Kawasaki HST 高速磁悬浮离心式鼓风机.ppt

• 转子︰实心钢轴表面导电包覆 • 转子最大周边速度︰550m/sec. • 绝缘等级︰F 级 (定子线圈內部最大温度 155oC)
主动式磁性轴承(AMB)操作基本原理(1/3)
基本操作原理︰ • 主动式磁性轴承是利用在
转子四个方向 (上下左右) 之电磁极的导引作用而使 转子浮动在定位上 (不像 直线性马达采用的排斥系 统，其转子是不具磁性的)。
质量中心
: 偏心距 M : 转子质量 : 转子角速度
磁性轴承
惯性中心
F=M 2 M
转子
油膜层
磁 极
质量中心
磁极
M
磁极
转子回转轨迹
磁 极
空气隙
一不平衡的回转会传达一个M 2 离心力至平面轴承上而产生震动
当转子在不平衡时，它是以惯性中心 为回转中心并且不会产生离心力 没有震动 自动平衡系统
磁性轴承自动平衡系统
为了符合环境保护之要求，下一世紀的涡轮增压式鼓风机必须降低或消除 上列缺点 此种涡轮增压式鼓风机存在吗？
Kawasaki HST高速磁悬浮离心式鼓风机即为此种机械
高速磁悬浮离心式鼓风机采用何种方式以达性能要求
空气压力︰与涡轮增压式轮叶周边速度二次方成正比 (与涡轮增压式轮叶旋转数二次方成正比)
空气风量︰与涡轮增压式轮叶周边速度成正比 (与涡轮增压式轮叶旋转数成正比)
KKaawwaassaakkii HHSSTT 高高速速磁磁悬悬浮浮离离心心式式鼓鼓風風机机
属于21世纪高速磁悬浮离心式鼓风机
一般涡轮增压式鼓风机有下列缺点︰ 1）高能源消耗 - 由于非全负载操作状况，机械损失，附属设备能 源需而降低空气动力性能。 2) 需要其他辅助品 – 润滑油/润滑剂及冷却水。 3) 较多保养维护 – 调整，大修，消耗品更换及需储存大量备用零件。 4) 完整之设备安装 – 设备基础，防音罩，防震设施及较大的安装空间。 5) 二次环境公害问题 – 废水/油，蒸发的油气，震动及噪音。
案例︰M = 60 kg, N = 30,000 rpm, d = 130 mm, m = 5 gr
转子由一般轴承支撑 = 10 m F = 270 kgf
F
F
● 不平衡状況 转子轴中心 转子惯性中心主轴
转子由磁性轴承支撑 = 10 m F = 0 kgf
当 = 50 m 时发出警 讯
电源 断 电 保 护
• 轴承间隙 S9000和S6000︰0.5mm，S2500︰0.25mm
• 裱褙轴承间隙 轴承间隙的一半
• 位置计测器上限转数 位置计测器上限为转速为100,000rpm，为CPU速度的极限。注︰HST 高速磁悬浮离心式鼓风机运转速度为<30,000rpm
平面轴承与磁性轴承比较
平面轴承 惯性中心
Active control magnetic bearing INU: 变频器 Inverter unit
高速变频马达(1/2)
• 感应马达转速(N)，极数(P)及频率(F)间关系可以下列公式表示 N=120F/P—(1) 其中n=rpm(每分钟旋转数) F=Hz(频率/每秒)
• 一般双极(2P)马达电源为60Hz时其最大旋转数为3600rpm。 • 变频马达是利用变动的频率來控制马达转数，例如将变频器设定在
参考讯号
控制系統
轴承
Fra Baidu bibliotek
Stator
讯号处理系統
功率放大器
+ -
Rotor
磁极 位置計測器
计测器回应讯号
功率放大器
位置计測器 磁极
控制系统(举例︰直立式控制)
• 此四个位置计测器侦测转子位置后各有一回应讯号，这些回应讯号与参考 (预定值) 讯号比较后，磁极电流就会按比例重新分配而使转子回到参考 (设 定) 位置。
• 功率效大器可产生电流并驱使磁极产生导引力，而使定子回到参考 (设定) 位置。
• 位置计测器持续侦测定子位置并一再重复上述控制程序，讯号处理系统決定 其电子控制进而決定轴承的二个基本特性一钢性的或减震性的。
主动式磁性轴承(AMB)操作基本原理(3/3)
• 电解侵蚀预防 由于在径向磁极上直接产生南/北极向的电流，而转子回转方向即 产生了涡流电流，如果没有预防设施的话即会发生电解侵蚀状况。 在HST涡轮增压式鼓风机的轴，定子及转子外层均设有薄钢层片去 预防此涡流电流产生。
• 理论上此系统是不能将转 子保持在定位上，由于转 子对每一电磁极的导引力 与空隙距离二之方成变化 的正比。
• 保持转子在轴承中心上， 是由每一个高感应性位置 计测器去量测转子与轴承 面间的空气隙，依此去控 制电力磁极电流进而调整 反向的导引力。
主动式磁性轴承(AMB)操作基本原理(2/3)
控制系统图说
600Hz的频率并输出至马达端，其旋转数即为36,000rpm。 • Kawasaki HST高速磁悬浮离心式鼓风机之回转轴 (马达轴+ 渦轮
增压式轮叶) 为一体实心轴设计，因此第1临界转速是高于最高极 限操作转速。 • Kawasaki HST高速磁悬浮离心式鼓风机马达规格如次页所列。
高速变速马达(2/2)
马达型号
M75 M115 M115
高速转数变频马达規格
输出马力 (kw)
操作转数 rpm 范围
60
40,000–110,000
85
32,000–85,000
110
26,000–70,000
M135
230
22,000–60,000
M165
400
18,500–49,000
备注
For S2500 For S6000 For S9000
当断电状况发生时，马达就如同一发电机可提供足够的 能源至磁性轴承，直至转速降至300rpm(5Hz)时。而不需要 像一般渦轮增压式鼓风机一样加装一备用球轴承，而只需加 装一不需润滑油的马达轴衬，其寿命可接近永久。
Kawasaki HST高速磁悬浮离心式鼓风机特性
(1)高效率
由于取消了增速齿轮及轴联接器，因此沒有磨擦损失，再加上由于HST高速磁悬浮离 心式鼓风机采用磁性轴承，轴承磨擦损失也沒有了，而使得能源消耗及操作成本均减少。 (2)极佳的操作性能
采用高旋转数之涡轮增压式轮叶即可达到性能要求
Kawasaki HST高速磁悬浮离心式鼓风机与一般渦轮 增压式鼓风机結构比较
Kawasaki HST高速磁悬浮离心式鼓风机剖面图
吸入口(Suction)
出风口 (Discharge)
高转速马达单元结构
CP AMB
INU
CP: 控制盘 Control panel AMB: 主动式磁性轴承控