1. Wprowadzenie silnika o dużej prędkości

Silniki szybkoobrotowe zwykle odnoszą się do silników o prędkości większej niż 10 000 obr/min.Szybki silnik ma niewielkie rozmiary i można go bezpośrednio połączyć z obciążeniami o dużej prędkości, eliminując potrzebę stosowania tradycyjnych mechanicznych urządzeń zwiększających prędkość, redukując hałas systemu i poprawiając wydajność transmisji systemu.Obecnie głównymi, które z powodzeniem osiągnęły dużą prędkość, są silniki indukcyjne, silniki z magnesami trwałymi i silniki reluktancyjne z przełączaniem.

Głównymi cechami silników szybkoobrotowych są duża prędkość wirnika, wysoka częstotliwość prądu uzwojenia stojana i strumienia magnetycznego w żelaznym rdzeniu, duża gęstość mocy i duża gęstość strat.Te cechy decydują o tym, że w przypadku silników o dużej prędkości kluczowe technologie i metody projektowania różnią się od technologii i metod projektowania silników o stałej prędkości, a stopień trudności w projektowaniu i produkcji jest często dwukrotnie większy niż w przypadku silników o zwykłej prędkości.

Obszary zastosowań silników szybkoobrotowych:

(1) Silniki szybkoobrotowe są stosowane w różnych zastosowaniach, takich jak sprężarki odśrodkowe w klimatyzatorach lub lodówkach.

(2) Wraz z rozwojem pojazdów hybrydowych w przemyśle motoryzacyjnym, wysokoobrotowe generatory o małych rozmiarach i niewielkiej masie zostaną w pełni docenione i będą miały dobre perspektywy zastosowania w pojazdach hybrydowych, lotnictwie, statkach i innych dziedzinach.

(3) Szybki generator napędzany turbiną gazową ma niewielkie rozmiary i dużą mobilność.Może służyć jako zapasowe źródło zasilania dla niektórych ważnych obiektów, a także jako niezależne źródło zasilania lub mała elektrownia w celu uzupełnienia braku scentralizowanego zasilania i ma ważną wartość praktyczną.

Szybki silnik z magnesami trwałymi

Silniki z magnesami trwałymi są preferowane w zastosowaniach wymagających dużych prędkości ze względu na ich wysoką wydajność, wysoki współczynnik mocy i szeroki zakres prędkości.W porównaniu z silnikiem z magnesami trwałymi z wirnikiem zewnętrznym, silnik z magnesami trwałymi z wirnikiem wewnętrznym ma zalety małego promienia wirnika i dużej niezawodności i stał się pierwszym wyborem dla silników o dużej prędkości.

Obecnie wśród szybkich silników z magnesami trwałymi w kraju i za granicą, w Stanach Zjednoczonych badany jest szybki silnik z magnesami trwałymi o największej mocy.Moc wynosi 8MW, a prędkość 15000r/min.Jest to montowany powierzchniowo wirnik z magnesami trwałymi.Osłona ochronna wykonana jest z włókna węglowego, a układ chłodzenia przyjmuje kombinację chłodzenia powietrzem i wodą, która jest stosowana w silnikach szybkoobrotowych współpracujących z turbinami gazowymi.

Szwajcarski Federalny Instytut Technologii w Zurychu zaprojektował szybki silnik z magnesami trwałymi o najwyższej prędkości.Parametry to 500000 obr/min, moc 1kW, prędkość linii 261m/s, zastosowano tuleję ochronną ze stopu.

Krajowe badania nad szybkimi silnikami z magnesami trwałymi koncentrują się głównie na Uniwersytecie Zhejiang, Uniwersytecie Technologicznym w Shenyang, Uniwersytecie Technologicznym w Harbin, Instytucie Technologii w Harbin, Uniwersytecie Xi'an Jiaotong, Nanjing Aerospace Motor, Uniwersytecie Południowo-Wschodnim, Uniwersytecie Beihang, Uniwersytecie Jiangsu, Uniwersytet Jiaotong w Pekinie, Uniwersytet Technologiczny w Guangdong, CSR Zhuzhou Electric Co., Ltd. itp.

Przeprowadzili odpowiednie prace badawcze dotyczące charakterystyki projektowej, charakterystyki strat, obliczeń wytrzymałości i sztywności wirnika, projektu układu chłodzenia i obliczeń wzrostu temperatury silników szybkoobrotowych, a także wyprodukowali prototypy dużych prędkości o różnych poziomach mocy i prędkościach.

Główne kierunki badań i rozwoju silników wysokoobrotowych to:

Badania kluczowych zagadnień silników wysokoobrotowych dużej mocy i silników ultraszybkich;projektowanie sprzęgieł w oparciu o multifizykę i multidyscyplinę;badania teoretyczne i weryfikacja eksperymentalna strat stojana i wirnika;materiały z magnesami trwałymi o dużej wytrzymałości i odporności na wysoką temperaturę, wysoką przewodność cieplną. Rozwój i zastosowanie nowych materiałów, takich jak materiały włókniste;badania nad wysokowytrzymałymi materiałami i konstrukcjami do laminowania wirników;zastosowanie łożysk szybkoobrotowych przy różnych poziomach mocy i prędkości;projektowanie dobrych systemów odprowadzania ciepła;rozwój systemów sterowania silnikami dużych prędkości;spełnienie wymagań industrializacji Nowa technologia obróbki i montażu wirników.