不銹鋼磁力泵的結(jié)構(gòu)及工作原理

《不銹鋼磁力泵的結(jié)構(gòu)及工作原理》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。

1、不銹鋼磁力泵的結(jié)構(gòu)及工作原理中國泵業(yè)網(wǎng)1.不銹鋼磁力泵的結(jié)構(gòu)及工作原理內(nèi)磁轉(zhuǎn)子與葉輪一起固定在泵軸;外磁轉(zhuǎn)子與電機(jī)相連接。在電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下，外磁轉(zhuǎn)子做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。因?yàn)橥獯呸D(zhuǎn)子與內(nèi)磁轉(zhuǎn)子相互之間的磁作用力，使得內(nèi)磁轉(zhuǎn)子帶動(dòng)葉輪一起旋轉(zhuǎn)。2.Halbach陣列先容20世紀(jì)80年代，美國勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室KlausHalbach教授提出了一種永磁體陣列Halbach陳列。隨后的10年里，Halbach陣列被很多研究機(jī)構(gòu)接踵應(yīng)用于粒子加速器，自由電子激光裝置，同步輻射裝置，真空設(shè)備，磁懸浮技術(shù)等高能物理領(lǐng)域?；诋?dāng)前的出產(chǎn)加工工藝，要獲得理想Halbach陣列需要整體環(huán)形充磁。因?yàn)槔矛F(xiàn)有的

2、技術(shù)對整體工藝還不夠完善，因此在絕大多數(shù)的工程應(yīng)用領(lǐng)域中，都采用分段拼裝方式的分段式Halbach陣列。Halbach陣列使得陣列的內(nèi)部磁場加強(qiáng)，同時(shí)陣列的外部磁場得到削弱。同理，通過磁體的不同排列，可以得到外部磁場加強(qiáng)，內(nèi)部磁場削弱的陣列。內(nèi)磁轉(zhuǎn)子采用這種陣列，可以加強(qiáng)磁力傳念頭構(gòu)的氣隙磁場強(qiáng)度，進(jìn)而達(dá)到增大磁傳念頭構(gòu)傳遞轉(zhuǎn)矩的目的。3.幾何模型的建立及材料屬性磁極為24極。Rl=35mm,R2=45mm，R3=55mm，R4=58mm，R5=68mm，R6=78mm.內(nèi)，外輒鐵的磁導(dǎo)率取4000H/m;磁體磁導(dǎo)率取l.lH/m,矯頑力取Hc=870000A/m;空氣的磁導(dǎo)率取2.

3、磁場力與轉(zhuǎn)矩的計(jì)算方法4.1電磁場基本方程麥克斯韋方程組是支配所有宏觀磁現(xiàn)象的一組基本控制方程。巾以下4個(gè)微分方程組成：D=vE=-BtB=OH=J+Dt式中：D為電位移（或稱電通密度），C/m2;v為單位體積中的電荷，即電荷體密度;E為電場強(qiáng)度，V/m;B為磁感應(yīng)強(qiáng)度（或稱磁通密度），T;H為磁場強(qiáng)度，A/m;J為電流密度，A/m2o以上4個(gè)微分方程也分別稱為：高斯電通定律，法拉第電磁感應(yīng)定律，高斯磁通定律以及安培環(huán)路定律（或稱全電流定律）。以上的微分方程并不能得到確定的解，還有與材料相關(guān)的本構(gòu)方程（或稱電磁機(jī)能關(guān)系式）：D=EB=H在電源以外區(qū)域，有：J=E式中：，和分別為介電常

