刘磊
【摘 要】应用了电磁轴承的高速泵可以有效克服传统高速泵的缺点，如转速低、噪大、寿命短等。电磁轴承可以避免高速泵出现轴承失效的情况，延长高速泵使用时间，将其应用于高速泵中可以提高高速泵的运行安全性及稳定性，提高扬程和转速。文章简单分析立式高速泵中电磁轴承的应用。
【关键词】立式高速泵 电磁轴承 应用实践
电磁轴承具有传统滑动轴承、滚珠轴承等不可比拟的优势，它利用磁力作用把转子悬浮在空间中，转子与定子间并无接触的一种轴承。因为电磁轴承没有机械接触，转子的运转速度会大大提高，使用寿命长、能耗较低、磨损量小、无油污染等优势，在超净、真空及高速场合中尤为适用。本文从电磁轴承的安装结构以及性能上进行分析。
1 电磁轴承的安装结构及特点
1.1 电磁轴承的安装结构
把立式高速泵中的传统轴承改换为永磁混合电磁轴承，泵中的增速机也改为立式安装，其结构的形式是轴承两极传动，其中主轴使用电磁轴承。
1.2 安装结构特点
立式高速泵中运用电磁轴承解决了两大问题：轴承密封性和轴承不会再限制高速泵转速，防止轴承出现失效等问题。同时，立式高速泵的使用期限大大延长，有无摩擦、轴承无接触、转速高等优点。
2 电磁轴承工作原理分析
在转子无扰动的时候，磁铁产生磁场吸力情况下，转子悬浮在中间位置。因为其结构具有对称性，永磁磁通在转子左右的氣隙也是对等的，所以转子在磁极处的吸力是一样的。右扰动干扰平衡位置中的转子时，转子会向右移动，轴承的气隙出现变化，左右气隙的磁通也发生了改变，此时传感器能够检测出转子发生的位移，位移信号也成了控制信号，控制信号在功率放大器作用下转变成径向和轴向控制线圈所产生的电流，电流控制绕组会在磁铁贴心内部产生磁通控制力，和用磁力相加，实现了转子位置的调节，转子能够稳定悬浮在空间中。
3 阻尼特性与刚度
由此可知，在闭环结构下，位移和力之间的关系是动态变换的，表示为频率函数，也关系到控制器参数。
4 电磁轴承在立式高速泵中的应用分析
4.1 明确应用范围
为了进一步证明电磁轴承的实际应用性，以GL型立式高速泵为例，其扬程是191m，流量是3m3/h，电机功率是15kW，转速是6000/分，叶轮的出口宽度是0.015m，叶轮的直径是0.14m，以此来研究电磁轴承设计参数。传统开式叶轮的轴向力趋近于零，所以将研究重点放在径向力上。按照径向力公式可以得知F（刚度）=275N。立式高速泵的设计要求是Fxmax=Fymax=275N，磁感应度B为1T，气隙是0.4m，永久磁铁以稀土永磁材料为原料，控制线圈使用漆包线，直径确定为0.063mm。在电磁轴承设计时，Sxy≥550mm，以确保径向电磁力充足。
4.2 气蚀
气蚀对高速泵的害处较大。高速泵出现气蚀的时候，气泡连续发生破裂，并伴随着强烈的水击，叶轮的速度被改变，腐蚀过流物件，降低高速泵使用性能，扬程也随之降低，噪声以及振动加大。避免高速泵发生气蚀的条件为：
式子中：P0代表低压电压力；ρg和Pva代表在相应温度情况下，输送流体的蒸汽压力；ρg代表输送流体的密度；NPSHR代表气蚀余量，由上述式子得知：高速泵不出现气蚀情况，第一，提高可以使用的气蚀余量；第二，降低必需气蚀余量。气蚀余量和环境、装置有关，和转速无关，提高高速泵的安装高度或者减少吸入损失等方式均可以增加气蚀余量。
4.3 转速
电磁轴承安装后，轴承将不会再限制转速，改善了高速泵的使用效率，提高了转速。但转速提高之后，又产生了新的问题。转速超过6000r/分时，增速机就会出现噪声、振动等问题，影响其耐磨量以及使用寿命，所以高速泵的转速超过合理范围后，不但不能提高效率，反而会降低效率，这是因为叶轮的磨损和侵蚀造成的，高速泵的性能出现恶化，需要改善叶轮现有结构。叶轮外圆速度决定了立式高速泵的扬程，扩散管喉部面积决定了流量，在特定条件下，流速可以决定流量。电磁轴承安装之后，提高了泵转速和扬程，增加了泵流量。
5 立式高速泵中电磁轴承的应用问题
电磁轴承零部件多，控制系统复杂，要合理安排部件安装过程，综合考虑多种因素，反复进行试验研究。当前，电磁轴承承载力低，径向力较大的高速泵中应用电磁轴承，其稳定性会大打折扣。当电磁轴承处于高速运转状态时，不平衡荷载以及瞬态冲击的情况也会影响电磁轴承。
6 结语
安装电磁轴承之后，进一步弥补了高速泵的缺陷。电磁轴承克服了机械密封性频繁出现故障、轴承失效、轴承磨损严重等问题，文章对电磁轴承的安装结构、阻尼特性、刚度特性进行简要分析，阐述了电磁轴承的应用，所表现出来的稳定性较好，扬程较高。
参考文献：
[1]王其磊，杨逢瑜，杨倩，关红艳，陈君辉.电磁轴承在立式高速泵中的应用[J].排灌机械工程学报，2010（01）：88-92.
[2]孔繁余，柏宇星，冯子政.高速泵的研究现状[J].水泵技术，2014（04）：1-5.
