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永磁悬浮轴承的产业化与小型风光互补磁悬浮风力发电系统开发

发布日期:2015-06-08关注:963评论:1

基本信息

  • 信息类型:技术项目提供
  • 所属领域:环保能源
  • 关 键 词:永磁悬浮轴承的产业化与小型风光互补磁悬浮风力发电系统开发
  • 协作方式:合作
  • 所属地域:浙江

项目简介

    磁悬浮轴承技术象磁悬浮列车技术那样是目前世界上公认的高新技术之一,它分为主动磁悬浮轴承和被动磁悬浮轴承。主动控制磁悬浮轴承(简称主动磁悬浮轴承AMB)是利用可控磁场力提供无接触支承、使转子稳定悬浮于空间且其动力学性能可由控制系统调节的一种新型高性能轴承,它是一种典型的机电一体化产品。它的研究涉及到机械学、电磁学、电子学、转子动力学、控制理论和计算机科学,将作为滚动轴承、滑动轴承和空气轴承等传统机械轴承的更新换代产品,成为本世纪最有发展前途的主导轴承之一[1]。但它需要一套复杂昂贵的电子控制系统,成本高,只能在航空航天等不计成本的高技术领域应用,且需要专业技术水平很高的研究人员设计、维护应用,在一般的工业应用领域应用较难。 被动磁悬浮轴承利用永磁体产生的磁场力将转子悬浮起来,不需主动控制,可分为:永磁悬浮轴承、超导磁悬浮轴承、抗磁体磁悬浮轴承、电动力磁悬浮轴承。 永磁悬浮轴承利用永磁体之间的作用力来实现悬浮物体在部分自由度上的稳定,它不需控制系统,悬浮功耗小。与主动磁悬浮轴承相比,永磁悬浮轴承存在控制精度低、刚度和阻尼小、装配困难等缺点,为克服这些缺点,永磁悬浮轴承可以通过堆叠以及恰当的结构设计实现高承载力、高刚度来满足要求[2]。阻尼可以通过引入机械阻尼器、电磁阻尼器来实现转子系统的动力稳定[3]。 与主动磁悬浮轴承AMB相比,永磁轴承PMB是无需主动电子控制系统的被动磁悬浮轴承,不仅节省了电力消耗,还减少了可能失效的复杂控制部件,使系统更加可靠,使用寿命更长。 由Earnshaw定律可知,永磁悬浮轴承不能实现所有自由度的稳定悬浮[4]。因此,在永磁悬浮系统中,至少在一个自由度上需要引入其他支承方式,它可与电磁轴承、机械轴承和超导体磁轴承等相结合,构成各种形式的磁悬浮轴承系统,在能源交通、航空航天、风力发电、机械工业以及机器人等高科技领域有着广阔的应用前景[5]。 主动磁悬浮轴承需要一套主动电子控制系统才能工作,成本比滚动轴承高100倍,一般工业场合难以接受。永磁轴承与电磁轴承相结合的混合磁悬浮轴承同样需要一套主动电子控制系统才能工作,成本高,一般工业场合也难以接受。永磁轴承与超导体磁轴承相结合的磁悬浮轴承由于需要一套昂贵的制冷系统且目前超导技术还不过关而不能工业化。只有永磁轴承与机械轴承相结合的磁悬浮轴承具有成本低、结构简单、易于工程应用等优点。 我国已把风力发电项目确定为国家重点发展的十六个重大技术专项之一。近3年新装机容量几乎年年都实现了翻番。将永磁悬浮轴承替换以往的机械轴承应用于风力发电机转子系统中,不但可以大幅度地降低转子和轴承间的摩擦力、摩擦力矩,实现风力发电机的“轻风起动、微风发电”,使占我国风力资源70%的一级微风可以发电,扩大了风力资源的利用率,提高了发电效率,还可以免除以往轴承使用和维护的高额费用,降低风力发电成本,这不仅有利于我国风力发电的普及和风电事业的发展,而且对我国实施节能减排工作起着重要的推动作用。 目前,永磁悬浮轴承已在电表、风力发电和永磁悬浮列车等特殊场合得到了实际应用,但它也是与机械支承相结合的,存在装配困难、需要资深专业技术人员设计安装维护的缺点,达不到工业应用要求,还不能普遍应用于一般的工业机械中。因此,目前国内外还没有象滚动轴承那样由专业厂家生产制造的标准化和系列化的磁悬浮轴承。如果能将永磁悬浮轴承做得象滚动轴承那样安装简便并且标准化、系列化,使制造成本与滚动轴承相当,那么它一定能够象滚动轴承那样在工业上得到普遍应用。本项目的目的就是要解决永磁悬浮轴承工业应用的几个关键设计技术问题,即永磁悬浮轴承承载能力、刚度和安装维护等达到工业应用要求的设计技术问题、永磁悬浮轴承-转子系统动力学特性达到工业应用要求的设计技术问题和永磁悬浮轴承的标准化、系列化达到工业应用要求的设计技术问题,为永磁悬浮轴承象滚动轴承一样在工业上得到普遍应用作出贡献。 最近,我们上海大学轴承研究所的“大型滚动轴承与精密轴承技术研发中心”通过上海大学第四届研究生创新基金“小型永磁悬浮风力发电机的研究”(NO:SHUCX102213)项目[6]和第五届研究生创新基金项目“小型风光互补的永磁悬浮发电系统研究”(NO:SHUCX112217)项目[7]的资助,已经成功解决永磁悬浮轴承承载能力、刚度和安装维护等达到工业应用要求的设计技术问题,已经研制出来了这种工业应用型永磁悬浮轴承(图5),可小批量生产,已获得了国家专利[8, 9](图6),并将永磁悬浮轴承应用到小型风光互补发电系统开发中(图7),我们愿意将该专利转让给合作企业,并与合作企业联手、共同努力建厂将永磁悬浮轴承及小型风光互补的永磁悬浮发电系统推向市场,它将是联合开发的新产品,这也是我们能够独占国内外市场的产品,前景广大。

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