鋒速達通風降溫系統(tǒng)
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通風降溫工程設計電磁懸浮軸承的發(fā)展及在鼓風機上的應用-新風資
透平鼓風機類的CO2空氣循環(huán)鼓風機，轉速54000/66000（r/min），電機功率：10kW，轉子質量3.6kg，軸承直徑48mm。
隨著電子元件的集成化以及控制理論和轉子動力學的發(fā)展，經過多年的研究工作，國內外對電磁懸浮軸承技術的研究都取得了很大的進展。但是不論是在理論還是在產品化的過程中，該項技術都存在很多的難題，磁懸浮軸承所需解決的難題則主要表現(xiàn)在控制系統(tǒng)和滿足轉子軸系動力特性上。在重視控制系統(tǒng)研究的同時，著重研究系統(tǒng)的轉子動力學分析，從而更有效地改進控制方法和策略；采用具有強魯棒性的滑�？刂�、模糊控制和神經網絡控制等，實現(xiàn)對復雜轉子動力學特性的控制[3-4]。
磁浮軸承技術國內總體水平達到了工程應用的水平，產品應用電磁懸浮軸承后都要進行結構改造。從目前的技術水平看，國內的電磁懸浮軸承技術應用在常溫的設備上應該已經具備了條件。
2.2 電磁懸浮軸承的優(yōu)點
目前在工業(yè)上得到廣泛應用的基本上都是傳統(tǒng)的電磁懸浮軸承(需要位置傳感器的磁懸浮軸承)，這種軸承需要5個或10個非接觸式位置傳感器來檢測轉子的位移。由于傳感器的存在，使電磁懸浮軸承系統(tǒng)的軸向尺寸變大、系統(tǒng)的動態(tài)性能降低，而且成本高、可靠性低。由于結構的限制，傳感器不能裝在電磁懸浮軸承的中間，使系統(tǒng)的控制方程相互耦合，控制器設計更為復雜。此外，由于傳感器的價格較高，從而導致電磁懸浮軸承的售價很高，大大限制了它在工業(yè)上的推廣應用。如何降低磁懸浮軸承的價格，一直是國際上的熱點研究課題。
Keywords:magneticfloatingbearing,廠房通風規(guī)劃;turbineblower;application
(1)可以達到較高的轉速：理論上講，電磁懸浮軸承支承的轉子最高轉速只受到轉子材料的限制。通常，在相同的軸頸直徑下，電磁懸浮軸承所達到的轉速比滾動軸承大約高5倍，比流體動壓滑動軸承大約高2.5倍。
透平增壓泵，轉速24000r/min，電機功率800W。
電磁懸浮軸承完全可以應用在各種鼓風機和壓縮機上。電磁懸浮軸承目前的狀態(tài)正如70年代的計算機所處的位置，國內專家普遍認為，電磁懸浮軸承5年之內將大舉進軍中國市場，由于國外對國內的技術封鎖，采用電磁懸浮軸承的壓縮機必然會對傳統(tǒng)的油潤滑軸承壓縮機產生巨大的沖擊，因此，國內研制電磁懸浮軸承壓縮機時間比較緊迫。
S2M公司認為電磁懸浮軸承在壓縮機上應用的方向越來越明確，在壓縮機領域內電驅動裝置的重要性日益增強，用于天然氣處理的各個階段的透平機均可使用電磁懸浮軸承。在天然氣領域可以應用電磁懸浮軸承的透平機械包括：用于天然氣處理的透平膨脹機；用于天然氣輸送的壓縮機；用于天然氣儲存的壓縮機；用于發(fā)電的透平機；用于乙烯生產的膨脹透平機等。
電磁懸浮軸承擁有許多傳統(tǒng)軸承所不具備的優(yōu)點。
(5)適應性好：對極端高溫、極端低溫運行環(huán)境都具有很好的適應性。
0 引言
國內對電磁懸浮軸承的研究工作起步較晚，剛剛走出實驗室階段，落后國外約20年。我國有關磁懸浮軸承研究的進展較緩慢。不過，由于電磁懸浮軸承在一些特殊場合具有突出的優(yōu)勢，相關研究一直在清華大學，西安交通大學，南京航空航天大學，上海大學等高校開展，也取得了許多研究成果，但主要在理論方面進行分析和研究，工業(yè)應用目前還幾乎沒有。
南京航空航天大學是目前國內電磁懸浮軸承研究領域中較活躍的單位之一，是目前國內電磁懸浮領域中研究成果較多的高校，南航研究磁浮軸承的方向主要集中在高溫磁軸承上。從事過航空發(fā)動機、鉆床電主軸和無軸承電機、醫(yī)藥工業(yè)中的高速離心機（非全懸浮）的研究。
對于新一代支承技術性能指標的要求為（1）高轉速：從每分鐘數十轉到數十萬轉；（2）高精度：要求支承具有良好的動態(tài)性能。例如：轉子的動態(tài)振幅要求控制在一定的范圍內；（3）可控性；（4）對于各種嚴酷環(huán)境的適應性；（5）可靠性。
