祖培教授与青年教师在做实验
飞轮储能(Flywheel Energy Storage) 是具有广泛应用前景的新型机械储能方式，它的基本原理是由电能驱动飞轮到高速旋转，电能转变为机械能储存，当需要电能时，飞轮减速，电动机作发电机运行，将飞轮动能转换成电能，飞轮的升速和降速，实现了电能的存入和释放。飞轮储能有储能高、功率大、效率高、寿命长、无污染等优点。目前飞轮储能技术得到世界各国的高度重视，成为研究热点，美国、英国、德国、日本、瑞士等国都有很多大学进行飞轮储能技术的研究。飞轮储能技术在电力系统调峰、风力发电、汽车供能、不间断电源、卫星储能控姿、通讯系统信号传输、大功率机车、电磁炮、鱼雷等方面的应用在国外已得到广泛的研究。线圈电磁炮的发展历史来看，其实阻碍电磁弹射器的现实化并不是线性电机本身，而是强大而稳定的瞬发能源。美国航母上采用90年代nasa为电磁炮，激光类武器发展的惯性储能装置发展而来的盘式交流发电机。新设计的盘式交流发电机重约8.7吨，如果不算附加安全壳体设备重量只有6.9吨。盘式交流发电机的转子采用绕水平轴向的旋转，转子重约5177公斤，使用镍铬铁的铸件经热处理而成，上面用镍铬钛合金箍固定2对扇形轴心磁场的钕铁硼永磁体，镍铬钛合金箍具有很大的弹性预应力，确保稳定固定高速旋转中的磁体。转子旋转速度为6400转/分，一个转子可存储121兆焦的能量，储能密度比蒸汽弹射器得储气罐高一倍多，一台弹射器由4台盘式交流发电机供电，安装时一般采用成对布置，转子反向旋转，减小因高速旋转飞轮带来的陀螺效应和单向扭矩。弹射一次仅使用每一台发电机所储备的能量的22.5%，让飞轮转盘的转动速度从6400转/分下降到5200转/分，能量消耗可以在弹射循环的45s间歇中从主动力输出中获得补充。4蓄能发电机结构可以允许弹射器在其中一台发电机没有工作的情况下正常使用，由于航母装备4台弹射器，每两台弹射器的动力组会安装到一起，集中管理并允许其动力交联，出现6台以上发电机故障而影响弹射几率每300年才会重复一次。盘式交流发电机采用双定子设计，分别处于盘的两侧，每一个定子由280个线圈绕组的放射性槽构成，槽间是支撑结构和液体冷却板，由于采用双定子结构，每台发电机输出电源是6相的，最大输出电压1700伏，峰值电流高达6400安培，输出的匹配载荷为8.16万千瓦，输出为2133-1735赫兹的变频交流电。盘式储能交流发电机的设计效率为89.3%，这已经通过缩比模型验证，也就是说每一次弹射将会有127千瓦的能量以热量形式消耗掉了，发电机的定子线圈的电阻仅有8.6毫欧，这么大的功率会迅速将定子线圈加温数百度，所以设计了定子强制冷却。冷却板布置在定子的外侧，铸铝板上安转不锈钢管，内充WEG混合液，采用流量为151升/分的泵强制散热，根据1/2模型试验测试所知，可以保证45s循环内铜芯温度稳定在84摄氏度，冷却板表面温度61度。
我们的水平