4、數(shù)，F(xiàn)/m,磁導(dǎo)率，H/m,電導(dǎo)率，S/m.4.2力與轉(zhuǎn)矩的計(jì)算經(jīng)典電磁理論提供了麥克斯韋應(yīng)力法，虛位移法等解析計(jì)算方法等。4.2.1麥克斯韋應(yīng)力法經(jīng)由右限元分析，通過已經(jīng)得到個(gè)單元的磁感應(yīng)強(qiáng)度和磁場強(qiáng)度，只有適當(dāng)選定封鎖曲面，通過上式就可求出作用在S面所包抄磁性體上的協(xié)力及轉(zhuǎn)矩。4.2.2虛位移法根據(jù)虛功原理，當(dāng)磁場能量用磁鏈表示時(shí)，處于磁場中的物體受到的作用力及轉(zhuǎn)矩可由下式計(jì)算：fg—Wmgl40磁力泵Halbach陣列傳念頭構(gòu)有限元分析叢小青王利偉白濱等M=-Wm#式中：Wm為所研宄系統(tǒng)的磁場能量;g為廣義坐標(biāo);#為角度坐標(biāo)。當(dāng)媒介為線性時(shí)有：Wm=12#vHBdv+12sHA

5、ds5數(shù)值模擬數(shù)值模擬過程為二維瞬態(tài)磁場分析，利用Ansoft有限元分析軟件來進(jìn)行模擬計(jì)算。麥克斯韋方程組通過簡化可以得到二維瞬態(tài)磁場的計(jì)算方程:vA=J-At-v+Hc式中：He為永磁體的矯頑力;v為運(yùn)動(dòng)物體的速度;A為磁矢量;J為電流密度。模擬過程保持外磁轉(zhuǎn)子固定，使內(nèi)磁轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)來計(jì)算內(nèi)磁轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)矩大小。此模擬去除了隔離套，只考慮磁轉(zhuǎn)子的傳動(dòng)效應(yīng)。而只有隔離套的渦流損失與滾動(dòng)速度有關(guān)，因此模擬過程中內(nèi)磁轉(zhuǎn)子的滾動(dòng)速度可以任意設(shè)定，不會(huì)對轉(zhuǎn)矩的大小有影響。這里，我們設(shè)其轉(zhuǎn)速為360/s.瞬態(tài)計(jì)算總時(shí)間為Is,每0.001s做一次求解。對內(nèi)，外軛鐵施加磁通量平衡前提。2.模擬結(jié)果及分

6、析分別對傳統(tǒng)陣列，緊密陣列和Halbach陣列進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，采用Ansoft商用軟件的二維瞬態(tài)分析模塊。5.1傳統(tǒng)陣列傳統(tǒng)陣列內(nèi)磁轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)矩的變化曲線圖，取其一個(gè)變化周期。對于傳統(tǒng)陣列，一個(gè)變化周期的轉(zhuǎn)角為30.從轉(zhuǎn)矩圖可以看出第一個(gè)最大轉(zhuǎn)矩絕對值為T=4380Nm/m，其轉(zhuǎn)角為7.5（即實(shí)際工作中內(nèi)外磁轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)角差為7.5）。對于磁力滾念頭構(gòu)的實(shí)際工作情況，取磁塊軸向長度L=40mm，則實(shí)際傳動(dòng)最大轉(zhuǎn)矩值Tmax=TL=175.2Nm.5.2緊密陣列取一個(gè)變化周期。一個(gè)變化周期的轉(zhuǎn)角為60.第一個(gè)最大轉(zhuǎn)矩絕對值處的位移角為15,轉(zhuǎn)矩值為4720Nm/m，對于磁力滾念頭構(gòu)的實(shí)際工作情況

7、，取磁塊長度為40mm，則實(shí)際傳動(dòng)最大轉(zhuǎn)矩值為188.8Nm.圖8緊密陣列轉(zhuǎn)矩變化曲線（取一個(gè)周期）5.3Halbach陣列（每極4段）一個(gè)變化周期的轉(zhuǎn)角為60.第一個(gè)最大轉(zhuǎn)矩絕對值泛起在轉(zhuǎn)角差為15處，轉(zhuǎn)矩值為5400Nm/m，取磁塊長度為40mn，則實(shí)際工作的最大轉(zhuǎn)矩為216Nm.Halbach陣列（每極4段）轉(zhuǎn)矩變化曲線（取一個(gè)周期）5.4分析目前，磁力泵傳念頭構(gòu)主要使用傳統(tǒng)陣列和緊密陣列。從模擬結(jié)果來看緊密陣列與傳統(tǒng)陣列比擬，緊密陣列只有約7.8%