电磁轴承在航空发动机应用中设计问题分析

电磁轴承实现了依靠电磁力使转子非接触地“支承”于轴承体内的目的,并具有运动阻力小、无接触摩擦和磨损、功耗低以及寿命长等优点,是磁悬浮原理在机械领域中的应用实例。航空发动机是电磁轴承的主要应用领域之一。介绍电磁轴承及其系统的特点和电磁轴承的一般设计准则、常用技术指标以及在航空发动机中应用电磁轴承的部分设计问题及解决的方法。     

基于磁极电流分配的电磁轴承控制器设计

 电磁轴承是机、电、磁一体化的复杂系统, 针对不对称、强耦合电磁轴承结构, 提出基于磁极电流分配的电磁轴承控制器设计。该方法将原来控制器分为反馈控制器和电流分配器两部分, 以简化控制器设计。主要讨论了轴承磁极电流分配器设计, 并应用于圆锥电磁轴承系统中, 设计它的磁极电流分配器。     

主动电磁轴承失效后柔性转子坠落在备用轴承上的瞬态响应实验研究

测量了主动电磁轴承支承的柔性转子系统在主动电磁轴承失效后转子坠落在带有固定间隙滚动型备用轴承上的瞬态响应,分析了转子的工作转速、转子不平衡量以及备用轴承碰撞面上的润滑条件等对转子瞬态响应的影响。结果表明,大多数情况下在主动电磁轴承失效后转子系统出现了在间隙圆底部的摆动以及在整个间隙圆范围内的碰撞型回转运动。主动电磁轴承失效后转子系统瞬态响应的大小与转子在电磁轴承失效前的振动、转子的工作转速以及备用轴承碰撞面上的润滑条件等密切相关。通过适当改变备用轴承碰撞面上的润滑状态,可以有效地控制电磁轴承失效后转子系统瞬态响应的大小,降低电磁轴承失效后转子在整个间隙圆范围内的碰撞型回转运动以及全间隙圆范围内的摩擦型回转运动的可能性,从而减小碰撞对转子及其备用轴承的影响。     

一种新型辅助轴承的设计与试验

主动电磁轴承(AMB)的最大劣势在于承受外部冲击载荷的能力弱,必要时需借助辅助轴承承担其部分或全部载荷.本文介绍了一种新型辅助轴承--零间隙辅助轴承(ZCAB)的设计原理和试验情况.试验结果表明,ZCAB可在短时间内将AMB失效后坠落的转子重新平稳返回其回转中心,使转子继续正常工作.     

电磁轴承失效后航空发动机转子跌落动力学分析

为研究航空发动机用主动电磁轴承失效后,发动机转子跌落在辅助轴承上对轴承、轴承座乃至整个发动机造成的冲击,建立了转子跌落及碰撞的力学模型。以模拟转子为研究对象,通过有限元法及Newmark-Beta法求解了模拟转子跌落及碰撞方程。计算结果表明:转子高速跌落时,转动动能若无法有效消减,转子将在轴承内圈长时间涡动,导致轴承内圈表面产生极大的接触应力及变形;辅助轴承的支撑刚度有降低振幅的作用,支撑阻尼有消减振动能量的作用。实际应用时,选择适中的辅助轴承支撑刚度和较大的支撑阻尼,通过两者相匹配可有效减小转子跌落对发动机机体的冲击,同时快速降低跌落冲击造成的振动。     

一种用于电磁轴承特性可控的弹性备用轴承

 为了提高电磁轴承备用轴承的性能,基于动力特性可控的径向电涡流阻尼器、弹性支撑以及滚动型或衬套型备用轴承提出了一种动力特性可控的弹性备用轴承新结构。介绍了这种新型备用轴承的结构和工作原理,在不同的转速和转子不平衡量下测量了电磁轴承失效后转子坠落在新型弹性备用轴承上的瞬态响应,分析了新型备用轴承对转子坠落在备用轴承上的瞬态冲击响应的抑制作用。结果表明：这种新型弹性备用轴承不仅具有结构简单、无工作介质、动力特性易于进行控制等特点,而且还能够显著减小电磁轴承失效后转子坠落在备用轴承上的瞬态冲击响应,使转子的振动很快得以衰减,减小了转子对备用轴承的冲击作用,是一种具有良好发展和应用前景的主动电磁轴承备用轴承结构。     

基础横向振动对电磁轴承转子系统动力特性影响的实验研究

从实验上研究了电磁轴承基础的横向振动对电磁轴承转子系统动力特性的影响。结果表明电磁轴承的控制器对电磁轴承基础横向振动的抑制能力是非常有限的,在控制器的设计过程中必须考虑基础振动的影响,否则较大的基础振动会使电磁轴承系统不能稳定地工作,甚至失去支撑转子的能力。     

21世纪航空发动机动力传输系统的展望

21世纪航空发动机动力传输系统仍以机械传动为主,在主轴轴承、润滑、齿轮传动及主轴密封方面,将继续对付与迎接先进发动机更高使用要求的挑战。电磁轴承与电气化附件传动研究方兴未艾,在航空发动机上应用已为期不远了。      