清华大学工程物理系储能飞轮实验室成立于1995年，是国内最早研究储能飞轮的实验室之一。1997年实验室设计出第一套复合材料飞轮系统，转子重8kg，直径23cm，1998年成功运转到48000RPM，线速度580m/s，实现充放电。1999年实验室设计出第二代飞轮，重15kg，直径30cm，于2001年4月成功运转到700周，线速度650m/s，储能量500Whr。在第二代飞轮的基础上，实验室完成了用作飞轮电池的THEF1000飞轮储能系统概念设计，目前此项工作正在紧张开展中。预计在2002年底完成。
学术研究
飞轮储能技术
涉及到材料、机械、电工、热工、计算机等多学科的交叉，研究的课题方向有：
复合材料缠绕设计和工艺
复合材料转子结构设计和优化
高速转动飞轮系统动力学分析
高速转动飞轮阻尼器结构设计和参数优化
低损耗磁轴承控制理论和结构设计
无铁损永磁电动／发电机理论分析、设计和关键工艺
高频率电能转换理论分析和双向逆变技术
储能飞轮系统仿真
飞轮储能装置实验和高真空技术
实验飞轮整体结构
l 飞轮转子由玻璃纤维、碳纤维采用一定的缠绕方式绕在铝合金作的骨架上。飞轮的整体呈空心圆盘状；
2 电动/发电机采用永久磁铁作为定子固定在飞轮的下端，电磁铁作为定子，转子相位通过三个红外传感器确定，同时通过相位的变化得到转子的转速；
3 采用螺旋线滑动轴承，当转子转到一定的转速既形成封闭的油膜，可在很大程度上减少摩擦，降低损耗；
4 上阻尼为悬吊式阻尼器，采用永久磁铁以卸去飞轮转子的重量，以减少对下断轴承的压力，从而减少摩擦损耗；
5 下阻尼为弹性鼠笼式挤压油膜、橡皮挤压油膜、弹簧挤压油膜三种；
6 通过机械泵和分子泵对真空室抽真空，进一步减少风损和空气动力学引起的不稳定；
7 通过循环水系统对转子下端的滑动轴承等进行冷却，确保轴承能正常的工作运行；
8 采用电涡流传感器对下阻尼和转子的径向振动，以及转子的轴向位置进行监视；采用热偶真空计对飞轮的真空度进行监视；通过放大器对飞轮的各种声音信号放大，对飞轮的运行产生的声音进行监听；以了解飞轮的运行情况。
实验室一方面进行该结构实验飞轮的运行测试、改进工作；另一方面与北京航空航天大学宇航学院合作，积极发展采用磁轴承、用于航天方面的新型飞轮储能系统，该项工作也在积极开展之中。
科研成果
我们已经建立二套飞轮储能实验装置，完成了飞轮储能原理性论证实验，飞轮转子采用复合材料制作，转速已达到４２０００转／分，实现了飞轮的充电和放电，目前正在进行飞轮储能技术的理论和实验研究。
师资力量
本实验室有本系教授、副教授共４名，并有电机系教授、副教授２名，长期合作，指导博士、硕士研究生多名进行飞轮储能技术研究。
沈祖培 教授
金兆熊 教授，博导，研究所主任
戴兴建 讲师
高储能密度飞轮结构设计方法
Design of high specific energy density flywheel
下载PDF阅读器储能密度是复合材料飞轮结构设计的主要技术指标,为提高储能密度,必须选取比强度高的纤维复合材料并尽量提高飞轮的外缘线速度.
该文探讨了考虑轴承、电机技术水平和可用材料等约束条件下的飞轮结构设计的一般方法,该方法应用于飞轮储能试验装置研制中,飞轮在试验中达到
700 r/s, 外缘线速度达到660 m/s, 储能密度达到 35 Wh/kg.
