磁懸浮軸承系統(tǒng)需要一套保護(hù)軸承在系統(tǒng)失效后臨時(shí)支承高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子,保護(hù)系統(tǒng)設(shè)備不受損壞。由于保護(hù)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(hù)軸承損壞而導(dǎo)致設(shè)備受損的事故時(shí)常發(fā)生。本項(xiàng)目提出一種能夠同時(shí)消除徑向和軸向保護(hù)間隙的向心推力保護(hù)軸承,并且這種消除間隙的功能可以由控制系統(tǒng)主動(dòng)完成,也可以在控制系統(tǒng)完全失效時(shí)由保護(hù)軸承自行被動(dòng)完成。主要研究內(nèi)容包括建立轉(zhuǎn)子與保護(hù)軸承系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)、靜力學(xué)以及動(dòng)力學(xué)模型;得到轉(zhuǎn)子與保護(hù)軸承的匹配設(shè)計(jì)理論;探討影響間隙消除時(shí)間的關(guān)鍵因素;研究間隙消除時(shí)間對(duì)滾動(dòng)軸承壽命的影響,得到最佳消除間隙時(shí)間;進(jìn)行高速跌落試驗(yàn)研究;根據(jù)理論和試驗(yàn)研究結(jié)果優(yōu)化保護(hù)軸承的設(shè)計(jì),提出保護(hù)軸承的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。本項(xiàng)目的研究能夠在磁懸浮軸承失效后對(duì)轉(zhuǎn)子提供全面的保護(hù),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(shí)為自消除間隙保護(hù)軸承消除間隙的最佳時(shí)間提供設(shè)計(jì)依據(jù)。
針對(duì)高速磁懸浮軸承轉(zhuǎn)子跌落后保護(hù)軸承無法承受劇烈的碰撞導(dǎo)致磁懸浮軸承系統(tǒng)遭受損壞這一工程實(shí)際問題,提出了“磁懸浮轉(zhuǎn)子的主被動(dòng)一體式保護(hù)軸承研究”課題。項(xiàng)目執(zhí)行期間成功研發(fā)了主被動(dòng)一體式保護(hù)軸承裝置并且申報(bào)了國家發(fā)明專利;完成了保護(hù)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(hù)軸承的靜力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)以及5自由度磁懸浮轉(zhuǎn)子跌落至此保護(hù)軸承的動(dòng)力學(xué)模型的建立;通過模擬仿真,對(duì)轉(zhuǎn)子跌落后轉(zhuǎn)子的軌跡、振動(dòng)位移、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速、振動(dòng)頻率、滾動(dòng)軸承的碰撞力、間隙消除時(shí)間等方面進(jìn)行了理論研究;搭建了磁懸浮轉(zhuǎn)子全尺寸試驗(yàn)臺(tái),進(jìn)行轉(zhuǎn)子最高轉(zhuǎn)速為30000轉(zhuǎn)/分時(shí)的轉(zhuǎn)子跌落試驗(yàn)驗(yàn)證。仿真和試驗(yàn)結(jié)果均顯示了主被動(dòng)一體式保護(hù)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(hù)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(shí)滾動(dòng)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(duì)轉(zhuǎn)子振動(dòng)頻率進(jìn)行分析可得此保護(hù)軸承消除了轉(zhuǎn)子跌落后進(jìn)入全間隙渦動(dòng)的可能。通過本課題的研究證明主被動(dòng)一體式保護(hù)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(duì)滾動(dòng)軸承的沖擊,使得滾動(dòng)軸承能夠在穩(wěn)定的工況下高速運(yùn)行,大大地提高了其可靠性和壽命,同時(shí)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(duì)磁懸浮軸承的保護(hù)軸承設(shè)計(jì)以及實(shí)際應(yīng)用提供了指導(dǎo)意義。
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(gè)工程花費(fèi)22個(gè)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(hào)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(píng)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(shí)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(jì)復(fù)雜、實(shí)時(shí)計(jì)算量大、過度依賴精確的數(shù)學(xué)模型等缺陷。針對(duì)實(shí)驗(yàn)室的磁懸浮軸承試驗(yàn)平臺(tái),采用Matlab仿真軟件進(jìn)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(shí)現(xiàn)電磁軸承轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定懸浮。
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評(píng)分: 4.4
日前,斯凱孚(SKF)獲得了—份為沈陽鼓風(fēng)饑集團(tuán)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(chǔ)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(dòng)磁懸浮軸承(PMB)和主動(dòng)磁懸
浮軸承(AMB)兩種:
(a)被動(dòng)磁懸浮軸承
被動(dòng)磁懸浮軸承有代表性的是高溫超導(dǎo)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(dǎo)體無法滿足磁軸承的要求,但是自從高溫超導(dǎo)體Y(釔)系發(fā)現(xiàn)以來,制造高溫超導(dǎo)磁軸承成為可能。永久磁鐵安裝在飛輪上,高溫超導(dǎo)體安裝在底座上并用液氮冷卻,利用超導(dǎo)體的特性之一的Meissier效應(yīng)(超導(dǎo)抗磁性)。永久磁鐵的磁通被超導(dǎo)體阻擋而產(chǎn)生排斥力,使飛輪處于懸浮狀態(tài)。
(b)主動(dòng)磁懸浮軸承
主動(dòng)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(hào)由傳感器測出,傳到控制器中,控制器計(jì)算后,輸出信號(hào),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(dòng)軸承、滑動(dòng)軸承以及油膜軸承相比,磁軸承不存在機(jī)械接觸,轉(zhuǎn)子可以運(yùn)行到很高的轉(zhuǎn)速,具有機(jī)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(diǎn),特別適用于高速、真空、超凈等特殊環(huán)境中。磁懸浮事實(shí)上只是一種輔助功能,并非是獨(dú)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(dá)有磁懸浮(Magnetic System,MS)設(shè)計(jì),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(yùn)轉(zhuǎn)的軌道上,利用幾乎是無負(fù)載的軸芯往反磁浮線方向頂撐,形成整個(gè)轉(zhuǎn)子懸空,在固定運(yùn)轉(zhuǎn)軌道上。因此,磁懸浮事實(shí)上只是一種輔助功能,并非是獨(dú)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(xiàng)技術(shù)并沒有得到歐美國家的認(rèn)可。