2차원 유한요소법을 적용한 플라이휠 에너지 저장 장치 동특성 해석 프로그램 개발
Development of Rotordynamics Program Based on the 2D Finite Element Method for Flywheel Energy Storage System
구동식(경상대학교); 배용채(한국전력공사 전력연구원); 이욱륜(한국전력연구원); 김재구(경상대학교); 김효중(경상대학교 대학원); 최병근(경상대학교)
34권 11호, 1757~1763쪽
초록
플라이휠 에너지 저장 장치는 잉여 전기를 회전관성을 통해 운동 에너지로 저장하는 장치로, 회전의 중심이 되는 축과 외부의 플라이휠로 구성이 된다. 수치해석을 위한 일반적 프로그램들은 3차원의 모델을 통하여 구조해석 및 주파수 응답 등의 해석을 수행하게 된다. 허나 상용 프로그램을 이용한 동역학적 해석의 응용은 매우 어려운 실정이며, 사용자가 그 방법을 익히는 것 또한 쉽지 않다. 이러한 문제들을 보완하고자 동역학적 해석을 위한 프로그램을 2차원의 모델을 사용하여 구축하였다. 본 논문에서 제시한 모델링은 회전체를 2차원으로 표현함으로써 3차원에 비해 시스템의 표현을 보다 단순화하여 시스템의 구조를 쉽게 이해할 수 있도록 하였으며, 회전체를 서로 다른 재질의 다중 레이어로 모델이 가능하게 하였다. 또한 축계에 추가적 강성의 영향을 줄 수 있는 열박음 부분에 대하여, 그 영향정도를 선택적으로 입력할 수 있게 하여 열박음에 대한 효과를 조정할 수 있도록 하였다. 따라서 본 논문에서 제시하는 2차원 모델을 이용한 동특성 해석 프로그램의 해석 오차를 알아보기 위해 상용 프로그램의 해석 결과와 비교하였으며, 모델링을 위한 시간과 해석 수행 시간 역시 비교하였다.
Abstract
Flywheel energy storage system (FESS) is defined as a high speed rotating flywheel system that can save surplus electric power. The FESS is proposed as an efficient energy storage system because it can accumulate a large amount of energy when it is operated at a high rotating speed and no mechanical problems are encountered. The FESS consists of a shaft, flywheel, motor/generator, bearings, and case. It is difficult to simulate rotor dynamics using common structure simulation programs because these programs are based on the 3D model and complex input rotating conditions. Therefore, in this paper, a program for the FESS based on the 2D FEM was developed. The 2D FEM can model easier than 3D, and it can present the multi-layer rotor with different material each other. Stiffness changing of the shaft caused by shrink fitting of the hub can be inputted to get clear solving results. The results obtained using the program were compared with those obtained using the common programs to determine any errors.
- 발행기관:
- 대한기계학회
- 분류:
- 기계공학