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磁悬浮鼓风机磁悬浮轴承透平应用的现状

磁悬浮鼓风机磁悬浮轴承透平应用的现状

1.  电磁悬浮轴承产生的背景  

    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。特别在能源化工机械中,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运行效率。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。能够同时满足上述要求,可投入实际工程应用的支承技术根据当前研究首推主动磁悬浮轴承。

2.  磁悬浮轴承的基本原理

    磁悬浮轴承从原理上可分为两种,一种是主动磁悬浮轴承(  active  magnetic bearing ) ,简称  AMB ;另一种是被动磁悬浮轴承(  passive magnetic bearing  ) ,简称  PMB ,工业应用主要采用前者。主动磁悬浮轴承其结构原理见下图。

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磁悬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 ,中执行器包括电磁铁和功率放大器两部分。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。  

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磁悬浮轴承

3.  国内外发展情况

    1)国外现状

    西方国家已有十几家电磁悬浮轴承的研发制造公司,瑞士的MECOS公司、加拿大的REVOLVE公司、法国的S2M公司、德国的LEViTEC公司、芬兰的High Speed公司、俄罗斯的 OKBM、美国的 NASAWaukesha 公司和日本的精工等。已有几十家公司在生产与电磁悬浮轴承有关的产品,并且这些公司都有产品向中国市场应用,在磁悬浮轴承技术领域,国外的领先公司主要有S2M公司和瑞士的Mecos公司。  S2M公司的电磁悬浮轴承在压缩机领域内电驱动装置的重要性日益增强, 用于天然气处理的各个阶段的透平机均可使用电磁悬浮轴承,包括:用于天然气处理的透平膨胀机;用于天然气输送的压缩机;用于天然气储存的压缩机;用于发电的透平机;用于乙烯生产的膨胀透平机等。  对于透平机械运转的速度、负荷、温度无油的实现,电磁悬浮轴承是解决办法之一。S2M公司已经在250多台大型透平机械上安装了电磁悬浮轴承。该公司已被SKF公司收购。  Mecos 公司是世界数字控制主动磁轴承的一流供应商,具有 17 年的磁轴承设计历史。其产品主要包括:透平鼓风机,透平增压泵、透平发电机、透平分子泵上的主动磁悬浮轴承。

    2)国内现状

     国内对电磁悬浮轴承的研究工作起步较晚落后国外约 20 年。电磁悬浮轴承的相关研究一直在清华大学,西安交通大学,南京航空航天大学,上海大学等高校开展,并在理论分析方面取得了许多研究成果,但工业应用目前较少。 南京航空航天大学是目前国内电磁悬浮轴承研究领域中的取得研究成果较多的

高校,研究方向主要集中在高温磁轴承上,从事过航空发动机、钻床电主轴和无轴承电机、医药工业中高速离心机(非全悬浮)的研究。磁谷公司就是依托南京航空航天大学的研究成果而进行了磁悬浮离心鼓风机的研制开发工作,并与 2009 年试制成功。 清华大学也是我国最早从事磁轴承研究的单位之一。主要从事工业应用型电磁轴承的研究。该校的磁悬浮轴承已在 10MW 高温气冷堆氦气透平发电项目中应用。该透平压缩机的工作转速为15000r/min,功率为2500kW。浙江飞旋科技有限公司就是以清华大学核能与新能源技术研究院为技术后盾,在国内率先研发成功了一种适用于集成电路装备应用的5自由度控制分子泵磁轴承。 西安交通大学轴承研究所从 1985 年开始从事磁悬浮技术的研究,主要进行工业应用型磁力轴承的研究。西安交通大学的科研人员认为,在电磁悬浮轴承的技术上没有实质性的困难。 


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