高速气体离心机主动电磁油膜混合阻尼研究

Considering the development demand of the supercritical gas centrifuge and the development of active magnetic damping technology, this project intends to make a hybrid active magnetic and oil film damping for high speed gas centrifuge, which integrates active magnetic damping and oil film damping. Through the study of the frequency dependent relationship between electromagnetic damping and oil film damping, research about the factors of the stability of feedback control of this active hybrid damping system, and then put forward the optimum design of it, and finally realize the gas centrifuge's supercritical operation on the active hybrid damper. This project utilized two kinds of damping technology, and use the magnetic gap to form the oil film, there for, this hybrid damping system could not only combines the advantages of active magnetic damping and oil film damping in different frequency range, but also the integration of the interaction of active damping and passive damping. The hybrid damping effect is expected to be global optimized of a wide frequency range. The technical scheme of this hybrid damping is the first be presented, and there is no much relevant reference. Also, the achievement of this study can be applied not only in the gas centrifuge to solve the main difficulties of supercritical, which can also be applied to other types of ultra-high speed rotating machinery, such as flywheel, small gas turbine, high speed spindle and so on. It also has a very good help for the improvement of China's high speed rotating machinery research and development.

针对离心机超临界的发展需求和主动电磁阻尼技术发展的现状，本项目拟开展主动磁阻尼与油膜阻尼一体化的主动电磁油膜混合阻尼技术研究。通过探索电磁阻尼、油膜阻尼之间的频变关系与相互耦合机制，研究混合阻尼系统反馈控制的稳定性以及影响因素，构建系统模型和提出设计优化的理论方法，最终实现主动电磁油膜混合阻尼器作用下离心机平稳超临界运转。该项研究利用电磁阻尼的磁间隙形成油膜阻尼，不但结合了电磁阻尼和油膜阻尼在不同频率范围内的优势，还融合了主动阻尼与被动阻尼的共同作用，预期可获得宽频段内全局优化的阻尼效果，这种技术方案的研究在国内外还未查阅到相关的文献报道。本项目的成果除了能够应用于离心机、突破超临界技术研究的主要困难外，还可以应用于其它类型的超高速旋转机械设备当中，例如储能飞轮、小型燃气轮机、超高速电主轴等，对提升我国高速旋转机械设备的研发水平也具有非常好的借鉴意义。

主动阻尼技术应用于高速旋转机械当中，可以获得很好的减震、降噪和平稳超临界运行等效果，本项目在超临界离心机研究的背景下，结合已有磁轴承技术的研究经验，开展了主动磁阻尼与油膜阻尼一体化的主动电磁油膜混合阻尼技术的理论与实验研究。研究工作按计划开展并完成了电磁阻尼、油膜阻尼之间的频变关系与相互耦合机理的分析，探索并解决了关于电磁油膜阻尼器实现中必须要解决的若干基础理论问题，包括楔形油膜的理论分析模型建立、主动电磁阻尼控制算法实现、混合阻尼系统反馈控制的稳定性以及影响因素、系统模型的构建和设计优化的理论依据和方法等；实验研究工作方面也同步进行，快速完成了测试实验台的设计制造并开展必要的基础实验研究，在此基础上，在天津理化工程研究院的协助下，将该电磁油膜混合阻尼器应用于离心机模拟实验装置中，替换了原有的油膜阻尼器，实践表明在该混合阻尼器作用下，经过适当的控制参数调适，获得了平稳超临界运行的良好效果，并积累了大量宝贵的实验数据。.利用主动电磁阻尼的磁间隙形成油膜阻尼，二者结合不但发挥了各自在不同频率范围内的阻尼优势，还融合了主动阻尼与被动阻尼的共同作用，这种技术方案的研究在国内外还未查阅到相关的文献报道。本项目的研究证明了这一技术路线的可行性，研究成果除了能够应用于离心机、突破超临界技术研究的主要困难外，还可以应用于其它类型的超高速旋转机械设备当中，例如储能飞轮、小型燃气轮机、超高速电主轴等，对提升我国高速旋转机械设备的研发水平也具有非常好的借鉴意义。.本项目研究过程中，培养了博士生1人，参与相关研究工作的其他硕士研究生6人，发表研究论文共10篇，申报国家发明专利2项，相关研究工作在磁悬浮技术学术会议、国内的同位素分离年会、国际核电仪控研讨会等场合进行交流，其中国际核电仪控研讨会的交流论文2次获评为优秀会议论文。