作 者：戴兴建 李奕良 于涵 DAI Xingjian LI Yiliang YU Han
作者单位：清华大学,工程物理系,北京,100084
刊 名：清华大学学报（自然科学版） ISTIC EI PKU
英文刊名：JOURNAL OF TSINGHUA UNIVERSITY(SCIENCE AND TECHNOLOGY)
年，卷(期)：2008 48(3)
分类号：TH133
关键词：飞轮储能 复合材料 结构设计
机标分类号：TB3 TQ3
人才培养
徐旸：博士生
卫海岗：博士生
张龙：硕士生
图1 飞轮储能系统工作原理
图2 飞轮真空外罩样图
图3 沈祖培教授与青年教师在做实验
飞轮储能(Flywheel Energy Storage) 是具有广泛应用前景的新型机械储能方式，它的基本原理是由电能驱动飞轮到高速旋转，电能转变为机械能储存，当需要电能时，飞轮减速，电动机作发电机运行，将飞轮动能转换成电能，飞轮的升速和降速，实现了电能的存入和释放。飞轮储能有储能高、功率大、效率高、寿命长、无污染等优点。目前飞轮储能技术得到世界各国的高度重视，成为研究热点，美国、英国、德国、日本、瑞士等国都有很多大学进行飞轮储能技术的研究。飞轮储能技术在电力系统调峰、风力发电、汽车供能、不间断电源、卫星储能控姿、通讯系统信号传输、大功率机车、电磁炮、鱼雷等方面的应用在国外已得到广泛的研究。
有点问题哟，兆焦是能量单位，即1千瓦小时等于3.6兆焦
,
再仔细看了一遍我们的能量 有500瓦小时， ，即1.8兆焦，15公斤重， 35 Wh/kg，即1公斤0.035度，约合0.126兆焦/公斤，
美国6.9吨，一个转子只有121兆焦， 能量仅仅为0.0175兆焦/公斤，比我们的低了一个数量级
我是不是算错了
,
再仔细看了一遍我们的能量 有500瓦小时， ，即1.8兆焦，15公斤重， 35 Wh/kg，即1公斤0.035度，约合0.126兆焦/公斤，
美国6.9吨，一个转子只有121兆焦， 能量仅仅为0.0175兆焦/公斤，比我们的低了一个数量级
我是不是算错了
计算大体上没错，美国的那个算的时候是不是应该用转子重量5177公斤而不是整体重量？不过结果的数量级差不多。计算结果为0.15MJ/Kg和0.023MJ/Kg。
我猜测这个效率差的原因是因为飞轮的大小导致的结构强度差异。小飞轮可以做成边缘厚中间薄的结构，这样单位重量储能密度高；但如果等比例放大的话，为了维持同样转速，中间部分可能会结构强度不够，需要加厚，而这加厚的部分储能密度较低（因为更靠近转轴），导致了单位重量储能密度的下降。另外也许同样是因为结构强度的问题，大飞轮的转速不如小飞轮（原文中大飞轮的转速6400转/分，小飞轮的转速48000转/分），也导致了储能密度的下降。
个人的一点猜测，若有错误还请各位大大指正。
计算大体上没错，美国的那个算的时候是不是应该用转子重量5177公斤而不是整体重量？不过结果的数量级差不多。计算结果为0.15MJ/Kg和0.023MJ/Kg。
我猜测这个效率差的原因是因为飞轮的大小导致的结构强度差异。小飞轮可以做成边缘厚中间薄的结构，这样单位重量储能密度高；但如果等比例放大的话，为了维持同样转速，中间部分可能会结构强度不够，需要加厚，而这加厚的部分储能密度较低（因为更靠近转轴），导致了单位重量储能密度的下降。另外也许同样是因为结构强度的问题，大飞轮的转速不如小飞轮（原文中大飞轮的转速6400转/分，小飞轮的转速48000转/分），也导致了储能密度的下降。
个人的一点猜测，若有错误还请各位大大指正。
不好意思 这个真不会算
这和说蚂蚁比大象相对力量大一个道理。
Shinichi 发表于 2010-10-13 05:22 
大体上应该就是这样的原因了:b
大体上应该就是这样的原因了:b
回复 5# costrave
那么我们用几十上百个飞轮同时放电行不行,一百个也才1.5吨重,这个难度和储能充放电飞轮大型化相比,谁大?
那么我们用几十上百个飞轮同时放电行不行,一百个也才1.5吨重,这个难度和储能充放电飞轮大型化相比,谁大?
