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25 kW氢燃料电池系统用空压机转子运行稳定性分析
1
作者
李民
崔玉坤
+3 位作者
王清洁
伍培明
温朝伟
高广东
《河南科技大学学报(自然科学版)》
北大核心
2024年第6期1-8,M0002,共9页
为满足氢燃料电池系统对高速稳定空压机的需求,使用软件仿真和实验结合分析的方法,对搭载了动压空气轴承的25 kW氢燃料电池系统用空压机转子系统进行稳定性分析。首先使用Creo建模软件建立了空压机转子系统动力学模型;再使用Ansys-Workb...
为满足氢燃料电池系统对高速稳定空压机的需求,使用软件仿真和实验结合分析的方法,对搭载了动压空气轴承的25 kW氢燃料电池系统用空压机转子系统进行稳定性分析。首先使用Creo建模软件建立了空压机转子系统动力学模型;再使用Ansys-Workbench有限元软件进行仿真计算,探究了空气轴承支撑刚度以及轴承跨距对临界转速的影响;然后使用流固耦合法计算了径向轴承气膜表面压力与温度分布、平箔片变形程度和轴承承载力;最后在空压机性能测试实验台架上,测试了空压机额定转速下转子的振幅、轴心轨迹和转子振动情况,并进行了15万次启停实验与交变载荷实验和2000 h高负载耐久实验。结果表明:在额定转速100000 r/min时,转子系统轴心振幅为13.1μm,整机振动加速度最大为17.64 m/s^(2),未出现异常振动现象;启停实验过程中温度维持在30~34℃,交变负载实验过程中温度维持在66~68℃,高负载实验过程中温度维持在94~96℃,3项耐久试验结束后轴承、叶轮未出现明显磨损,表现出良好的动态稳定性。
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关键词
氢燃料电池
空压机
临界转速
空气轴承
轴心轨迹
稳定性分析
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职称材料
燃料电池用空压机驱动电机电磁热分析与冷却系统优化
2
作者
李民
李阳阳
+1 位作者
范晨阳
伍培明
《河南科技大学学报(自然科学版)》
北大核心
2025年第4期8-16,M0002,M0003,共11页
针对燃料电池用空压机电机机壳水冷流道进行设计与分析。首先,使用Motor-CAD软件进行电磁仿真,确定热源及其发热功率。依据发热功率确定冷却液流量,计算了气隙和电机主要接触面的对流换热系数。使用ANSYS-Fluent软件建立了螺旋流道水冷...
针对燃料电池用空压机电机机壳水冷流道进行设计与分析。首先,使用Motor-CAD软件进行电磁仿真,确定热源及其发热功率。依据发热功率确定冷却液流量,计算了气隙和电机主要接触面的对流换热系数。使用ANSYS-Fluent软件建立了螺旋流道水冷电机的流固耦合模型,使用PT100热电阻温度传感器测得电机内部温度,对端部绕组处的温度进行了验证。对原设计流道在正常温度工况(冷却液温度75℃左右)和高温极限工况(冷却液温度85℃左右)下进行电机温升评估,发现在正常温度工况下,原设计流道可以保证电机正常工作要求,但在高温极限工况下,原流道设计会使得电机右侧端部绕组存在局部过热,超出H级绝缘电机温升限值125.00 K。提出了流道优化方案,通过减缓流道截面积增大的速度,减缓流体流速的下降速率。与原设计流道相比,优化后的流道使得局部过热部位的冷却流体流速增大,这增强了冷却液与电机的换热效果。仿真结果表明:在高温极限工况,优化后流道的截面变化率更小,流速下降平缓,优化后流道内壁面温度由356.50 K下降至354.85 K,端部绕组的局部热点最高温度由433.09 K降至422.92 K。与原设计方案相比,优化后的端部绕组局部热点温度降低了10.17 K,温升为124.92 K,低于温升限值125.00 K,流道冷却效果明显优化。
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关键词
空压机
流道
流固耦合
磁热分析
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职称材料
题名
25 kW氢燃料电池系统用空压机转子运行稳定性分析
1
作者
李民
崔玉坤
王清洁
伍培明
温朝伟
高广东
机构
河南科技大学车辆与交通工程学院
中原内配明达氢能源有限公司
出处
《河南科技大学学报(自然科学版)》
北大核心
2024年第6期1-8,M0002,共9页
基金
国家自然科学基金项目(22309043)
