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主动电磁悬浮轴承在污水处理曝气鼓风机上的应用及优势
作者:管理员    发布于:2015-11-29 13:16:41    文字:【】【】【
摘要:电磁悬浮轴承完全可以应用在各种鼓风机和压缩机上。电磁悬浮轴承目前的状态正如 70 年代的计算机所处的位置,国内专家普遍认为,电磁悬浮轴承 5 年之内将大举进军中国市场,由于国外对国内的技术封锁,采用电磁悬浮轴承的压缩机必然会对传统的油润滑轴承压缩机产生巨大的冲击,因此,国内研制电磁悬浮轴承压缩机时间比较紧迫。

磁悬浮轴承是利用磁力实现无接触的新型轴承,具有无接触、不需要润滑和密封、振动小、使用寿命长、维护费用低等一系列优点,属于高技术领域。磁浮轴承的研制不仅可以填补国内空白,而且可以带动机电行业的很多相关企业进行产品结构调整,形成新的经济增长点。此外,电磁悬浮轴承的研制具有重要的国防应用价值,可为我国研制以磁轴承支承的新一代航空发动机储备先进的科学技术。

  电磁悬浮轴承是典型的机械电子学产品, 机械电子学是融机械工程、电气工程、计算机科学于一体的跨学科工程领域。 
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  电磁悬浮轴承技术的发展是由于现代工业对新一代支承技术的需求推动的。随着现代工业的发展,对旋转机械提出了各种越来越苛刻的性能要求。在能源化工机械中,要求转子的旋转速度和精度越来越高、转子和定子之间的间隙越小越好以追求更高的效率。而对另一些工作在极端高温或低温环境下的军工、航空航天领域的旋转机械来说,除了要求能够承受严酷的环境考验之外,对于支承的可控性、安全及可靠性的考虑往往是第一位的。】

 

  与其他机械相比,旋转机械的最大特点在于:转子运动始终被约束在间隙比较小的空间内。这种间隙比,对于传统的油润滑轴承来说,大致在 1/1000 ~ 5/1000范围内。由于转子在运行中所受到的各种激励作用,这种小间隙约束是很容易遭到破坏的,这也是支承之所以成为制约高性能旋转机械进一步发展的关键技术的原因 磁浮轴承从原理上可分为两种,一种是主动磁浮轴承( active magnetic bearing ),简称 AMB ;另一种是被动磁浮轴承( passive magnetic bearing ),简称 PMB 。由于前者具有较好的性能,它在工业上得到了越来越广泛的应用。 
  磁浮轴承系统主要由被悬浮物体、传感器、控制器和执行器四大部分组成 , 见图 1 。其中执行器包括电磁铁和功率放大器两部分。图 1 
      是一个简单的磁浮轴承系统,电磁铁绕组上的电流为 I ,它对被悬浮物体产生的吸力和被悬浮物体本身的重力( mg )相平衡,被悬浮物体处于悬浮的平衡位置,这个位置也称为参考位置。假设在参考位置上,被悬浮物体受到一个向下的扰动,它就会偏离其参考位置向下运动,此时传感器检测出被悬浮物体偏离其参考位置的位移,控制器将这一位移信号变换成控制信号,功率放大器使流过电磁绕组上的电流变大,因此,电磁铁的吸力也变大,从而驱动被悬浮物体返回到原来的平衡位置。如果被悬浮物体受到一个向上的扰动并向上运动,此时控制器和功率放大器使流过电磁铁绕组上的电流变小,因此,电磁铁的吸力也变小,被悬浮物体也能返回到原来的平衡位置 

电磁悬浮轴承的优点 
  单级高速离心鼓风机电磁悬浮轴承拥有许多传统轴承所不具备的优点。 
  (1) 可以达到较高的转速:理论上讲,电磁悬浮轴承支承的转子最高转速只受到转子材料的限制。通常,在相同的轴颈直径下,电磁悬浮轴承所达到的转速比滚动轴承大约高5倍,比流体动压滑动轴承大约高2.5倍。

  (2) 摩擦功耗较小:曾对一台压缩机采用不同支承时的功耗做过比较,在10000r/min时,其功耗大约只有流体动压滑动轴承的10% ~ 20%。

  (3) 寿命长、可靠性高:由于电磁悬浮轴承依靠磁场力悬浮转子,因此在相对运动表面之间不接触,没有磨损和接触疲劳所带来的寿命问题。电子元器件的可靠性大大高于机械零部件,所以电磁悬浮轴承的寿命和可靠性均高于传统轴承。

  (4) 无需润滑 : 
  电磁悬浮轴承不存在润滑剂对环境所造成的污染问题,省去了润滑油的存储、过滤、加温、冷却及循环等成套设备。因此从整体上讲,电磁悬浮轴承在价格和空间上完全可以和常规轴承技术相竞争。
  (5) 适应性好:对极端高温、极端低温运行环境都具有很好的适应性。 
  (6) 可控性 : 电磁悬浮轴承的静态及动态性能都是在线可控的。
  (7) 可测试、可诊断、可在线工况监测: 事实上,电磁轴承悬浮本身就是集工况监测、故障诊断和在线调节于一体的。 
   2.3  电磁悬浮轴承的断电保护 
  在电磁悬浮轴承中,保护轴承占有十分重要的地位。保护轴承亦称为应急轴承。在系统发生故障时,对转子的应急保护主要由保护轴承来提供。在电磁悬浮轴承突然断电后,高速旋转的转子迅即进入自由落体状态,继而与保护轴承内壁发生冲击、碰撞和摩擦。在转子着陆过程中,转子动能逐渐转化为摩擦热,如果这些热量不能顺利地发散,将导致转子的热变形和电磁悬浮轴承损坏,因此对保护轴承以及转子在着陆过程中的冲击动力学研究同样十分必要。

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脚注信息
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