針對離心機用高速永磁電動機轉(zhuǎn)子強度分析問題，基于彈塑性力學(xué)理論，推導(dǎo)了高速轉(zhuǎn)子強度設(shè)計的解析表達(dá)式，給出明確的應(yīng)力評判準(zhǔn)則;同時在過盈量計算過程中，考慮溫度因素影響，研究一套有效的高速轉(zhuǎn)子過盈量計算和護(hù)套最小厚度計算方法。以一臺額定轉(zhuǎn)速40000r/min的永磁同步電機為分析對象，采用解析法和有限元法分別計算了合金護(hù)套、永磁體的徑向應(yīng)力、切向應(yīng)力和等效應(yīng)力，兩種方法的計算結(jié)果最大偏差在2%以內(nèi)，滿足工程應(yīng)用要求。超速試驗結(jié)果表明，根據(jù)該方法設(shè)計的高速永磁轉(zhuǎn)子具有足夠的機械強度。
關(guān)鍵詞: 冷凍離心機；高速永磁電動機; 過盈配合; 合金護(hù)套; 強度分析; 超速試驗
高速永磁電動機由于具有功率密度高、體積小、效率高等諸多優(yōu)點，成為離心機壓縮機用電動機的首選。高速轉(zhuǎn)子用釹鐵硼，機械強度低，高速旋轉(zhuǎn)易造成磁鋼爆裂，需對磁鋼進(jìn)行外在特殊的保護(hù)設(shè)計。當(dāng)前，比較成熟的措施為非金屬碳纖維護(hù)套和高強度非導(dǎo)磁合金護(hù)套，其中碳纖維護(hù)套基本消除了護(hù)套中的渦流損耗，在降低轉(zhuǎn)子損耗方面有顯著優(yōu)勢。但是，用于制冷離心機的高速轉(zhuǎn)子長期處于冷媒環(huán)境中，這些制冷劑對碳纖維護(hù)套中的固化樹脂有一定的腐蝕作用，對其長期可靠性產(chǎn)生不利影響。因此，目前制冷離心機用高速轉(zhuǎn)子多采用工藝制作簡單的高強度非導(dǎo)磁合金護(hù)套。采用合金保護(hù)套的轉(zhuǎn)子會在護(hù)套中產(chǎn)生較大的渦流損耗，同時離心機運行在高壓差、高溫制冷等惡劣工況時，電機發(fā)熱更加嚴(yán)重，轉(zhuǎn)子溫度過高，引起轉(zhuǎn)子配合過盈量減小，造成轉(zhuǎn)軸強度、剛度下降，極易導(dǎo)致轉(zhuǎn)子失效。因此，在進(jìn)行高速轉(zhuǎn)子強度設(shè)計時，必須考慮溫度的影響。目前，相關(guān)文獻(xiàn)僅進(jìn)行了解析推導(dǎo)，并未考慮溫度影響，或者僅是簡單的溫度補償，并未給出詳細(xì)的計算方法。此 外，合金護(hù)套厚度也是至關(guān)重要的一個參數(shù)，護(hù)套過厚，則成本、護(hù)套上的損耗等都會增加; 而護(hù)套過薄，則機械強度會下降。如何合理設(shè)計護(hù)套厚度，目前也極少有文獻(xiàn)報道。本文對高速轉(zhuǎn)子強度設(shè)計進(jìn)行了詳細(xì)的解析推導(dǎo)，并考慮溫度因素，給出了有效的裝配過盈量計算方法; 同時從機械強度方面，給出了護(hù)套最小厚度計算方法; 最后，通過有限元法和超速試驗，驗證了理論方法的正確性。
上海安亭科學(xué)儀器廠在本文基于一臺40000r/min的高速永磁電動機，進(jìn)行了詳細(xì)的理論推導(dǎo)和仿真實驗研究，可得出以下結(jié)論:
1) 采用解析法和有限元法計算磁鋼和護(hù)套的各種應(yīng)力均有較高的一致性，而在沿軸向位置，兩種方法計算結(jié)果有一定偏差，最大偏差在2%以內(nèi)，滿足工程計算要求，可以忽略;
2) 考慮溫度因素影響，提出一套有效的高速轉(zhuǎn)子過盈量計算方法，即在該計算過程中加入溫度補償環(huán)節(jié)，通過迭代計算便可直接輸出裝配過盈量;
3) 給出該類高速轉(zhuǎn)子護(hù)套和磁鋼的應(yīng)力評判準(zhǔn)則，并給出護(hù)套最小厚度的設(shè)計方法，為電磁、結(jié)構(gòu)綜合優(yōu)化提供依據(jù)。
以上內(nèi)容僅供大家參考。
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