船用磁懸浮制冷壓縮機的發(fā)展及應(yīng)用

李徐嘉

摘? ? 要：艦船冷水機組普遍采用螺桿或活塞制冷壓縮機，其不僅轉(zhuǎn)速較低，而且轉(zhuǎn)動頻率及倍頻振動加速度大。磁懸浮技術(shù)應(yīng)用于制冷壓縮機，工作過程中無任何摩擦，且主軸轉(zhuǎn)速極高，可有效改善低頻段振動和噪聲。基于磁懸浮技術(shù)的特點和優(yōu)勢，希望能通過船用化研究實現(xiàn)艦船冷水機組振動和噪聲的大幅度改善。

關(guān)鍵詞：磁懸浮;冷水機組;振動;船用化

中圖分類號：U664.5? ??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A

Development and application of marine magnetic suspension refrigeration compressor

LI Xujia

（ Guangzhou Office of Naval Equipment Department， Guangzhou 510250 ）

Abstract： Screw or piston refrigeration compressor is commonly used in marine water chillers， which has a low rotating speed and large vibration acceleration of rotation frequency and frequency multiplication. The measured vibration acceleration level of screw chillers ranges from10Hz to 315Hz， and it is difficult to reduce vibration in low frequency band. Little effect has been achieved by improving machining precision and assembly technology. Maglev technology is applied to refrigeration compressor，? without any friction in the working process， and the rotating speed of the main shaft is extremely high， the rotating frequency is much higher than 315Hz， which can effectively improve low-frequency vibration and noise. Based on the characteristics and advantages of maglev technology， it is hoped that the vibration and noise of marine water chillers can be greatly improved through marinization research.

Key words： Magnetic levitation; Water chilling unit; Vibration; Marinization

1? ? 引言

冷水機組是艦船空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的核心設(shè)備，它向各個艙室及武備機柜提供冷源，以保障艦員工作生活環(huán)境的舒適性和設(shè)備運行的可靠性。近年來，隨著我國海軍由近海防御向遠洋護衛(wèi)的戰(zhàn)略性轉(zhuǎn)變，對艦船設(shè)備國產(chǎn)化、隱身性、可靠性等提出了更高的要求。

振動指標關(guān)乎艦船隱身性能優(yōu)劣，對艦船冷水機組振動指標的要求增加了1/3oct限值線的控制，從而更加貼合雷達探測技術(shù)的發(fā)展，尤其是對10Hz～315Hz低頻段加大了控制力度。

目前我國艦船冷水機組普遍采用螺桿式或活塞式制冷壓縮機，轉(zhuǎn)速低，在轉(zhuǎn)頻10Hz～315Hz內(nèi)轉(zhuǎn)頻振動和多個倍頻振動大，且低頻段減振難度大，受限于壓縮機運轉(zhuǎn)時機械接觸摩擦，通過改善加工精度、裝配工藝等手段取得的減振成效甚微。

基于海軍對艦船冷水機組隱身性能要求的提升，結(jié)合當(dāng)前行業(yè)現(xiàn)狀，本文對磁懸浮技術(shù)船用化發(fā)展進行相關(guān)闡述。

2? ?磁懸浮技術(shù)原理

磁懸浮技術(shù)是集電磁、機械、傳感、控制、以及轉(zhuǎn)子動力學(xué)等多學(xué)科高度融合的交叉體。關(guān)鍵核心技術(shù)有高速電機、核心零件加工和控制技術(shù)。

磁懸浮系統(tǒng)如圖1所示：位移傳感器將檢測到的轉(zhuǎn)子位移信號輸送給數(shù)字控制器;數(shù)字控制器根據(jù)一定的控制算法產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號并輸送給功率放大器;功率放大器將得到的控制信號轉(zhuǎn)換成控制電流給到電磁鐵;電磁鐵產(chǎn)生相應(yīng)的控制力，使轉(zhuǎn)子回到平衡位置。

磁懸浮軸承是利用電磁力將被支承件穩(wěn)定懸浮在空間、使支承件與被支承件之間沒有機械接觸的一種高性能軸承。磁懸浮軸承系統(tǒng)由轉(zhuǎn)子、電磁鐵、位移傳感器、軸承控制器組成，如圖2所示。

采用磁懸浮系統(tǒng)取消了傳統(tǒng)齒輪傳動系統(tǒng)，壓縮機運行無機械接觸和摩擦，壓縮機振動小、噪聲低、體積小、重量輕;完全取消掉了潤滑系統(tǒng)，能效更高;混合式磁懸浮軸承、一體化高精度位置傳感器，實現(xiàn)了磁懸浮軸承的高精度控制，懸浮精度可達5μm，可靠性更高。

3? ?磁懸浮技術(shù)現(xiàn)狀

3.1? 國外現(xiàn)狀

美國海軍在高耗能裝備大量上艦、全艦供冷能耗日益緊張的背景下，對其已裝和未來裝備的空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)進行評估，同時規(guī)劃了關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展方向，于2007年完成了“二十一世紀美國海軍戰(zhàn)斗艦艇空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)發(fā)展報告”，對增強系統(tǒng)整體高效節(jié)能運行能力提出了明確要求。