这能说明说什么问题
THEF-1000飞轮储能系统,从型号上看,已经有了1千瓦小时的飞轮了,一个飞轮能量储存为3.6兆焦了,不知道重量多少?
hswz 发表于 2010-10-13 08:33
这个设想……让我想起了毛子的N1火箭……
这个设想……让我想起了毛子的N1火箭……
多个小飞轮会不会在供电质量上有问题？
一直不懂飞轮原理...
体积呢？
说明ＭＤ的电磁弹射器不需要能量密度那么高的飞轮．
回复 8# smzg
这个说明美国的飞轮5吨重,储能121兆焦,能够使耗电1千瓦的电器运行33.6小时,清华的0.015吨重,储能1.8兆焦,能够使耗电1千瓦的电器工作半小时
这个说明美国的飞轮5吨重,储能121兆焦,能够使耗电1千瓦的电器运行33.6小时,清华的0.015吨重,储能1.8兆焦,能够使耗电1千瓦的电器工作半小时
techiekun 发表于 2010-10-13 09:15
楼主帖子中就有啊
它的基本原理是由电能驱动飞轮到高速旋转，电能转变为机械能储存，当需要电能时，飞轮减速，电动机作发电机运行，将飞轮动能转换成电能，飞轮的升速和降速，实现了电能的存入和释放。
楼主帖子中就有啊
它的基本原理是由电能驱动飞轮到高速旋转，电能转变为机械能储存，当需要电能时，飞轮减速，电动机作发电机运行，将飞轮动能转换成电能，飞轮的升速和降速，实现了电能的存入和释放。
体积呢? ===体检很小，有图,重15kg，直径30cm清华网站链接http://www.tsinghua.edu.cn/docsn/sysbc/gongwu
回复 10# Shinichi
美国也是16个组合在一起用,应该我们也可以,原理基本一样,并且我估计美国正式上舰的产品转子也会用复合材料代替金属的,我们用的是碳纤维T—700,美国不存在禁运问题,估计会采用原来我们准备用的T—1000碳纤维
回复 10# Shinichi
美国也是16个组合在一起用,应该我们也可以,原理基本一样,并且我估计美国正式上舰的产品转子也会用复合材料代替金属的,我们用的是碳纤维T—700,美国不存在禁运问题,估计会采用原来我们准备用的T—1000碳纤维
好复杂的说，看样子DT还是有谱的啊并且诡异的是没有2002年后新产品的报道了,那个预定2002底年完成1千瓦小时的飞轮也没有下文了
并且诡异的是没有2002年后新产品的报道了,那个预定2002底年完成1千瓦小时的飞轮也没有下文了
回复 20# hswz
也许是被立项保密了
也许是被立项保密了
欢迎技术讨论....强帖留名
hswz 发表于 2010-10-13 08:33
一百个飞轮，电磁屏蔽很难搞的
一百个飞轮，电磁屏蔽很难搞的
zyz201 发表于 2010-10-13 09:44
发条效应?
发条效应?
Shinichi 发表于 2010-10-13 05:22
高速飛輪的材質與加工極其關鍵，至於結構應力與溫度，運動造成的Fautige, Life問題，現在的CAE系統，只要Mesh模型建的好，應該都可以提供非常好的模擬預判，這點希望國家不要省錢，多一些經費給研發單位購置 更好的計算機設備跟軟體。用在軍用上，往往壽命與質量要求會更高，請繼續努力，我祝福中!
高速飛輪的材質與加工極其關鍵，至於結構應力與溫度，運動造成的Fautige, Life問題，現在的CAE系統，只要Mesh模型建的好，應該都可以提供非常好的模擬預判，這點希望國家不要省錢，多一些經費給研發單位購置 更好的計算機設備跟軟體。用在軍用上，往往壽命與質量要求會更高，請繼續努力，我祝福中!
