磁悬浮永磁同步电机转子系统的参数辨识与控制

针对磁悬浮永磁同步电机转子系统在悬浮控制过程中,由于磁力参数不准确从而影响控制器的优化设计甚至破坏系统稳定性的问题,提出一种基于高斯调制函数法的磁力参数辨识方法,并设计滑模控制律对转子的稳态悬浮进行控制。首先,让磁悬浮转子系统在PID控制下闭环稳定,再以多正弦信号激励系统,利用高斯函数作为调制函数,对磁悬浮转子系统连续动力学模型进行数字调制积分,从而建立离散等价参数辨识模型;然后,选择与磁悬浮转子系统频带覆盖范围相匹配的尺度参数构建高斯调制函数,对磁悬浮永磁同步电机实验台的磁力参数进行辨识;最后,依据辨识所得的模型参数设计滑模控制器,实现永磁同步电机转子的稳态悬浮。所提方法避免了对微分信号的直接处理,同时又回避了积分初值问题,能够便捷、有效地辨识磁力参数;所设计的滑模控制器使得磁悬浮转子系统拥有更好的稳态和动态性能。实验结果表明:根据所提方法设计的滑模控制器能够使转子在0.2 s内到达目标位置并保持稳定,其调节时间仅为PID控制的40%。

有大预紧效应的多叶径向箔片轴承的分析

针对有大预紧效应多叶径向箔片轴承的结构特点,通过引入辅助分析部件建立箔片轴承的非线性接触有限元仿真模型。在分析过程中通过改变作为刚性体的辅助部件和作为柔性体轴承部件之间的几何位置来模拟大预紧多叶箔片径向轴承的装配过程并最终求得箔片轴承中接触应力应变。将处理轴承间隙压力分布的控制方程-雷诺方程和非线性的接触求解过程耦合起来迭代求解,第一次对有大预紧效应的多叶箔片径向轴承进行了完全气弹耦合数值分析。

弹流润滑问题求解软件框架的构建

弹流润滑问题的求解涉及到弹性变形和流体动力润滑之间的多物理耦合作用的分析,求解过程很复杂和困难。通过建立MATLAB和ANSYS软件之间的有限元网格影射中间件实现了弹流体润滑问题有限元求解环境的构建。这种影射关系可以使不同软件之间的进行动态数据交换,从而实现不同分析过程之间的耦合作用。以径向空气轴承中的弹流润滑为例介绍了其具体的实现。

船舶余热利用sCO_2布雷顿循环发电技术综述

在船舶动力系统能量转换和利用过程中,实现烟气余热的最大效率回收是降低船舶能效设计指数(EEDI)的有效途径。超临界二氧化碳(sCO_2)发电系统在船舶余热循环利用方面所具有的技术优势已引起全球船舶行业的高度关注,而如何将其与船舶动力系统有机集成并实现高效、稳定联合循环运行发电,正是当前制约该新型技术实船应用的瓶颈。概述了sCO_2布雷顿循环发电的基本原理、典型技术特点及循环结构,分析了国内外研究机构针对sCO_2发电系统在船舶余热循环利用方面的研究现状,探讨了现阶段面向船舶主机余热发电工程化应用所存在的关键技术问题,从而为推进sCO_2布雷顿循环发电技术在船舶烟气余热回收利用领域的基础理论研究和工程方案设计提供理论参考。

动压气体轴承的动态刚度和动态阻尼系数

采用偏导数法求解动压气体润滑Reynolds方程,给出动压气体轴承动态刚度和动态阻尼系数普遍适应的计算方法。进行有限元数值仿真,计算动压气体轴承的动态刚度和动态阻尼系数,并重点研究轴颈扰动频率和不同轴颈扰动频率下的轴承静态载荷及轴承数对这些系数的影响。从理论上解释动压气体轴承的动态刚度和动态阻尼系数与轴颈扰动频率的密切相关性。

动压气体轴承性能计算方法研究

通过数学变换,将动压气体润滑Reynolds方程变换成标准的椭圆型偏微分方程形式,以MATLABPDE(partialdifferentialequation)工具箱为求解器,编制迭代计算程序,实现动压气体轴承性能的高精度计算。文中的计算结果与以往发表的数值计算结果非常吻合,这表明所提出计算方法的正确性。文中计算方法的思想可以推广应用于其他类型轴承的性能计算及其他类型偏微分方程问题的求解中。

预紧饱和下盘式周向拉杆转子-轴承系统动力学特性分析及实验研究

盘式周向拉杆转子是由周向均布的多根拉杆将若干级轮盘预紧而成的组合单轴式转子,其设计、制造和装配都极其复杂。为验证其设计方法和考查其与整体单轴式转子差异,搭建了盘式周向拉杆转子-轴承系统实验台。考查了预紧饱和状态下转子启动、低速、超一阶临界转速等几种运行情况,分析了不同转速运行时轴承座、转子轴颈和不同轮盘处的振动信号,绘制了盘式周向拉杆转子-轴承系统的波德图、轴心轨迹图和瀑布图。计算和实验结果表明,预紧饱和状态下盘式周向拉杆转子具有与整体单轴式转子相似的动力学特性,实验中还出现了系统不对称刚度所导致的转子反向涡动。

