3 发展趋势
随着电子元件的集成化以及控制理论和转子动力学的发展,经过多年的研究工作,国内外对该项技术的研究都取得了很大 的进展。但是不论是在理论还是在产品化的过程中,该项技术都存在很多的难题,其中磁悬浮列车的技术难题是悬浮与推进以及一套复杂的控制系统,它的实现需要 运用电子技术、电磁器件、直线电机、机械结构、计算机、材料以及系统分析等方面的高技术成果。需要攻关的是组成系统的技术和实现工程化。最近美国科学家发 现有机塑料聚合物同时具有磁性和超导性能(10 K以下)如果这种材料能进一步提高超导温度,并代替金属磁体,将有助于超导磁悬浮列车的研究和实现远距离运营线路的辅设。悬浮磁轴承所需解决的难题则主要 表现在控制系统和满足转子轴系动力特性上。在重视控制系统研究的同时,着重研究系统的转子动力学分析,从而更有效的改进控制方法和策略;采用具有强鲁棒性 的滑模控制、模糊控制和神经网络控制等,实现对复杂转子动力学特性的控制。将磁悬浮轴承广泛应用于工业设备,一直是研究人员最终追求的目标。而成本过高在一定程度上限制了它的推广应用,因而实用性的研究将加强,它的产品化和标准化的步伐也将加快。到目前为止,它主要在三方面广泛应用,并证明了它无可估量的优越性。一是真空超净室技术:轴承 不存在任何机械磨损,因而也不会引起相关的污染,必要时甚至可以使磁场力透过容器壁发生作用而将轴承安排在真空容器外面;二是机床:主要优点是相对高承载 能力条件下能够保持高精度和高转速;三是透平机械和离心机:优点是能对振动以控制及阻尼,并获得预定动态性能。由于没有润滑剂,因此也就不需要密封,可进一步简化结构。
超导磁悬浮轴承的体积很小,却有很大的承载能力。这方面的研究进展在很大程度上依赖于超导材料的进展。高温超导陶 瓷材料由于其固有的属性及具体加工技术的原因,实际应用还十分有限。进入21世纪,日本科学家发现MgB2在近40 K的超导电性,接着我国科学家用Mg和超细硼粉在5 GPa,1 000℃条件下高压烧结30 min得到MgB2化合物,对磁化强度进行测量可以看到在39 K以上的陡峭的超导转变。测量电阻实验,显示了正常态的良好的导电性和超导转变,这表明高压合成手段对进一步研究新型金属间化合物超导体有促进作用。近来 研究结果表明MgB2具有许多高温超导体所不具备的优点,除了资源丰富,易于加工,材料成本低以外,MgB2的晶界远比高温超导体内晶界对超导 电流的限制小,因而能承受更高的电流密度,其相干长度长,磁性各向异性小。这些都意着MgB2在不久的将来能够成为有真正应用价值的超导体,超导磁悬浮 轴承的研究有望随之而产生较大的进展。
磁悬浮轴承面向电力工程的应用也具有广阔的前景,根据磁悬浮轴承的原理,研制大功率的磁悬浮轴承和飞轮储能系统以 减少调峰时机组启停次数;进行以磁悬浮轴承系统为基础的振动控制理论的研究,将其应用于汽轮机转子的振动和故障分析中;通过调整磁悬浮轴承的刚度来改变汽 轮机转子结构设计的思想,从而改善转子运行的动态特性,避免共振,提高机组运行的可靠性等,这些都将为解决电力工程中的技术难题提供崭新的思路。
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