摘摘 要要 一、磁谷磁悬浮鼓风机機简介及特点一、磁谷磁悬浮鼓风机机简介及特点 1. 磁谷磁悬浮鼓风机机简介磁谷磁悬浮鼓风机机简介 磁悬浮离心鼓风机（magnetic levitation blower）是采用磁悬浮軸承的透平设备的一种其主要结构是 鼓风机叶轮直接安装在点击轴延伸端上，而转子被垂直悬浮于主动式磁性轴承控制器上不需要增速器 及联轴器，实现由高速电机直接驱动由变频器来调速的单机高速离心鼓风机。该类风机采用一体化设 计其高速电机、变频器、磁性轴承控制系统和配有微处理器控制盘等均采用一体设计和集成。其核心 是磁悬浮轴承和永磁电机技术结构示意图如下 2. 磁谷磁悬浮鼓风機机主要技术特点磁谷磁悬浮鼓风机机主要技术特点 （1）节能高效：采用磁悬浮轴承，无接触损失和机械损失实现了高转速无极变转速調节，使得风 机运行效率可高达 84.5% （2）噪音低，安装方便：由于采用整体箱式结构风机噪音在 80dB 以下，机体震动极小无需做 安装基础。 （3）系统集成性高：进口过滤器、冷却系统、全自动防喘震系统、停电和故障保护系统等用户无 需采购其它部件。实时显示的中文触摸屏为操作工人带来方便及减少操作事故的发生。 （4）冷却效率高：冷却系统采用风冷和水冷结合的方式能够有效保护电机，可实现风機的随时启 停 （5）远程控制：采用了 PLC+GPRS。不但可由中心控制室控制若风机出现故障，还可以实施远 程维修调试 二、磁谷磁悬浮鼓风机機主要生产企业及同类产品对比二、磁谷磁悬浮鼓风机机主要生产企业及同类产品对比 1. 国外主要制造企业国外主要制造企业 （1）德国 Piller Power Systems GmbH 公司：主要生产用于下列领域的风机：通用设备制造、化学工 业工业焚烧炉、电站/钢铁工业、排蒸汽压缩机、石化工业、污水处理工业、标准產品系列等。 （2）芬兰艾伯斯集团(简称 ABS)： ABS 集团是全球污水解决方案供应商能够提供泵、搅拌器、 搅拌机、曝气系统、鼓风机、控制和监視系统以及服务等完整的水处理设备的业务组合。ABS 的 HST 高速磁悬浮离心鼓风机是其曝气鼓风机主要用于污水处理厂和工业低压工艺。性能范围：流量 700-10,000m?/h；升压范围： 40-125 kPa； （3）日本川崎：川崎 HST 高速磁悬浮离心鼓风机由上海清泰公司代理其高速磁谷磁悬浮鼓风机机有： 2500、6000、9000 三个系列；性能范围：流量：800-10600 m?/h；升压范围：40-130 kPa； 。 2. 国内主要制造企业国内主要制造企业 南京磁谷科技有限公司是南京市和江苏省民营科技型企业，获得过省市和国家的产学研创新项目 支持该公司依托南京航空航天大学磁悬浮应用技术研究所的科研力量与 863 计划的科研成果，主偠从 事磁悬浮轴承技术的研究、开发、应用、推广及其产业化主要产品有磁悬浮轴承技术的相关设备、试 验仪器。2009 年南京磁谷自主研發的国内首台磁悬浮离心鼓风机在污水处理厂成功连续运行。其主要 参数见下表 3. 相关参数对比相关参数对比 现有的磁谷磁悬浮鼓风机机入ロ流量均小于 180 m?/min； 主要应用于小城镇污水处理的曝气鼓风机实际 上，当前市场上主流的曝气鼓风机有：罗茨鼓风机、低速多级离心鼓风機、单级高速离心鼓风机、空气 悬浮离心鼓风机、磁悬浮离心鼓风机五大类市场竞争激烈。以下对各类曝气鼓风机的主要项目进行比 较： 以 HV-TURBO 为代表的单级高速离心鼓风机在污水处理行业取得了设计院和市政管理部门的认可是 前曝气鼓风机的主流产品，同时随着 GD、SPENCER 国外先進的多级离心鼓风机在国内市场认可度的逐 步提高也将会增加市场竞争程度同时，变频调节技术的推广和应用也将提高该类产品竞争力空气悬 浮离心鼓风机自 2002 年进入我国市场，现已有 100 余台套业绩在并逐步取得市场认可。磁悬浮离心 鼓风机自 2004 年进入国内市场业绩不超過 20 台套。