弹性箔片动压气体推力轴承承载性能研究

气弹耦合解是准确预测弹性箔片动压气体轴承承载性能的有效方法。通过引入箔片的弹性变形以及联立求解动压气体润滑Reynolds方程和弹性箔片的变形方程,给出了弹性箔片动压气体推力轴承的气弹耦合解。应用气弹耦合解理论,将顶层箔片的局部弹性变形纳入考虑范围,对弹性箔片动压气体推力轴承的承载性能进行了计算和分析。有限元数值仿真结果表明:顶层箔片在气膜压力作用下的局部弹性变形直接导致弹性箔片动压气体推力轴承承载能力的降低;根据轴承瓦块上气膜压力分布的特点合理设计支承拱箔的结构形式,可以减小顶层箔片的局部弹性变形,有效提高轴承的承载能力。得到了一种承载能力较高的弹性箔片动压气体推力轴承支承拱箔结构设计方案。

可倾瓦气体动压轴承承载能力的数值分析

应用MATLAB的偏微分方程工具箱,采用有限元法求解气体润滑Reynolds方程,通过完全装配分析法计算了可倾瓦动压气体轴承的承载能力,研究了轴承偏心和瓦块预负荷对可倾瓦轴承的承载能力、最小气膜厚度和最大气膜压力以及瓦块摆角的影响。计算结果表明,随轴承偏心或瓦块预负荷增大,各瓦块的承载能力和摆角发生明显变化,轴承的最小气膜厚度减小,最大气膜压力增大,承载能力增大。从理论上解释了可倾瓦轴承的承载能力与轴承偏心和瓦块预负荷的密切相关性。

扰动频率对动压气体轴承动态刚度和阻尼系数的影响

采用偏导数法求解动压气体润滑Reynolds方程,给出了动压气体轴承动态刚度和阻尼系数普遍适用的计算方法.进行了有限元数值仿真,计算了动压气体轴承的动态刚度和阻尼系数,并重点研究了扰动频率对这些系数的影响.计算结果表明,动压气体轴承的动态刚度系数随着扰动频率的增大而增大,动态阻尼系数随着扰动频率的增大而减小.从理论上解释了动压气体轴承的动态刚度和阻尼系数与扰动频率的密切相关性.

实心磁铁推力磁轴承热分析

对实心磁铁推力磁轴承热平衡条件进行了分析 ,提出了改进的轴承温度场估算方法。通过对试验结果的综合分析 ,对传统设计计算中较少关注的推力盘 -轴系统的电磁 -温度效应及其对轴承磁铁温升的影响进行了初步分析 ,给出了估算磁铁和推力盘 -轴系统温升的常规方法。研究结果表明 ,对推力盘 -轴系统热损耗及其与绕组 -磁铁间热耦合的忽略以及对气隙传热、散热特性的分析模型选择不当 ,是造成计算值与试验结果出现较大偏差的两个主要原因。

产品性能因素描述构架的建立

产品性能作为产品设计的核心 ,贯穿产品设计的整个过程 .抓住产品设计的共性 ,无疑是产品设计的关键 .采用知识工程中的因素空间理论作为理论支撑 ,基于三层调和功能基础的统一功能分类表达 ,构建了以统一功能表达分类为维名称的产品性能因素描述构架 ,并对此构架空间的属性进行了理论分析 .为了更好地理解构架空间的概念 ,描述了具体产品按照性能因素纳入构架空间的 5个主要步骤 .产品性能因素描述构架的建立 ,不仅使产品在性能级抽象层次上获得了表现的空间 ,更重要的是它为产品性能的量化提供了坐标参考 ,也为分布式资源环境下基于性能驱动的产品检索提供了知识获取依据 。

两极平行充磁环形永磁体磁场解析计算

针对内装不导磁心轴的两极平行充磁环形永磁体,在极坐标系下推导了当它置于定子腔和空气中两种情形下产生的磁场解析计算公式。根据材料和结构特点,将整个求解场域划分为不同的区域,分别用对应的控制函数来表达,通过求解拉普拉斯方程或泊松方程获得各区域的矢量磁位通解,利用边界条件和接口条件求解通解中的相关系数,得到各区域磁场分布的解析模型。以一台内装不导磁心轴的2极24槽平行充磁环形永磁同步电机(RSPMSM)为例,将磁场分布的解析计算结果与有限元计算结果进行对比,验证了解析模型的正确性。基于该解析模型讨论了转子尺寸对径向磁密的影响。利用该解析模型可以在该类永磁同步电机初始设计前期快速且精确地计算开路静磁场,还可以评估该类永磁转子的充磁结果。

圆锥形电磁轴承动力学特性研究

定义了描述圆锥形电磁轴承动特性的30个力及力矩刚度系数.在此基础上,利用数值积分法计算了系统处于平衡位置、且由于系统安装或加工误差使主轴轴心相对轴承几何中心有偏移的情况下,圆锥形电磁轴承动特性的变化.计算结果表明,由于轴心相对轴承几何中心有偏移,圆锥形电磁轴承位置刚度的正反馈作用加强,不利于系统稳定.因此,圆锥形电磁轴承在设计时,要求前后轴承同轴,且轴承传感器安装要保证几何中心与理想中心重合.