關鍵詞：電磁懸浮軸承；透平式鼓風機；應用
(6)可控性：電磁懸浮軸承的靜態(tài)及動態(tài)性能都是在線可控的。
4.2經濟性分析
4 電磁懸浮軸承的技術性和經濟性分析
透平分子泵，轉速24000～50000r/min，轉子功率達到1400kW。
當前，國際上對電磁懸浮軸承的研究工作也非�；钴S。1988年召開了第一屆國際磁懸浮軸承會議，此后每兩年召開一次。1991年，美國航空航天管理局還召開了第一次磁懸浮技術在航天中應用的討論會�，F(xiàn)在美國、法國、瑞士、日本和我國都在大力支持開展磁懸浮軸承的研究工作。國際上的這些努力，推動了磁懸浮軸承在工業(yè)上的廣泛應用。
懸浮系統(tǒng)的剛度、阻尼以及穩(wěn)定性由控制規(guī)律決定。剛度和阻尼可在物理極限范圍內廣泛地變動，亦可根據技術要求進行調節(jié)，甚至可以在運行過程中加以改變。
電磁懸浮軸承是利用磁力實現(xiàn)無接觸的新型軸承，具有無接觸、不需要潤滑和密封、振動小、使用壽命長、維護費用低等一系列優(yōu)點，屬于高技術領域。磁浮軸承的研制不僅可以填補國內空白，而且可以帶動機電行業(yè)的很多相關企業(yè)進行產品結構調整，形成新的經濟增長點。此外，電磁懸浮軸承的研制具有重要的國防應用價值，可為我國研制以磁軸承支承的新一代航空發(fā)動機儲備先進的科學技術。
4.1技術性分析
3.1國外現(xiàn)狀
Mecos公司是世界數字控制主動磁軸承的一流供應商，具有17年的磁軸承設計歷史。其產品主要包括：透平鼓風機，透平增壓泵、透平發(fā)電機、透平分子泵上的主動磁浮軸承。具體的技術指標如下：
3 電磁懸浮軸承的國內外現(xiàn)狀
在電磁懸浮軸承中，保護軸承占有十分重要的地位。保護軸承亦稱為應急軸承。在系統(tǒng)發(fā)生故障時，對轉子的應急保護主要由保護軸承來提供。在電磁懸浮軸承突然斷電后，高速旋轉的轉子迅即進入自由落體狀態(tài)，繼而與保護軸承內壁發(fā)生沖擊、碰撞和摩擦。在轉子著陸過程中，轉子動能逐漸轉化為摩擦熱，如果這些熱量不能順利地發(fā)散，將導致轉子的熱變形和電磁懸浮軸承損壞，因此對保護軸承以及轉子在著陸過程中的沖擊動力學研究同樣十分必要。
電磁懸浮軸承的高價格主要體現(xiàn)在控制系統(tǒng)上，控制系統(tǒng)中的主要部件控制器包括以下三大塊：一是傳感器；二是控制系統(tǒng)的設計費用；三是功率放大器。
2 電磁懸浮軸承的基本原理
(3)壽命長、可靠性高：由于電磁懸浮軸承依靠磁場力懸浮轉子，因此在相對運動表面之間不接觸，沒有磨損和接觸疲勞所帶來的壽命問題。電子元器件的可靠性大大高于機械零部件，所以電磁懸浮軸承的壽命和可靠性均高于傳統(tǒng)軸承。
透平發(fā)電機，轉速32000r/min，發(fā)電機功率450kW，轉子質量110kg，軸承直徑110mm。
對于風機上采用電磁懸浮軸承，國外已經開始應用，因此利潤空間很大，其性能明顯提高，壽命長，維護費用低。因此電磁懸浮軸承的經濟效益和前景很好。
3.2電磁懸浮軸承國內研究現(xiàn)狀
磁浮軸承從原理上可分為兩種，一種是主動磁浮軸承（activemagneticbearing），簡稱AMB；另一種是被動磁浮軸承（passivemagneticbearing），簡稱PMB。由于前者具有較好的性能，它在工業(yè)上得到了越來越廣泛的應用。
Abstract:Thepaperspecifiesthebasicprincipleofmagneticbearinganditsdevelopingprospect.Thetechnologyresearchandapplicationbetweendomesticandoverseasmagneticbearingsarecomparedindetail.Theresearchontheapplicationofmagneticbearingonblowersiscarriedoutcombiningwiththeactualconditionofenterprises.Thentheconclusionthatmagneticfloatingbearingcantotallyapplyonblowersandcompressorsissummarized.
