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负压风机机壳电磁悬浮轴承的发展及在鼓风机上的应用继电保护多媒
摘 要： 阐述了电磁轴承的基本原理及该种轴承的发展，对国内国外电磁轴承的技术研究和应用水平做了详细的比较，调研了电磁轴承在鼓风机上的应用情况，尤其结合企业的实际情况，得出电磁悬浮轴承完全具备应用在鼓风机、压缩机上的结论。
关键词： 电磁悬浮轴承；透平式鼓风机；应用
中图分类号： TH133.3 文献标识码： B
文章编号： 1006 - 8155 （ 2008 ） 02-0070-04
Development of Magnetic Fl oating Bearing and Its Application Prospect for Blowers
Abstract: The paper specifies the basic principle of magnetic bearing and its developing prospect. The technology research and application between domestic and overseas magnetic bearings are compared in detail. The research on the application of magnetic bearing on blowers is carried out combining with the actual condition of enterprises. Then the conclusion that magnetic fl oating bearing can totally apply on blowers and compressors is summarized.
Key words: magnetic fl oating bearing; turbine blower; application
0 引言
电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。
1 电磁悬浮轴承产生的背景
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 [1] 。
对于新一代支承技术性能指标的要求为（ 1 ）高转速：从每分钟数十转到数十万转；（ 2 ）高精度：要求支承具有良好的动态性能。例如：转子的动态振幅要求控制在一定的范围内；（ 3 ）可控性；（ 4 ）对于各种严酷环境的适应性；（ 5 ）可靠性。
迄今为止，能够同时满足上述要求，可投入实际工程应用的支承技术当首推主动控制的电磁轴承。
2 电磁悬浮轴承的基本原理
2.1 基本原理
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。
磁浮轴承工程主要由被悬浮物体、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工程，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 [2] 。
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悬浮工程的刚度、阻尼以及稳定性由控制规律决定。刚度和阻尼可在物理极限范围内广泛地变动，亦可根据技术要求进行调节，甚至可以在运行过程中加以改变。
2.2 电磁悬浮轴承的优点
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。在工程发生故障时，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。
3 电磁悬浮轴承的国内外现状
3.1 国外现状
西方国家已有十几家电磁悬浮轴承的新公司诞生，几十家已有的公司在生产与电磁悬浮轴承有关的产品，并且有公司开始将产品向中国市场推进，在磁轴承技术领域，国外的领先公司主要有 S2M 公司和瑞士的 Mecos 公司。
S2M 公司认为电磁悬浮轴承在压缩机上应用的方向越来越明确，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。在天然气领域可以应用电磁悬浮轴承的透平机械包括：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 。
有理由相信，未来磁浮轴承在数量上和型号上的应用将不断增长，因为机械运转的速度、负荷、温度、无油的实现，电磁悬浮轴承是最好的解决之道。 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。
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浮轴承。具体的技术指标如下：
透平鼓风机类的CO2空气循环鼓风机，转速 54000/ 66000 （ r/min ），电机功率：10kW ，转子质量 3.6kg ，轴承直径 48mm 。
透平增压泵，转速 24000r/min ，电机功率 800W 。
透平发电机，转速 32000 r/min ，发电机功率 450kW ，转子质量 110kg ，轴承直径 110mm 。
透平分子泵，转速 24000 ～ 50000r/min ，转子功率达到 1400 k W 。
当前，国际上对电磁悬浮轴承的研究工作也非常活跃。 1988 年召开了第一届国际磁悬浮轴承会议，此后每两年召开一次。 1991 年，美国航空航天管理局还召开了第一次磁悬浮技术在航天中应用的讨论会。现在美国、法国、瑞士、日本和我国都在大力支持开展磁悬浮轴承的研究工作。国际上的这些努力，推动了磁悬浮轴承在工业上的广泛应用。
3.2 电磁悬浮轴承国内研究现状