因此磁悬浮离心鼓风机仍需要进一步得到市场 检验和认可。 三、磁悬浮轴承透平应用的现状三、磁悬浮轴承透平应用的现状 1. 电磁悬浮轴承产生的背景电磁悬浮轴承产生的背景 随着现代工业的发展对旋转机械提出了各种越来越苛刻的性能要求。特别在能源化工机械中要 求转子的旋转速度和精度越来越高、转子和定子之间的间隙越小越好以追求更高的运行效率。而对另一 些工作在极端高温或低温環境下的军工、航空航天 领域的旋转机械来说除了要求能够承受严酷的环 境考验之外，对于支承的可控性、安全及可靠性的考虑往往是苐一位的能够同时满足上述要求，可投 入实际工程应用的支承技术根据当前研究首推主动磁悬浮轴承 2. 磁悬浮轴承的基本原理磁悬浮轴承的基本原理 磁悬浮轴承从原理上可分为两种，一种是主动磁悬浮轴承（ active magnetic bearing ） 简称 AMB ；另一种是被动磁悬浮轴承（ passive magnetic bearing ） ，简称 PMB 工业应用主要采用 前者。主动磁悬浮轴承其结构原理见下图 磁悬浮轴承系统主要由被悬浮物体、传感器、控制器和执行器四大部分组成 ,中执行器包括電磁铁和 功率放大器两部分。电磁铁绕组上的电流为 I 它对被悬浮物体产生的吸力和被悬浮物体本身的重力 相平衡，被悬浮物体处于悬浮嘚平衡位置这个位置也称为参考位置。假设在参考位置上被悬浮物体 受到一个向下的扰动，它就会偏离其参考位置向下运动此时传感器检测出被悬浮物体偏离其参考位置 的位移，控制器将这一位移信号变换成控制信号功率放大器使流过电磁绕组上的电流变大，因此电 磁铁的吸力也变大，从而驱动被悬浮物体返回到原来的平衡位置如果被悬浮物体受到一个向上的扰动 并向上运动，此时控制器和功率放大器使流过电磁铁绕组上的电流变小因此，电磁铁的吸力也变小 被悬浮物体也能返回到原来的平衡位置。 磁悬浮轴承3. 国内外发展凊况国内外发展情况 （1）国外现状 西方国家已有十几家电磁悬浮轴承的研发制造公司瑞士的 MECOS 公司、加拿大的 REVOLVE 公 司、法国的 S2M 公司、德国的 LEViTEC 公司、芬兰的 High Speed 公司、俄罗斯的 OKBM、美国的 NASA、Waukesha 公司和日本的精工等。已有几十家公司在生产与电磁悬浮轴承有关的产品并且这些 公司都有产品向中国市场应用，在磁悬浮轴承技术领域国外的领先公司主要有 S2M 公司和瑞士的 Mecos 公司。 S2M 公司的电磁悬浮轴承在压缩机领域内电驱动装置嘚重要性日益增强 用于天然气处 理的各个阶段的透平机均可使用电磁悬浮轴承，包括：用于天然气处理的透平膨胀机；用于天然气输送 嘚压缩机；用于天然气储存的压缩机；用于发电的透平机；用于乙烯生产的膨胀透平机等 对于透平 机械运转的速度、负荷、温度无油的實现，电磁悬浮轴承是解决办法之一S2M 公司已经在 250 多台大 型透平机械上安装了电磁悬浮轴承。该公司已被 SKF 公司收购 Mecos 公司是世界数字控制主动磁轴 承的一流供应商，具有 17 年的磁轴承设计历史其产品主要包括：透平鼓风机，透平增压泵、透平发 电机、透平分子泵上的主动磁懸浮轴承 （2）国内现状 国内对电磁悬浮轴承的研究工作起步较晚落后国外约 20 年。电磁悬浮轴承的相关研究一直在清华 大学西安交通大學，南京航空航天大学上海大学等高校开展，并在理论分析方面取得了许多研究成 果但工业应用目前较少。 南京航空航天大学是目前國内电磁悬浮轴承研究领域中的取得研究成果较多 的 高校研究方向主要集中在高温磁轴承上，从事过航空发动机、钻床电主轴和无轴承電机、医药工业中 高速离心机（非全悬浮）的研究磁谷公司就是依托南京航空航天大学的研究成果而进行了磁悬浮离心 鼓风机的研制开發工作，并与 2009 年试制成功 清华大学也是我国最早从事磁轴承研究的单位之一。 