永磁电磁轴承产生悬浮力的机理研究

对永磁偏置的主动磁悬浮轴承 (永磁电磁轴承 )产生悬浮力的机理进行了研究,导出了永磁磁通与电磁磁通同时作用时永磁电磁轴承的磁路基本方程及吸力方程,说明了永磁参数对永磁电磁轴承承载能力及刚度系数的影响。结果表明 :当偏置磁通大于饱和磁通的一半时,实际承载能力为最大;增大永磁内部磁动势可以提高轴承的承载力、稳定性及减小功放损耗。     

航空发动机动力传输系统的技术进展

航空发动机动力传输系统发展至今仍以机械传动为主。在主轴轴承、润滑、齿轮传动及主轴承腔密封方面,将继续对付与迎接先进发动机更高使用要求的挑战。电磁轴承与电气化附件传动研究方兴未艾,在航空发动机上应用已为期不远。     

电磁轴承及其应用第一部分 电磁轴承的发展及其应用前景

第一部分简述了电磁轴承及电传动技术在国内外的发展及其在航空领域中的应用前景.第二部分介绍了在燃气涡轮发动机中电磁轴承的设计要求、主要设计问题及其解决方法.     

电磁轴承系统的试验研究

在自行设计的轴承内径为50mm的电磁轴承试验装置上成功地实现了五自由度稳定磁悬浮,并在该装置上完成了静、动态试验及静、动态加载试验,为以后进行航空发动机用电磁轴承的研究打下了坚实基础。     

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。      

高速无轴承永磁电机设计与分析

高速电机具有高功率密度、能够减小设备体积与重量,可以直接驱动负载、提高传动效率,在航空航天、新能源、精密制造等领域具有广阔的应用前景。将无轴承永磁电机应用于高速驱动系统,在推导无轴承永磁电机数学模型基础上,提出了高速无轴承永磁电机设计方法。通过对一台额定功率2 300 W、额定转速8 000 r/min、调速范围0~60 000 r/min的高速无轴承永磁电机进行电磁和机械一体化设计,并采用有限元法对样机的电磁性能和动力学性能进行优化。仿真试验结果验证了所采用的设计方法的正确性。     

铁姆肯开启国内航空轴承检测业务

<正>中国经济的持续发展和民航机队的不断扩大使得中国航空维修业得到了空前的发展。国内航空维修企业已经开始从劳动资本密集型向技术资本密集型调整,标志之一是不断拓展发动机和辅助动力系统(APU)的深度维修能力。发动机和AP[U的主轴轴承及其配套的传动系统轴承是维修中的关键零部件,以往其检测、维修和更换都需依靠国外承修商和OEM制造商,严重影响了维修企业的成本和效率。在国内开展符合适航要求的轴承检测业务,可以大大提高轴承使用效率,减少维修企业轴承库存     

实心转子—电磁轴承系统的损耗分析

当径向电磁轴承中的转子旋转时,转子中将产生涡流。当转子为非叠片结构时,所产生的涡流较大,此涡流将改变电磁轴承气隙回路中的磁场。因此,作用在转子上的磁场力除磁浮力之外,还将作用有切向力,此切向力将产生磁阻尼,引起能量损耗。本文提出了一实心转子—电磁轴承系统的磁场分布模型,给出了相应磁浮力和切向力的计算公式,以实际系统为例,进行了相应计算和损耗分析,并在实际系统上进行了实验。结果表明计算与实验较吻合。      

电磁轴承在航空发动机中的应用研究

针对电磁轴承在航空发动机的应用研究，扼要介绍电磁轴承在航空发动机应用过程中的部分技术问题和设计方法，包括基本控制设计方法、柔性转子系统设计方法和陀螺效应设计方法。并给出一台原理试验样机的分析设计结果。     

电磁轴承及其应用 第二部分 电磁轴承工作原理和设计要点

第一部分简述了电磁轴承及电传动技术在国内外的发展及其在航空领域的应用前景.第二部分介绍了燃气涡轮发动机用电磁轴承的设计要求和主要设计问题及其解决方法.     

基于能量的电磁轴承系统建模及控制方法研究

通过介绍电磁轴承的基本组成,针对电磁轴承系统中的大范围稳定问题,在考虑线圈电感的非线性的情况下,从能量的角度对系统进行了非线性建模。并在构建李雅普诺夫函数及理论分析的基础上提出了基于能量的控制器方法。与传统的PID控制进行仿真对比后,得到了一组可使电磁轴承大范围稳定的参数范围。结果表明,这种方法为非线性控制提供了设计基础,在获得满意的动态响应方面是可行的。     

航空发动机轴承预载的加载方法与工程实践

航空燃气涡轮发动机的转子具有转速高、负荷小的特点,容易引起发动机轴承打滑,进而造成滑蹭损伤,如不采取防滑措施,将对发动机的正常、可靠工作构成威胁。在某型发动机压气机部件试验过程中,试验件的辅助支点滚珠轴承由于轻载打滑造成轴承失效,导致试验件辅助支点被损坏。通过在试验件转子后与辅助支点前增加一弹簧,对滚珠轴承施加“预载”,试验验证表明,该方法能很好地解决轴承打滑问题,并且试验中轴承温度也得到明显的下降。此种对轴承施加“预载”的方法在后继的多个试验件中也得到成功运用。