[发明专利]一种适用压气机的自平衡磁轴承

说明书

本发明公开了一种适用压气机的自平衡磁轴承，包括：磁轴承定子，电磁式致动器，驱动控制器，位移传感器，预压弹簧以及基座；本发明通过实时调节磁轴承静态平衡点与动态平衡点的重合，调节压气机系统的动态特性，来实现磁轴承的主动自平衡，提高压气机系统的可靠性和安全性；同时可以通过轴向磁轴承、导叶调节以及该调节系统相互配合，以有效降低压气机运行过程的发生的喘振风险，提高压气机转子的动态特性。与现有技术相比，本发明实现主动自平衡，改善系统的动态特性；提高系统运行的可靠性与安全性；可以有效抑制喘振。

技术领域

本发明涉及磁悬浮轴承领域，具体涉及一种适用压气机的自平衡磁轴承。

背景技术

发明专利CN103425051A与专利ZL200710176720通过驱动功放电路或增加补偿电路进行径向方向的平衡补偿；CN103336436B通过同频位移自适应滤波的方法实现径向自平衡；但是这些专利中磁轴承定子位置固定，转子受力点始终保持相对固定，没有考虑到实现轴向的自平衡调节，同时没有考虑通过磁轴承抑制压气机的喘振作用，事实上大多数压气机通过调节导叶来抑制调节喘振。因此，确有必要对现有技术进行改进以解决现有技术不足。

发明内容

本发明提供一种适用压气机的自平衡磁轴承，用以克服因在高速压气机系统中现有磁轴承的位置固定，且保持在静态平衡点位置，始终达不到最佳控制效果和动态特性的问题。

为了实现上述任务，本发明采用以下技术方案：

一种适用压气机的自平衡磁轴承，包括：磁轴承定子，电磁式致动器，驱动控制器，位移传感器，预压弹簧以及基座，其中：

磁轴承定子安装在基座上，并与电磁式致动器连接为一体化结构；磁轴承定子与基座之间光滑接触；

电磁式致动器包括多组致动器，与驱动控制器连接，其输出端与所述磁轴承定子的端部连接，且始终保持同位移输出；驱动控制器控制电磁致动器驱动磁轴承定子产生相应位移；

预压复位弹簧包括多组弹簧，沿平行于磁轴承定子的轴向对称分布，每组弹簧一端固定，另一端与磁轴承定子的端部连接，向磁轴承定子提供预压力F；

位移传感器固定安装在磁轴承定子与预压复位弹簧连接一侧，与驱动控制器连接，用于测量磁轴承定子的轴向位移；

驱动控制器包括功率放大器和控制器，控制器的输出u被功率放大器转化为电流i，经过电磁式致动器生成沿磁轴承定子轴向的驱动力F驱动磁轴承定子；

所述磁平衡轴承设计位于同一Z轴上的静态平衡点、动态平衡点、第一限制点和第二限制点，包括：

以磁轴承定子轴线方向、径向分别作为Z轴、X轴，则静态平衡点位于X轴与Z轴交点，规定在X轴右半侧为正，左半面为负；动态平衡点在位于静态平衡点两侧的第一限制点与第二限制点之间波动，限制距离L为第一限制点与第二限制点之间的距离；位移x为静态平衡点与动态平衡点之间的距离。

进一步地，所述位移x有正负之分，满足-L/2≤x≤L/2。

进一步地，预压复位弹簧包括两组刚度相同的弹簧，且单个弹簧的刚度为k，预压力为F₀，系统摩擦力为f，电磁式致动器的输出力为F，磁轴承定子质量为m，系统阻尼为c，则系统的平衡方程为：

预压复位弹簧刚度k不变，始终处于压缩状态，初始状态下，预压力F₀与F相等，初始状态的驱动位移x(0)＝0，且保证激励电流与输出力同频。

进一步地，采用闭环负反馈控制策略，输入信号y与位移传感器的位置反馈信号差值，提供给控制器，控制器的输出u被功率放大器转化为电流i，经过电磁式致动器生成磁轴承定子所需驱动力F，电磁式致动器驱动磁轴承定子产生最终所需输出信号x。