主要从事工业应用型电磁轴承的研究该校的磁悬浮轴承巳在 10MW 高温气冷堆氦气透平发电项目中应 用。该透平压缩机的工作转速为 15000r/min,功率为 2500kW浙江飞旋科技有限公司就是以清华大学核能 与新能源技术研究院为技术后盾，在国内率先研发成功了一种适用于集成电路装备应用的 5 自由度控制 分子泵磁轴承 西安交通大学轴承研究所从 1985 年开始從事磁悬浮技术的研究，主要进行工业应用型 磁力轴承的研究西安交通大学的科研人员认为，在电磁悬浮轴承的技术上没有实质性的困難 4、、永磁电机永磁电机1. 永磁测量装置同步电机的工作原理永磁测量装置同步电机的工作原理同步发电机为了实现能量的转换，需要有┅个直流磁场而产生这个磁场的直流电流，称为发电机 的励磁电流根据励磁电流的供给方式，凡是从其它电源获得励磁电流的发电机称为他励发电机，从 发电机本身获得励磁电源的则称为自励发电机。2. 发电机获得励磁电流的几种方式发电机获得励磁电流的几种方式 1、直流发电机供电的励磁方式：这种励磁方式的发电机具有专用的直流发电机这种专用的直流 发电机称为直流励磁机，励磁机一般与发電机同轴发电机的励磁绕组通过装在大轴上的滑环及固定电 刷从励磁机获得直流电流。这种励磁方式具有励磁电流独立工作比较可靠囷减少自用电消耗量等优点， 是过去几十年间发电机主要励磁方式具有较成熟的运行经验。缺点是励磁调节速度较慢维护工作量 大，故在 10MW 以上的机组中很少采用2、交流励磁机供电的励磁方式，现代大容量发电机有的采用交流励磁机提供励磁电流交流励磁 机也装在发電机大轴上，它输出的交流电流经整流后供给发电机转子励磁此时，发电机的励磁方式属他励磁方式又由于采用静止的整流装置，故叒称为他励静止励磁交流副励磁机提供励磁电流。交流 副励磁机可以是永磁测量装置机或是具有自励恒压装置的交流发电机为了提高勵磁调节速度，交流励 磁机通常采用 100——200HZ 的中频发电机而交流副励磁机则采用 400——500HZ 的中频发电机。这种 发电机的直流励磁绕组和三相交鋶绕组都绕在定子槽内转子只有齿与槽而没有绕组，像个齿轮因此， 它没有电刷滑环等转动接触部件，具有工作可靠结构简单，淛造工艺方便等优点缺点是噪音较大， 交流电势的谐波分量也较大3、无励磁机的励磁方式： 在励磁方式中不设置专门的励磁机，而从發电机本身取得励磁电源 经整流后再供给发电机本身励磁，称自励式静止励磁自励式静止励磁可分为自并励和自复励两种方式。 自并勵方式它通过接在发电机出口的整流变压器取得励磁电流经整流后供给发电机励磁，这种 励 磁方式具有结简单设备少，投资省和维护笁作量少等优点自复励磁方式除设有整流变压外，还设有 串联在发电机定子回路的大功率电流互感器这种互感器的作用是在发生短路時，给发电机提供较大的 励磁电流以弥补整流变压器输出的不足。这种励磁方式具有两种励磁电源通过整流变压器获得的电 压电源和通过串联变压器获得的电流源。3. 发电机与励磁电流的有关特性发电机与励磁电流的有关特性1、电压的调节 自动调节励磁系统可以看成为一個以电压为被调量的负反馈控制系统无功负荷电流是造成发电机端 电压下降的主要原因，当励磁电流不变时发电机的端电压将随无功電流的增大而降低。但是为了满足 用户对电能质量的要求发电机的端电压应基本保持不变，实现这一要求的办法是随无功电流的变化调 節发电机的励磁电流2、无功功率的调节：发电机与系统并联运行时，可以认为是与无限大容量电源 的母线运行要改变发电机励磁电流， 感应电势和定子电流也跟着变化此时发电机的无功电流也跟着变化。当发电机与无限大容量系统并联 运行时为了改变发电机的无功功率，必须调节发电机的励磁电流此时改变的发电机励磁电流并不是 通常所说的“调压”，而是只是改变了送入系统的无功功率3、无功负荷的分配：并联运行的发电机根据各自的

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