高溫超導磁懸浮徑向軸承的特性研究.pdf

1、高溫超導磁懸浮徑向軸承具有結構緊湊、旋轉損耗小、應用前景好等優(yōu)點，本論文面向其實用化，開展優(yōu)化設計、剛度特性、旋轉特性和動態(tài)特性的研究。
　　對超導軸承的優(yōu)化設計，通常采用實驗測試的方法比較不同條件下超導軸承的剛度特征，選取最優(yōu)結構和各個參數(shù)的最優(yōu)值。這種方法的所需時間長、投入成本高且不具有通用性。為此，本論文提出采用高溫超導磁懸浮三維數(shù)值計算程序進行優(yōu)化設計的方法。首先采用高溫超導磁懸浮三維數(shù)值計算程序，分析永磁轉子磁極與超導塊

2、材籽晶相對排布結構對超導軸承剛度特性的影響，由此得到一種較優(yōu)的結構。依據(jù)這種結構，由仿真計算得到聚磁鐵環(huán)厚度、永磁環(huán)徑向厚度、工作間隙、超導定子工作溫度在不同取值時的剛度特性。結合實際運行狀況，選取這四個參數(shù)的最優(yōu)值而對超導軸承進行優(yōu)化設計。以仿真計算為基礎的優(yōu)化設計，其優(yōu)化結果可作為理論和實驗研究的參考。
　　高溫超導磁懸浮徑向軸承剛度特性的研究對象包括軸向剛度、徑向剛度、偏轉角剛度、交叉剛度、綜合剛度。測試表明超導定子冷卻效率

3、越高，超導軸承軸向剛度受永磁轉子旋轉的影響越小。根據(jù)單塊高溫超導塊材與永磁轉子在相對位移時的作用力，推導出計算精度為98.6％的徑向剛度計算方程；分析永磁轉子偏轉與由此引起的永磁轉子各部分徑向偏移的關系，推導出高溫超導磁懸浮徑向軸承的偏轉角剛度計算方程；對交叉剛度進行理論分析，并討論交叉剛度在應用中的影響。根據(jù)上述結果研究綜合剛度特性，推導出永磁轉子受徑向力、軸向力和力矩作用時的位移和偏轉角計算方程組。
　　穩(wěn)定性、旋轉損耗和在旋

4、轉機械中應用的特性研究是高溫超導磁懸浮徑向軸承旋轉特性的研究內容。永磁轉子旋轉自由衰減和變轉速實驗，表明提高超導塊材性能、永磁轉子磁場均勻性、轉子動平衡性有助于提高旋轉穩(wěn)定性和減小旋轉損耗，采用渦流阻尼器可提高旋轉穩(wěn)定性但需降低旋轉損耗。利用剛度特性研究的結果，分析了采用超導軸承的旋轉機械實驗樣機設計的合理性。國際上首次把高溫超導磁懸浮徑向軸承應用于液氮泵樣機，該樣機運行穩(wěn)定、轉速達到2245 rpm。搭建采用超導軸承的高速電機樣機，運

5、行轉速達到9901 rpm，為目前國內超導磁懸浮軸承的最高轉速。
　　高溫超導磁懸浮徑向軸承動態(tài)特性研究圍繞豎直振動中和長期運行時的穩(wěn)定性，以及在移動載體中應用的力學問題開展研究。高溫超導磁懸浮徑向軸承在豎直振動中表現(xiàn)出振動隔離性，可維持運行的穩(wěn)定性。針對長期運行的穩(wěn)定性，探討動態(tài)條件下高溫超導磁懸浮徑向軸承轉子下降問題的解決方案。采用修正法恢復軸向力以此達到修正轉子高度下降的目的。理論分析表明修正法實施的過程中，超導軸承保持徑向