磁悬浮无轴离心泵叶轮转子动力学特性

摘要

为了实现磁悬浮无轴离心泵在高速工况下的稳定悬浮,探究离心泵水力激振力对叶轮转子悬浮特性的影响.对于电机系统,采用虚位移方法构建电机处于转子偏心状态下的悬浮力数学模型并采用有限元法(FEM)进行验证;对于离心泵系统,应用计算流体力学(CFD)方法进行离心泵内部流场数值模拟,重点探究叶轮处于不同轴向、径向悬停位置下的水力激振力特性,同时探究叶轮在不同转速工况下的运行特性;结合现代控制理论中的矢量控制策略,在Matlab/Simulink环境下实现磁悬浮无轴离心泵叶轮转子的动态稳定悬浮.研究结果表明:在体积流量14 m3/h和扬程20 m的工况下,当电机在转速0~6000 r/min运行时,叶轮转子径向偏移小于250μm,远小于转子和定子间气隙4 mm,可见所建立的磁悬浮无轴离心泵系统能实现高可靠性的悬浮运行.