發(fā)布時間：2020-06-05 05:49

【摘要】：隨著磁懸浮軸承技術(shù)研究的不斷深入,應用領域的不斷拓展,高可靠性的磁懸浮軸承系統(tǒng)已經(jīng)越來越受到重視。冗余設計是提高系統(tǒng)可靠性的一種有效手段。另一方面,對于主動磁懸浮軸承來說,工作過程中的溫升也會顯著影響到主動磁懸浮軸承的可靠性。本文基于磁懸浮軸承高可靠性的要求,提出了疊片式軸向冗余磁懸浮軸承結(jié)構(gòu)(可簡稱疊片式磁懸浮軸承)。疊片式磁懸浮軸承具有冗余特性并且減少了渦流損耗和溫升,相對于整體式磁懸浮軸承具有明顯的優(yōu)勢。首先進行理論研究,理論研究分三步進行。為保證研究的嚴謹性,論文將提出的疊片式磁懸浮軸承的各項性能與性能優(yōu)化后的整體式單環(huán)軸向磁懸浮軸承進行對比。第一步,利用Matlab軟件對整體式單環(huán)軸向磁懸浮軸承進行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化,使其在體積一定的條件下承載力最大。第二步,提出了四種疊片式磁懸浮軸承結(jié)構(gòu),并確定了本文所研究的四種疊片式磁懸浮軸承結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)。第三步,利用Matlab、Ansys workbench等工具對提出的疊片式磁懸浮軸承進行了仿真研究。并且將四種疊片式磁懸浮軸承從冗余特性、力學特性、溫度特性三方面和整體式單環(huán)磁懸浮軸承進行了對比。接著,進行疊片式磁懸浮軸承相關(guān)實驗驗證。實驗驗證同樣分三步進行,分別驗證提出的疊片式磁懸浮軸承的力學特性、冗余特性、溫度特性三方面。選八塊疊片式磁懸浮軸承進行驗證性實驗。第一步,通過八塊疊片式軸向磁懸浮軸承能夠穩(wěn)定懸浮的實驗,驗證了其仿真承載力計算的正確性。第二步,通過八塊疊片式磁懸浮軸承在穩(wěn)定懸浮狀態(tài)下,任意一組線圈失效后通過反饋系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)仍然能夠正常工作的實驗,驗證了八塊疊片式磁懸浮軸承具有冗余特性。第三步,利用紅外熱像儀測試了八塊疊片式磁懸浮軸承在正常工作狀態(tài)下的溫度場,將實驗結(jié)果與仿真計算結(jié)果比較,驗證了溫度場仿真計算的可行性及準確性。最后,通過理論仿真及實驗結(jié)果可以知道,定子部分采用導磁材料嵌套硅鋼疊片結(jié)構(gòu)的疊片式磁懸浮軸承相對于整體式磁懸浮軸承在保證承載力不下降的情況下具有冗余特性,并且能在一定程度上降低溫升。定子部分采用非導磁材料嵌套硅鋼疊片結(jié)構(gòu)的疊片式磁懸浮軸承相對于整體式磁懸浮軸承雖然承載力有所下降,但是仍具有冗余特性,并且能在很大程度上降低溫升。
【圖文】：

1.1 磁懸浮技術(shù)的典型應用磁懸浮軸承（Magnetic Bearing，簡稱 MB）是 50 年代誕生于美國的一種新型高性能軸承。磁懸浮軸承是依靠電磁力作用，使磁懸浮軸承轉(zhuǎn)子與磁懸浮軸承定子之間在正常工作時有一定的間隙，從而可以實現(xiàn)轉(zhuǎn)子與定子之間在正常工作時無摩擦，因而磁懸浮軸承轉(zhuǎn)子可以達到很高的運轉(zhuǎn)速度[1-2]。以下列舉幾個磁懸浮技術(shù)在各個方面的典型應用。（1）交通運輸方面的應用磁懸浮軸承在航空發(fā)動機上的應用不僅消除了對發(fā)動機外部齒輪和潤滑系統(tǒng)的需求，也消除了對軸承密封和密封增壓系統(tǒng)的需求，從而有效地促進了航天器的輕量化，圖 1-1 是航空發(fā)動機示意圖。隨著現(xiàn)代人們生活節(jié)奏的加快，人們對交通出行的要求也越來越高。磁懸浮列車相對于普通列車而言，具有很明顯的優(yōu)點：很高的運行速度、噪聲低、無污染、價格優(yōu)惠，乘坐舒適等，圖1-2 是 2003 年 1 月我國投入正式運營的上海磁懸浮列車。

具有很明顯的優(yōu)點：很高的運行速度、噪聲低、無污染、價格優(yōu)惠，乘坐舒適等，圖1-2 是 2003 年 1 月我國投入正式運營的上海磁懸浮列車。圖 1-1 航空發(fā)動機 圖 1-2 上海磁懸浮列車（2）透平機械磁懸浮軸承應用于天然氣壓縮機和渦輪膨脹機的主要優(yōu)點包括：增加了設備的可用性、顯著地降低了維護成本、減少了設備空間尺寸并降低了能耗、快速起動（因為無需預熱潤滑油）、更安全（因為無潤滑油著火的危險）、遙控監(jiān)測和遠程診斷。圖 1-3 是法國 S2M 公司生產(chǎn)的離心壓縮機。
【學位授予單位】：武漢理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TH133.3

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