多工况下大容量重力储能系统电机转轴寿命评估

摘要

为解决传统重力储能系统因重物块单一质量等级导致的输出功率阶跃性问题，引入质量分级策略以提升功率调节的连续性与灵活性。聚焦多级重物块运行下同步电机转轴的疲劳寿命评估，基于Miner线性累积损伤理论建立寿命预测模型。依据混合储能协同运行需求，将电化学储能最大单元输出功率作为最小质量等级设计依据，按倍增原则确定四级重物块质量分别为104 t、70 t、35 t与17.5 t。基于转轴弯扭组合变形受力分析，结合40CrMo材料的应力–寿命曲线与Basquin模型，计算搬运单一质量重物块时的最大应力及对应疲劳循环次数。利用蒙特卡洛方法对春夏秋冬4个典型日净功率数据生成32个随机场景，量化各季节多级重物块调用频次，结合Miner理论实现全年累积损伤叠加。计算结果表明，在4台电机并列运行条件下，电机转轴剩余使用寿命约为207.25年。所提方法可为重力储能系统关键部件在变幅载荷下的寿命预测与维护决策提供理论参考。

关键词

重力储能 / 质量分级 / 同步电机转轴 / 应力分析 / 寿命评估

基金资助

中央高校基本科研业务费专项资金（2024MS111）