河南省重点研发专项(231111242000)。
文摘
为满足氢燃料电池系统对高速稳定空压机的需求,使用软件仿真和实验结合分析的方法,对搭载了动压空气轴承的25 kW氢燃料电池系统用空压机转子系统进行稳定性分析。首先使用Creo建模软件建立了空压机转子系统动力学模型;再使用Ansys-Workbench有限元软件进行仿真计算,探究了空气轴承支撑刚度以及轴承跨距对临界转速的影响;然后使用流固耦合法计算了径向轴承气膜表面压力与温度分布、平箔片变形程度和轴承承载力;最后在空压机性能测试实验台架上,测试了空压机额定转速下转子的振幅、轴心轨迹和转子振动情况,并进行了15万次启停实验与交变载荷实验和2000 h高负载耐久实验。结果表明:在额定转速100000 r/min时,转子系统轴心振幅为13.1μm,整机振动加速度最大为17.64 m/s^(2),未出现异常振动现象;启停实验过程中温度维持在30~34℃,交变负载实验过程中温度维持在66~68℃,高负载实验过程中温度维持在94~96℃,3项耐久试验结束后轴承、叶轮未出现明显磨损,表现出良好的动态稳定性。
关键词
氢燃料电池
空压机
临界转速
空气轴承
轴心轨迹
稳定性分析
Keywords
hydrogen fuel cell
air compressor
critical speed
air bearing
axis trajectory
stability analysis
分类号
TH452 [机械工程—机械制造及自动化]
TK91 [动力工程及工程热物理]
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职称材料
题名
燃料电池用空压机驱动电机电磁热分析与冷却系统优化
2
作者
李民
李阳阳
范晨阳
伍培明
机构
河南科技大学车辆与交通工程学院
中原内配明达氢能源有限公司
南京研发中心
出处
《河南科技大学学报(自然科学版)》
北大核心
2025年第4期8-16,M0002,M0003,共11页
基金
国家自然科学基金项目(52006054)
河南省重点研发专项(231111242000)。
文摘
针对燃料电池用空压机电机机壳水冷流道进行设计与分析。首先,使用Motor-CAD软件进行电磁仿真,确定热源及其发热功率。依据发热功率确定冷却液流量,计算了气隙和电机主要接触面的对流换热系数。使用ANSYS-Fluent软件建立了螺旋流道水冷电机的流固耦合模型,使用PT100热电阻温度传感器测得电机内部温度,对端部绕组处的温度进行了验证。对原设计流道在正常温度工况(冷却液温度75℃左右)和高温极限工况(冷却液温度85℃左右)下进行电机温升评估,发现在正常温度工况下,原设计流道可以保证电机正常工作要求,但在高温极限工况下,原流道设计会使得电机右侧端部绕组存在局部过热,超出H级绝缘电机温升限值125.00 K。提出了流道优化方案,通过减缓流道截面积增大的速度,减缓流体流速的下降速率。与原设计流道相比,优化后的流道使得局部过热部位的冷却流体流速增大,这增强了冷却液与电机的换热效果。仿真结果表明:在高温极限工况,优化后流道的截面变化率更小,流速下降平缓,优化后流道内壁面温度由356.50 K下降至354.85 K,端部绕组的局部热点最高温度由433.09 K降至422.92 K。与原设计方案相比,优化后的端部绕组局部热点温度降低了10.17 K,温升为124.92 K,低于温升限值125.00 K,流道冷却效果明显优化。
关键词
空压机
流道
流固耦合
磁热分析
Keywords
air compressor
flow channel
fluid-solid coupling
magnetothermal analysis
分类号
TM341 [电气工程—电机]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
25 kW氢燃料电池系统用空压机转子运行稳定性分析
李民
崔玉坤
王清洁
伍培明
温朝伟
高广东
《河南科技大学学报(自然科学版)》
北大核心
2024
0
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职称材料
2
燃料电池用空压机驱动电机电磁热分析与冷却系统优化
李民
李阳阳
范晨阳
伍培明
《河南科技大学学报(自然科学版)》
北大核心
2025
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职称材料
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