重型燃气轮机支承座热态自适应对中机理

透平端支承是重型燃气轮机轴系设计中的重要组成部分。基于流固耦合的有限元法研究切向支承座的热态自适应对中机理。运用Pro/Engineer软件分别建立切向支承、扩压器、高温燃气和冷却气体的3维模型。然后结合支承座的结构特点和流体的物性参数,通过定义流固耦合接触界面,进行计算流体动力学(Computational fluid dynamics,CFD)计算,最后将得到的固体温度场作为热载荷传递到ANSYS软件中进行结构分析,得到切向支承的热变形和热应力场,并选取支承座8个检测点的变形量进行对比。结果表明,机座在热载荷下产生的变形通过切向支承板使轴承座发生强制性旋转,从而减小了中心标高的偏离,实现了热态下的自适应对中,为今后支承座的优化设计和试验研究提供了重要参考依据。

径向主动磁轴承承载因子分析

分别给出了径向主动磁轴承正常和非正常工作两种情况下承载因子KR 的计算公式。对KR 的各种影响因素及相应的灵敏度进行了综合分析。通过一个应用实例进行的计算表明 :磁极数NP、静态气隙S0 和转子偏离理想工作点径向位移x都对KR 有重要影响。

径向磁轴承合力系数分析

分别给出了径向磁轴承正常和非正常工作两种情况下最大承载力Fmax 合力系数KR 的计算公式。对KR 的各种影响因素及相应的灵敏度进行了综合分析。通过一个应用实例进行的计算表明 :磁极数NP 、静态气隙S0 和转子偏离理想工作点径向位移 x都对KR

滑动速度对IS304涂层自润滑磨损机理的影响

采用感应烧结技术制备出润滑相细小且分布均匀的自润滑涂层.其中润滑相Ag粒子尺寸为5μm左右,氟化物粒子尺寸为1μm左右,强化相Cr2O3粒子尺寸小于1μm.研究表明低速磨损时磨损面比较粗糙,磨损机理主要为磨粒磨损与疲劳磨损;而高速磨损时磨损面比较光滑,虽然磨粒磨损与疲劳磨损依然为涂层的磨损机理,但磨损面上存在明显的Ag润滑膜.Ag润滑膜的出现使得涂层的摩擦系数降低.Ag润滑膜的出现与接触面摩擦产生的摩擦热有关.滑动速度越高,接触面产生的摩擦热会使局部区域的瞬态温度升高,从而使得热膨胀系数较大的Ag粒子从基体Ni Cr中溢出到表面,并在压力和摩擦力的作用下发生塑性变形从而形成Ag润滑膜.采用溢出体积计算法计算得滑动速度为1 m/s时,瞬态温升为296℃,该温升明显高于采用Ansys有限元模型计算得到的温升.

永磁同步电机转子偏心磁场解析计算

为了快速准确计算两极平行充磁实心圆柱式永磁同步电机(SCPMSM)各种转子偏心参数下的磁场分布,提供研究转子偏心对电机性能影响的有效方法,利用子区域法和摄动法,在二维极坐标平面内建立了考虑定子齿槽效应时的SCPMSM转子偏心磁场解析模型;将求解场域划分为永磁体、气隙和定子槽3类子区域,分别用对应的控制函数来表达,各区域之间用边界条件连接,利用边界条件求出控制方程通解的各个谐波系数。根据摄动理论,将磁场的0阶分量和1阶分量叠加获得相应子域转子偏心磁场分布,利用麦克斯韦应力张量法计算了转子静态偏心以及动态偏心引起的不平衡磁拉力。以一台2极12槽平行充磁SCPMSM为例,将转子偏心磁场以及静态偏心和动态偏心不平衡磁拉力的解析计算结果与有限元计算结果进行对比,验证了解析模型的正确性。

拱箔成型工艺对箔片轴承性能影响的仿真分析

为研究不同拱箔成型工艺对弹性箔片气体轴承静、动态性能的影响,对理想拱箔及3种不同成型工艺加工出的拱箔支承的箔片轴承进行了静、动态性能的计算,3种工艺重点对比箔片固定方式及加载卸载速度。采用有限元方法,获得了不同成型工艺下拱箔的型线及厚度分布;采用有限差分法,耦合箔片轴承结构变形方程与压力控制方程,通过积分得到了轴承承载力;使用小扰动法计算了箔片轴承刚度系数及阻尼系数。分析结果表明:拱箔的成型工艺会对箔片轴承静、动态性能构成一定影响,相比于理想拱箔,各种拱箔成型工艺均会造成箔片性能的下降;厚度与型线更为均匀的拱箔支承的箔片轴承承载力更高、稳定性更强;在拱箔冷压成型过程中,箔片固定方式对拱箔性能的影响较大,加载及卸载速度对拱箔性能的影响较小;在实际生产过程中,建议的拱箔冷压成型工艺为箔片一端压边固定一端自由,采用适中的加载及卸载速度。