大气隙混合磁悬浮轴承-转子系统模态分析与实验研究

来源 :武汉理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:chm200630990203
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风力发电机轴承工作环境恶劣,轴承的磨损现象尤为突出,采用兼顾了主动磁悬浮轴承动态性能好和被动磁悬浮轴承磁密度高、体积小、无功耗的特点的大气隙混合磁悬浮轴承取代机械轴承,是解决机械轴承磨损的最有效方法。  风力发电机的转子系统在运行中既要承受温度的极端变化,也要承载随时变化的风场风速对叶轮及转子系统带来的变载荷,弄清楚转子在某一容易受影响的频率范围内,其在各种振源作用下的不平衡载荷的实际振动情况对转子系统尤为重要。同时风力发电机转子系统的平稳运转是产生的高质量的稳定电力且主要部件的运行寿命达到20年的必要条件。因此风力发电机转子系统的模态分析和实验研究,对风力发电机的平稳运行、零件寿命及故障诊断具有十分重要的意义。  首先,本文对大气隙磁悬浮轴承进行了定义,即当磁悬浮轴承的气隙长度与定子内径比值k大于0.05时,该轴承即为大气隙磁悬浮轴承。大气隙混合磁悬浮轴承由于气隙较大,普通的等效磁路法已不适用,这里采用基于漏磁导的等效磁路法法对大气隙混合磁悬浮轴承的支承特性进行了研究,推导出了大气隙混合磁悬浮轴承的刚度与阻尼,结合传递矩阵法,将转子的叶轮部分进行等效处理,建立了符合实际工况下的动力学模型。  接着,采用有限元仿真法对大气隙混合磁悬浮转子系统进行了模态仿真分析。分别用大气隙混合磁悬浮轴承-转子模型和外套结构附加质量模型进行  Workbench的模态仿真分析,并对两种模型的自由模态、弹性约束和刚性约束三种状态进行了结果比较。同时,将大气隙混合磁悬浮轴承-转子-叶轮系统结构模型导入Workbench中,施加弹簧约束后进行模态分析。  最后,为了验证理论和仿真的正确性,进行了大气隙混合磁悬浮轴承的自由模态实验,实验结果表明,附加质量法对于间隙配合下的外套结构与主轴的模态分析更为精准。同时,对于大气隙混合磁悬浮转子-叶轮结构,实验和仿真结果低阶模态相近,高阶模态误差增大,仿真方法需进一步进行优化。
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