国内对电磁悬浮轴承的研究工作起步较晚，刚刚走出实验室阶段，落后国外约 20 年。 我国有关磁悬浮轴承研究的进展较缓慢。不过，由于电磁悬浮轴承在一些特殊场合具有突出的优势，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，也取得了许多研究成果，但主要在理论方面进行分析和研究，工业应用目前还几乎没有。
南京航空航天大学是目前国内
摘 要：以Authorware为平台，连系AutoCAD，Photoshop和Flash等运用软件开发的继电庇护多媒体教授教养课件，将复杂的继电庇护装备、电路接线及工作原理以声音、图像、图形和动画等形式浮现出来，有助于深进理解课程内容，也为远程教授教养提供了极年夜的利便。
关头词：继电庇护；多媒体教授教养；课件
在网络化社会中，多媒体教授教养的优越性是不言而喻的。多媒体教授教养打破了旧的本本教授教养方式，教师可以以学生对象的分歧特征和要求，有针对性地组织课堂教授教养素材和内容，弥补相关的媒体信息如声音、图像、图形、动画等，增加学习的透明度、直观性及趣味性；多媒体教授教养以学生为自动对象，采用有问有答的提醒学习法，如操练题学习方式、温习指导方式、游戏学习方式及模拟实验室学习方式等，给学生一个自我学习、自我成长的情况和空间；多媒体教授教养网络还可以将最新的相关信息加以处置，开设信息窗，给处于渴想接触新事物、新观念的学生多增加一双接触社会的眼睛。多媒体教授教养的加进可以形成一个新的开放性的、有弹性的交互式教授教养模式。这在调动学生学习积极性、充实阐扬学生自动性、挖掘学生潜能、体现学生的学习个性和价值方面有着重要的意义。本文主要论述若何哄骗多媒体软件进行继电庇护课程多媒体教授教养课件的开发运用。
1 继电庇护教授教养中存在的问题
继电庇护专业课程的教授教养中，最年夜的坚苦在于若何将一些装备，如发机电、变压器、断路器等的内部结构，继电器、继电庇护原理接线及装配的动作进程讲授清晰。课本中的素材不足，内容相对滞后于现实生产的成长，另外，课本的图片和说明基本上是静态的、呆板的，所以，要准确、准确、切确地讲授比力坚苦。继电庇护课程中所触及的装备是复杂装备，只凭教师语言难以描写，学生深进理解存在坚苦。而且，由于继电庇护课程是针对具体装备的，内容较多，学生学习压力相对较年夜。若是哄骗继电庇护多媒体教授教养课件等辅助教授教养资料，可以到达事半功倍的教授教养效果。
2 继电庇护多媒体教授教养课件的开发
2．1 开发进程
由于继电庇护多媒体教授教养课件是面向教授教养，且具有数据量年夜、交互性强的特点，从而决议了其开发具有怪异的方式。开发进程包括：课件项目简直定、具体的教授教养设计、整个工程的总设计、稿本的编写、数据的准备、软件的编纂等。在此进程中不竭试用和修改，最后形成可用版本。
2．2 课件的设计
继电庇护多媒体教授教养课件以中国电力出书社出书、翁昭桦主编的《继电庇护》（I）为蓝本设计。课件以教材主要章节为基本框架，包括绪论、低压线路庇护、高压线路庇护、线路微机庇护、变压器庇护、发机电庇护、母线庇护及自测题等环节。每章又有分歧分层结构的内容，以此类推。
a）将课程教材内容重新拔取、编排、组织。以主要内容、概念、公式、图形、图像为单元进行素材的搜集和综合。
b）用AutoCAD2000绘图软件对图形进行绘制和处置，形成可以随时挪用的根蒂根基图形库。
c）将继电器、庇护屏用数码照相机进行实物拍摄，哄骗Photoshop进行图像加工，形成图像库。力图从分歧方位、分歧角度观察和说明各类继电器基本结构、继电庇护装配具体组成、装备排列位置和接线方式。
d）对自测题加进提醒和参考，形成操练库供学生自学操练；对试题加以汇总和数据库加工，形成试题库，供教师编纂试题使用，并可作为校园网络学生提问、答疑的交互常识库资本。
e）哄骗Authorware软件平台对文本文件、图形文件、声音文件、图像文件等加以编排，并加进部门用Flash软件建造的动画。其中，文本文件以课程章节为基本工程，每版面临主要内容加以描写，并留有公式、概念和插图位置。部门较复杂图形哄骗放年夜功能加以处置。在描写庇护分步动作进程时加进动画和声音讲授相连系的方式，力图给学生一个具体又清晰的诠释进程。
2．3 多媒体课件实例
以三段式电流庇护多媒体课程来说明，三段式电流庇护的展开图如图1所示。
a）以文本方式列出三段式电流庇护的概念、组成元件，说明每段电流庇护工作原理。写出整定方式（列出整定公式），列出3种庇护动作时限图和庇护范围，并进行对比。
b）经由过程原理接线图及展开图，对庇护接线的对象、性能、结构加以分步叙述。庇护对象的浮现方式见表1。
c）在原理接线图中，对庇护的组成元件和组成单元加以区分。划分显示瞬时电流速断庇护包括的元件：两相电流继电器KA1，KA2；旌旗灯号继电器KS1；中心出口继电器KM。显示限时电流速断庇护各元件：两相电流继电器KA3，KA4；时间继电器KT1；旌旗灯号继电器KS2；中心出口继电器KM。显示按时限过电流庇护：两相电流继电器KA5，KA6；时间继电器KT3；旌旗灯号继电器KS3；中心出口继电器KM。以上显示部门以分歧颜色加以区分。
d）说明庇护反应及处置线路故障的进程。划分设置线路庇护一段、二段、三段整定值：设各段整定值划分为8 A，5 A，2 A；假设划分在各段庇护范围内泛起故障，故障电流划分为10 A，7 A，4 A，比力年夜小后显示，庇护动作元件部门明灭、庇护起动元件只变色。
e）毗连上述所有分步状态，形成接连动态变化进程，加以演示。其动态变化进程：泛起线路相中断路故障?一次侧电流增年夜?互感器二次电流增对每个元件组成结构、庇护反应步骤加以说明，由此完成庇护的完整动作进程的描写。
3 继电庇护多媒体教授教养的成长潜力及标的目的
继电庇护多媒体教授教养不仅可以运用在正规的黉舍教授教养中，而且可以经由过程互联网络，使远程地域的学员也对专业常识及新信息有所领会和接触。对于现有的电力工程在职职工的函授教育、职工培训、各级专业技术考核方面也能够起到积极的辅助作用。
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