有点问题哟，兆焦是能量单位，即1千瓦小时等于3.6兆焦
,
再仔细看了一遍我们的能量 有500瓦小时， ，即1. ...
hswz 发表于 2010-10-13 01:13
飞轮储能有两个主要指标，一个是能量密度，另一个是功率密度。做为飞轮电池来说，能量密度更重要，飞轮电池已经早就实用化了；而做为弹射器的储能装置，功率密度更重要，最大瞬间输出功率一定要满足弹射需求。一大堆低功率的飞轮电池组合使用，并不能提高最大输出功率。
有点问题哟，兆焦是能量单位，即1千瓦小时等于3.6兆焦
,
再仔细看了一遍我们的能量 有500瓦小时， ，即1. ...
hswz 发表于 2010-10-13 01:13
飞轮储能有两个主要指标，一个是能量密度，另一个是功率密度。做为飞轮电池来说，能量密度更重要，飞轮电池已经早就实用化了；而做为弹射器的储能装置，功率密度更重要，最大瞬间输出功率一定要满足弹射需求。一大堆低功率的飞轮电池组合使用，并不能提高最大输出功率。
techiekun 发表于 2010-10-13 12:18
发条是动能装换成弹性势能~~
这个很好理解啊，就是电能转化成动能（飞快转动的飞轮），我猜当需要弹射，改变电机的电磁铁强度就能实现瞬间释放大电流~~ 这里首先要明白电动机也可以其发电机的作用。
比如一条循环的索道上，当下山的人多余上山的人时，为了稳定速度，索道的主电机做负功，这时是在发电。
发条是动能装换成弹性势能~~
这个很好理解啊，就是电能转化成动能（飞快转动的飞轮），我猜当需要弹射，改变电机的电磁铁强度就能实现瞬间释放大电流~~ 这里首先要明白电动机也可以其发电机的作用。
比如一条循环的索道上，当下山的人多余上山的人时，为了稳定速度，索道的主电机做负功，这时是在发电。
对电学不是很明了
Shinichi 发表于 2010-10-13 09:01 AM
这个应该相反啊～～ 一组火箭有一个坏就全完蛋～～ 越多可靠性越低， 这个在地面上的只要留有有足够的功率余量，互为备份可靠性只会比单一个更高
这个应该相反啊～～ 一组火箭有一个坏就全完蛋～～ 越多可靠性越低， 这个在地面上的只要留有有足够的功率余量，互为备份可靠性只会比单一个更高
那工程上用的东西跟实验室里面的东西比。。。。
HM先下水再说别的吧
飞轮上的每一小块都蕴含着0.5*dm*(w*r)^2的动能，w为旋转角速度，r为这一小块到飞轮转轴的距离。
总体的动能自然就是对这个求积分出来的结果。
总体的动能自然就是对这个求积分出来的结果。
不错的资料
hswz 发表于 2010-10-13 08:33
这样的话故障率可能会飙升，而且占据的空间会比单独的一个飞轮要大得多！
这样的话故障率可能会飙升，而且占据的空间会比单独的一个飞轮要大得多！
MD表示很无语！{:jian:}
强帖！学习了很多东西。
几十上百个。。。如果故障率高，后勤会死！
回复 1# hswz
不谈弹射器，这东西储能经济性达到民用要求就好了。
不谈弹射器，这东西储能经济性达到民用要求就好了。
zmxorhhxa 发表于 2010-10-13 19:17
单从故障率考虑是这样的，毕竟不是一个坏大家都完蛋的事。
不过我认为除了功率余量之外，还要考虑如此多“电源”同时供电时的“质量”问题，比如相位，波幅的同步之类的。电源越多，这方面的复杂度也越高。
单从故障率考虑是这样的，毕竟不是一个坏大家都完蛋的事。
不过我认为除了功率余量之外，还要考虑如此多“电源”同时供电时的“质量”问题，比如相位，波幅的同步之类的。电源越多，这方面的复杂度也越高。
学习了