電磁懸浮軸承技術的發(fā)展是由于現(xiàn)代工業(yè)對新一代支承技術的需求推動的。隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，對旋轉機械提出了各種越來越苛刻的性能要求。在能源化工機械中，要求轉子的旋轉速度和精度越來越高、轉子和定子之間的間隙越小越好以追求更高的效率。而對另一些工作在極端高溫或低溫環(huán)境下的軍工、航空航天領域的旋轉機械來說，除了要求能夠承受嚴酷的環(huán)境考驗之外，對于支承的可控性、安全及可靠性的考慮往往是第一位的。
與其他機械相比，旋轉機械的最大特點在于：轉子運動始終被約束在間隙比較小的空間內。這種間隙比，對于傳統(tǒng)的油潤滑軸承來說，大致在1/1000～5/1000范圍內。由于轉子在運行中所受到的各種激勵作用，這種小間隙約束是很容易遭到破壞的，這也是支承之所以成為制約高性能旋轉機械進一步發(fā)展的關鍵技術的原因[1]。
文章編號：1006-8155（2008）02-0070-04
清華大學是我國最早從事磁軸承研究的單位之一。主要從事工業(yè)應用型電磁軸承的研究。該校的磁浮軸承已基本脫離了實驗室階段，在10MW高溫氣冷堆氦氣透平發(fā)電項目中應用了自行研制的磁軸承。該透平壓縮機的工作轉速為15000r/min,功率為2500kW。
(7)可測試、可診斷、可在線工況監(jiān)測：事實上，電磁軸承懸浮本身就是集工況監(jiān)測、故障診斷和在線調節(jié)于一體的。
磁浮軸承系統(tǒng)主要由被懸浮物體、傳感器、控制器和執(zhí)行器四大部分組成,見圖1。其中執(zhí)行器包括電磁鐵和功率放大器兩部分。圖1是一個簡單的磁浮軸承系統(tǒng)，電磁鐵繞組上的電流為I，它對被懸浮物體產生的吸力和被懸浮物體本身的重力（mg）相平衡，被懸浮物體處于懸浮的平衡位置，這個位置也稱為參考位置。假設在參考位置上，被懸浮物體受到一個向下的擾動，它就會偏離其參考位置向下運動，此時傳感器檢測出被懸浮物體偏離其參考位置的位移，控制器將這一位移信號變換成控制信號，功率放大器使流過電磁繞組上的電流變大，因此，電磁鐵的吸力也變大，從而驅動被懸浮物體返回到原來的平衡位置。如果被懸浮物體受到一個向上的擾動并向上運動，此時控制器和功率放大器使流過電磁鐵繞組上的電流變小，因此，電磁鐵的吸力也變小，被懸浮物體也能返回到原來的平衡位置[2]。
(4)無需潤滑：電磁懸浮軸承不存在潤滑劑對環(huán)境所造成的污染問題，省去了潤滑油的存儲、過濾、加溫、冷卻及循環(huán)等成套設備。因此從整體上講，電磁懸浮軸承在價格和空間上完全可以和常規(guī)軸承技術相競爭。
摘要：闡述了電磁軸承的基本原理及該種軸承的發(fā)展，對國內國外電磁軸承的技術研究和應用水平做了詳細的比較，調研了電磁軸承在鼓風機上的應用情況，尤其結合企業(yè)的實際情況，得出電磁懸浮軸承完全具備應用在鼓風機、壓縮機上的結論。
1 電磁懸浮軸承產生的背景
中圖分類號：TH133.3 文獻標識碼：B
西安交通大學軸承研究所從1985年開始從事磁懸浮技術的研究，主要進行工業(yè)應用型磁力軸承的研究。西安交通大學的科研人員認為，在電磁懸浮軸承的技術上沒有實質性的困難。國內已有10年的理論準備和積累，掌握電磁懸浮軸承的許多關鍵技術，這些技術中有許多是在國際上首次提出的，并在國際上被其他單位引用。
2.1基本原理
2.3 電磁懸浮軸承的斷電保護
(2)摩擦功耗較�。涸鴮σ慌_壓縮機采用不同支承時的功耗做過比較，在10000r/min時，其功耗大約只有流體動壓滑動軸承的10%～20%。
采用電磁懸浮軸承可以節(jié)省一些裝置：如齒輪傳動裝置、油站供油系統(tǒng)，這些系統(tǒng)的價格如果折算成電磁懸浮軸承的費用，應該還是可以節(jié)約費用的。
有理由相信，未來磁浮軸承在數量上和型號上的應用將不斷增長，因為機械運轉的速度、負荷、溫度、無油的實現(xiàn)，電磁懸浮軸承是最好的解決之道。S2M公司已經在250多臺大型透平機械上安裝了電磁懸浮軸承。
西方國家已有十幾家電磁懸浮軸承的新公司誕生，幾十家已有的公司在生產與電磁懸浮軸承有關的產品，并且有公司開始將產品向中國市場推進，在磁軸承技術領域，國外的領先公司主要有S2M公司和瑞士的Mecos公司。
DevelopmentofMagneticFloatingBearingandItsApplicationProspectforBlowers
5 結論
迄今為止，能夠同時滿足上述要求，可投入實際工程應用的支承技術當首推主動控制的電磁軸承。
電磁懸浮軸承是典型的機械電子學產品，機械電子學是融機械工程、電氣工程、計算機科學于一體的跨學科工程領域。
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