高溫超導(dǎo)軸承用超導(dǎo)材料在冷卻過程中處于場冷狀態(tài),俘獲磁通的存在使高溫超導(dǎo)軸承具有自穩(wěn)定性。場冷高度影響軸承的釘扎力,從而產(chǎn)生不同的剛度,最終導(dǎo)致整個(gè)軸系的轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)變化。本文以冷壓縮機(jī)為應(yīng)用背景,基于實(shí)驗(yàn)測量得到Y(jié)BCO在不同場冷高度下的剛度值,利用有限元分析軟件Ansys,得到設(shè)計(jì)軸系的模態(tài)頻率和主軸振幅。結(jié)果表明,由于場冷偏心距的存在,導(dǎo)致高溫超導(dǎo)軸承合力比不偏心時(shí)大,從而改善了轉(zhuǎn)子的動(dòng)力學(xué)特性。 

【文章來源】：低溫與超導(dǎo). 2020,48(02)北大核心

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

測量儀及超導(dǎo)樣品照片

隨著場冷偏心增大,主軸的振幅減小,且振幅減小速度越來越大�？傮w來看,轉(zhuǎn)子的振幅均<2 μm,但不同干擾位置對應(yīng)的振幅有所不同。由于電機(jī)近似處于整個(gè)轉(zhuǎn)子的中間位置,當(dāng)干擾位置在電機(jī)處時(shí),軸兩端的振幅相差不大;當(dāng)干擾位置偏向一側(cè)時(shí),該側(cè)的振幅更大。表4為不同干擾位置場冷偏心距分別是0.8 mm與0時(shí)的振幅對比。表中可看出,當(dāng)干擾位于電機(jī)轉(zhuǎn)子部分時(shí),軸下端和軸上端的振幅較小;當(dāng)干擾位于靠近軸端的輔助軸承時(shí),振幅較大。由于場冷偏心距的存在,導(dǎo)致徑向高溫超導(dǎo)軸承在不同方向俘獲磁通的不同,從而在不同方向上產(chǎn)生的剛度不同。高溫超導(dǎo)軸承的剛度隨場冷高度并非線性變化,而是隨場冷高度的減小,剛度增加越來越快。這種現(xiàn)象造成場冷偏心時(shí),這一方向的高溫超導(dǎo)軸承合力比不偏心時(shí)大,從而表現(xiàn)出轉(zhuǎn)子系統(tǒng)在轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)方面的改善。由于高溫超導(dǎo)軸承的剛度相對較低,這種改善在模態(tài)頻率方面表現(xiàn)得不明顯,但在主軸的振幅上表現(xiàn)得更明顯。同時(shí),由于剛度隨場冷高度存在非線性變化,導(dǎo)致了主軸振幅隨場冷偏心距的非線性變化。

理想情況下,冷壓縮機(jī)工作前,首先將轉(zhuǎn)子與軸承定子軸線對中保持同心,盡量保證超導(dǎo)定子在各方向具有相同的外磁場。對中后場冷,定子的俘獲磁通較為均勻,各方向產(chǎn)生的作用力和剛度一致,保證轉(zhuǎn)子有較好的穩(wěn)定性。實(shí)際情況中,由于轉(zhuǎn)子的永磁體產(chǎn)生的磁場、超導(dǎo)材料內(nèi)部缺陷等不均勻及轉(zhuǎn)子不對中等因素的存在,導(dǎo)致超導(dǎo)體在各方向具有不同的俘獲磁通和剛度,從而影響了轉(zhuǎn)子的動(dòng)力學(xué)特性。本文忽略永磁體產(chǎn)生的磁場和超導(dǎo)材料內(nèi)部缺陷的不均勻性,將俘獲磁通和剛度的不均勻歸因于轉(zhuǎn)子的場冷偏心,即各方向場冷高度不同。與此同時(shí),忽略葉輪體積與質(zhì)量,僅研究軸系與超導(dǎo)軸承之間的關(guān)系。由于轉(zhuǎn)子具有對稱性,假設(shè)場冷偏心距只發(fā)生在x正方向上,y方向上不偏心,根據(jù)計(jì)算結(jié)果,可得不同初始偏心距下的剛度值,對超導(dǎo)軸承支撐部分簡化為四個(gè)彈簧(+x方向、-x方向、+y方向、-y方向)的支撐,彈簧剛度設(shè)置數(shù)據(jù)如表2所示,建模如圖6所示。由于高溫超導(dǎo)軸承阻尼很小[13],為便于計(jì)算,設(shè)計(jì)時(shí)按阻尼為0輸入,可得不同偏心距的各階模態(tài)頻率。


本文編號(hào)：3435473