中文名 | 磁懸浮轉(zhuǎn)子的主被動一體式保護軸承研究 | 項目類別 | 青年科學基金項目 |
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項目負責人 | 俞成濤 | 依托單位 | 江蘇理工學院 |
針對高速磁懸浮軸承轉(zhuǎn)子跌落后保護軸承無法承受劇烈的碰撞導致磁懸浮軸承系統(tǒng)遭受損壞這一工程實際問題,提出了“磁懸浮轉(zhuǎn)子的主被動一體式保護軸承研究”課題。項目執(zhí)行期間成功研發(fā)了主被動一體式保護軸承裝置并且申報了國家發(fā)明專利;完成了保護軸承裝置控制系統(tǒng)與磁懸浮軸承控制系統(tǒng)的集成、保護軸承的靜力學和運動學以及5自由度磁懸浮轉(zhuǎn)子跌落至此保護軸承的動力學模型的建立;通過模擬仿真,對轉(zhuǎn)子跌落后轉(zhuǎn)子的軌跡、振動位移、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速、振動頻率、滾動軸承的碰撞力、間隙消除時間等方面進行了理論研究;搭建了磁懸浮轉(zhuǎn)子全尺寸試驗臺,進行轉(zhuǎn)子最高轉(zhuǎn)速為30000轉(zhuǎn)/分時的轉(zhuǎn)子跌落試驗驗證。仿真和試驗結(jié)果均顯示了主被動一體式保護軸承能夠在轉(zhuǎn)子跌落后不到1 s內(nèi)快速消除原先的保護間隙;間隙消除后,轉(zhuǎn)子維持在約為30μm的幅值范圍內(nèi)穩(wěn)定旋轉(zhuǎn),同時滾動軸承也只需承受穩(wěn)定的轉(zhuǎn)子重力和離心力作用;另外,通過對轉(zhuǎn)子振動頻率進行分析可得此保護軸承消除了轉(zhuǎn)子跌落后進入全間隙渦動的可能。通過本課題的研究證明主被動一體式保護軸承能夠?qū)崿F(xiàn)在磁懸浮轉(zhuǎn)子跌落后消除間隙的功能,基本消除了轉(zhuǎn)子對滾動軸承的沖擊,使得滾動軸承能夠在穩(wěn)定的工況下高速運行,大大地提高了其可靠性和壽命,同時提高了磁懸浮軸承系統(tǒng)的可靠性。本課題的研究結(jié)果對磁懸浮軸承的保護軸承設(shè)計以及實際應(yīng)用提供了指導意義。
磁懸浮軸承系統(tǒng)需要一套保護軸承在系統(tǒng)失效后臨時支承高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子,保護系統(tǒng)設(shè)備不受損壞。由于保護軸承與轉(zhuǎn)子之間存在間隙,轉(zhuǎn)子跌落產(chǎn)生的巨大沖擊力致使保護軸承損壞而導致設(shè)備受損的事故時常發(fā)生。本項目提出一種能夠同時消除徑向和軸向保護間隙的向心推力保護軸承,并且這種消除間隙的功能可以由控制系統(tǒng)主動完成,也可以在控制系統(tǒng)完全失效時由保護軸承自行被動完成。主要研究內(nèi)容包括建立轉(zhuǎn)子與保護軸承系統(tǒng)的運動學、靜力學以及動力學模型;得到轉(zhuǎn)子與保護軸承的匹配設(shè)計理論;探討影響間隙消除時間的關(guān)鍵因素;研究間隙消除時間對滾動軸承壽命的影響,得到最佳消除間隙時間;進行高速跌落試驗研究;根據(jù)理論和試驗研究結(jié)果優(yōu)化保護軸承的設(shè)計,提出保護軸承的設(shè)計準則。本項目的研究能夠在磁懸浮軸承失效后對轉(zhuǎn)子提供全面的保護,提高磁懸浮軸承的可靠性使其在工業(yè)應(yīng)用中具有廣闊的前景,同時為自消除間隙保護軸承消除間隙的最佳時間提供設(shè)計依據(jù)。
利用磁鐵同極相斥原理,采用電磁鐵做成的相框
上海磁懸浮于2001年3月開始建造。整個工程花費22個月,耗資89億元。 參考資料: http://news.sina.com.cn/c/2003-01-09/1521867985.shtml
北京地鐵S1號線途徑海淀、石景山西到門頭溝永定新城-石門營,門頭溝線(S1線)全長約19.985km,北京磁懸浮示范線于2014年6月開工建設(shè)。門頭溝線(S1線)分東西兩段建設(shè),先行修建西段工程即石門...
