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能动学院
高速电机-电磁轴承-离心压缩机
来源: 日期:2017年11月14日 15:20 点击数:

项目名称:高速电机-电磁轴承-离心压缩机

联系人:琚亚平

联系电话:15102976051

Email: yapingju@mail.xjtu.edu.cn

所在学院:能动学院

一、 项目介绍

在十二五国家科技支撑计划课题支持下,针对高速无油节能环保型流体机械行业的前沿技术、共性技术及专门技术,取得了如下主要科研成果:高速直驱电机、电磁轴承与转子耦合技术;基于三维非定常流动理论与现代全局优化方法相结合的流体机械先进节能环保设计技术;研制出高速电机驱动、电磁轴承支撑的离心压缩机的技术验证台位,关键技术达到国际先进水平。

二、关键技术优势或创新性

1.高速无油支撑流体机械的前沿技术

目前的工业流体机械的主要支撑技术是油润滑轴承,其主要缺点是:摩擦损失大、噪声高、油污染大等。在高速运行条件下,油润滑轴承经常成为制约高速流体机械安全可靠、高效环保运行的瓶颈。

电磁轴承是在现代工业,尤其是在高速旋转机械对新一代轴承技术的需求下推动进步的高科技节能环保产品。电磁轴承利用电磁力实现转子的支撑与定位,具有无接触、转速高、无油污染、振动小、噪声低、寿命长、维护费用低等一系列优点。通常,在相同的轴径下,电磁轴承所达到的转速比油润滑轴承大约高2.5倍,而功耗大约只有油润滑轴承的10-20%。因此,采用电磁轴承的流体机械产品具有明显的节能环保潜力。

电磁轴承是典型的机械电子学产品,涉及电气工程、机械工程、控制科学、流体机械等专业知识。美国、法国、瑞士、日本等国大力支持开展电磁轴承的研究工作,在电磁轴承结构、数学模型、控制算法等方面取得重要进展。国际上的这些努力,推动了电磁轴承在高速旋转机械上的应用。

目前,国外技术领先的电磁轴承公司主要有 S2M 公司和Mecos 公司。S2M 公司已经在 250 多台套透平机械上安装了电磁轴承,应用对象有:用于天然气处理的透平膨胀机;用于天然气输送、储存的透平压缩机;用于发电的透平机;用于乙烯生产的膨胀机等。Mecos 公司具有十余年的电磁轴承设计历史,其产品应用对象主要包括:透平鼓风机;透平增压泵;透平发电机;透平分子泵等。

综上所述,国外已掌握了高速电磁轴承应用在多种旋转机械上的关键技术。国内专家普遍认为电磁轴承在未来 5-10 年之内将大举进军中国市场。可以预测,国外将把高速电磁轴承核心技术作为高新技术对华实施严格转让,采用常规油润滑轴承的我国流体机械行业必然会受到巨大的冲击。因此,本成果的高速电磁轴承技术具有明显的技术先进性。

2.节能环保型流体机械的共性技术

流体机械的发展历史表明,深入认识内部流动状况是提高其性能的最有效手段。流体机械的设计方法先后经历了流道平均截面设计方法(一元设计)、两类相对流面设计方法、全三维定常粘性流动设计法、全三维非定常计算流体动力学分析与现代优化设计理论相结合的全局优化设计方法。事实表明,随着人们对流体机械内部流动机制认识的加深和对流动结构的有效控制,流体机械性能逐渐提升。例如,离心压缩机典型基本级的多变效率,采用一元方法一般在70%左右,采用两类相对流面设计方法可达到80-82%,全三维粘性流动设计方法可达到83-85%,全三维非定常计算流体动力学设计方法可达到85-87%。

近5-10年来,由于计算机软硬件条件的改善,以及国家对先进信息技术改造传统机械行业的政策导向作用,我国在基于全三维粘性流动的设计方法方面的研究,目前己基本上与世界先进水平同步,但在基于全三维非定常粘性流动的设计研究方面还基本上处于空白。本成果利用高效能计算机,开发出流体机械整机非定常流动高可信度计算与现代优化方法相结合的设计方法,对打破国外对先进流体机械设计技术的垄断局面具有重要作用。

三、 应用领域及市场前景

该项成果已通过科技部高新技术中心验收,技术成果与沈鼓联合开发,前期成果已获得应用。

基于电磁轴承无接触、转速高、无油污染、振动小、噪声低、寿命长、维护费用低等一系列优点,项目形成的高速无油节能环保型流体机械关键技术可在天然气化工、制冷、生物制药、污水处理等领域获得广泛应用。

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