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評分: 4.5
將傳統(tǒng)PID理論和LQR理論相結(jié)合,提出了一種易于工程實現(xiàn)的交叉PID集中控制器,解決了磁懸浮軸承系統(tǒng)中集中控制器普遍存在的設(shè)計復(fù)雜、實時計算量大、過度依賴精確的數(shù)學模型等缺陷。針對實驗室的磁懸浮軸承試驗平臺,采用Matlab仿真軟件進行了交叉PID集中控制系統(tǒng)的仿真研究。仿真結(jié)果表明,交叉PID集中控制器具有較好的控制性能,可以實現(xiàn)電磁軸承轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定懸浮。
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日前,斯凱孚(SKF)獲得了—份為沈陽鼓風饑集團股份有限公司提供S2M磁懸浮軸承系統(tǒng)的合同。
飛輪蓄能發(fā)電設(shè)備的旋轉(zhuǎn)摩擦損耗較大,為了減少旋轉(zhuǎn)摩擦損耗,所以一般都采用磁懸浮軸承。磁懸浮軸承是飛輪儲能系統(tǒng)的關(guān)鍵部件。磁軸承根據(jù)磁場性質(zhì)的不同主要分為被動磁懸浮軸承(PMB)和主動磁懸
浮軸承(AMB)兩種:
(a)被動磁懸浮軸承
被動磁懸浮軸承有代表性的是高溫超導磁懸浮軸承。無源磁懸浮軸承磁場通常是不可控的。傳統(tǒng)的超導體無法滿足磁軸承的要求,但是自從高溫超導體Y(釔)系發(fā)現(xiàn)以來,制造高溫超導磁軸承成為可能。永久磁鐵安裝在飛輪上,高溫超導體安裝在底座上并用液氮冷卻,利用超導體的特性之一的Meissier效應(yīng)(超導抗磁性)。永久磁鐵的磁通被超導體阻擋而產(chǎn)生排斥力,使飛輪處于懸浮狀態(tài)。
(b)主動磁懸浮軸承
主動磁懸浮系統(tǒng)主要是電磁懸浮系統(tǒng)。電磁懸浮軸承系統(tǒng)主要由轉(zhuǎn)子、電磁鐵、傳感器、控制系統(tǒng)、功率放大器組合而成。轉(zhuǎn)子位移變化的信號由傳感器測出,傳到控制器中,控制器計算后,輸出信號,經(jīng)過功率放大器的放大,輸入到電磁鐵,產(chǎn)生電磁力,從而保證轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定懸浮。
與傳統(tǒng)的滾動軸承、滑動軸承以及油膜軸承相比,磁軸承不存在機械接觸,轉(zhuǎn)子可以運行到很高的轉(zhuǎn)速,具有機械磨損小、能耗低、噪聲小、壽命長、無需潤滑、無油污染等優(yōu)點,特別適用于高速、真空、超凈等特殊環(huán)境中。磁懸浮事實上只是一種輔助功能,并非是獨立的軸承形式,具體應(yīng)用還得配合其它的軸承形式,例如磁懸浮 滾珠軸承、磁懸浮 含油軸承、磁懸浮 汽化軸承等等。
磁懸浮軸承(Magnetic Bearing) 的馬達有磁懸浮(Magnetic System,MS)設(shè)計,其磁感應(yīng)線與磁浮線成垂直,故軸芯與磁浮線是平行的,所以轉(zhuǎn)子的重量就固定在運轉(zhuǎn)的軌道上,利用幾乎是無負載的軸芯往反磁浮線方向頂撐,形成整個轉(zhuǎn)子懸空,在固定運轉(zhuǎn)軌道上。因此,磁懸浮事實上只是一種輔助功能,并非是獨立的軸承形式,具體應(yīng)用還得配合其它的軸承形式,例如磁懸浮+滾珠軸承、磁懸浮+含油軸承、磁懸浮+汽化軸承等等。這項技術(shù)并沒有得到歐美國家的認可。