机构设置

磁轴承技术研究室(403室)

1、研究领域

磁轴承技术研究室(403室)是国内较早从事磁悬浮轴承研究的专业团队,在国内外具有较高的知名度和影响力,致力于研究适应如高温气冷堆等苛刻场景的高可靠高性能电磁轴承应用技术,研究领域包括:

➢磁轴承转子系统优化设计技术,包括结构,电磁,转子动力学等;

➢高精度高可靠抗干扰的传感器技术;

➢高集成高可靠的磁轴承电控系统;

➢电磁轴承先进控制方法,满足减振、跨临界、低功耗等要求;

➢磁轴承系统智能监测和诊断技术;

➢特种磁轴承技术,如超高温,耐腐蚀等。

2、实验室与设备

磁轴承技术研究室的实验室建筑面积约500平方米,共有实验测试设备100余台,主要包括高低温试验箱、轴承状态监测仪、抽真空及辅助系统、智能型雷击浪涌发生器、六度空间振动试验机等测试实验设备,配备有大间隙磁轴承、跌落实验测试台架、多轴承实验系统、磁轴承轴系实验装置等实验机组供研究用,以及供教学展示用的主氦风机展览台架、氦气透平发电系统、兆瓦级磁悬浮高速永磁电机等样机与演示设施。
实验室工程楼外景 实验室内景
国家“十二五”科技创新成就展展览台架 多轴承实验台架
兆瓦级磁悬浮高速永磁电机 高低温实验箱

3、学术成果

主要获奖

2020年 北京市高校青年教师基本功比赛三等奖

2019年 清华大学青年教师比赛一等奖

2018年 清华大学第十五届实验技术成果奖三等奖

2014年 教育部高校十大科技进展“高温气冷堆主氦风机工程样机研制”

主要研究成果

(1)高温气冷堆主氦风机工程样机

同小型的高温气冷实验堆相比,HTR-PM需要满足长期高可靠性和安全性的商业运行要求,对主氦风机的轴承支承要求更高。随着电磁轴承技术的发展,以及众多成功工业应用案例的证明,采用电磁轴承技术的主氦风机将是最可行的方案。因此,急需加快主氦风机电磁轴承国产化进程。

研究室针对高温气冷堆核电站示范工程HTR-PM主氦风机的结构、功能以及运行条件要求,对电磁轴承的多个核心技术进行深入研究和开发,包括研究电磁轴承的主动振动抑制控制技术、轴承-转子系统的复杂动力学行为、实时在线监测与故障诊断技术、现场电磁兼容性分析、辅助轴承的设计以及整体系统的可靠性等技术。通过小型试验台架和全尺寸工程样机的应用,全面评估自主研发的磁轴承、控制器、传感器、功率放大器等关键设备的性能与可靠性,进而通过系统的优化改进,标准化设计、工艺固化研究,全面掌握了电磁轴承从工程设计、生产制造,到试验调试和运行维护等技术,最终完成了产品化验证,实现了高温气冷堆核电站主氦风机用电磁轴承的国产化突破。该项成果荣获2014年教育部“高校十大科技进展”。

主氦风机工程样机 主氦风机工程样机氮气实验回路
主氦风机工程样机试验台

(2)氦气透平

在“高温气冷堆氦气透平发电系统”(HTR-10GT)中,氦气透平压缩机组工作于高温密闭氦气环境,机组转子需要越过两个挠性临界转速以达到工作转速15,000r/min。传统轴承难以满足核反应堆一回路特殊环境下对大型重载高速挠性转子的支承要求,因而采用磁轴承支承方式被认为是唯一现实可行的解决方案。由于磁轴承是一种新兴技术,国内外在大型工程中的应用实例为数不多,在核能领域里的应用国际上目前尚无先例,为保证氦气透平机组转子安全、可靠地运行,顺利通过二阶挠性临界转速,需要深入开展一系列相应的理论和试验研究。当今只有极少数几个国家在实验室条件下完成了过临界试验,而在大型工程应用中超越二阶挠性临界转速目前还是空白。

研究室集合结构设计、转子动力学分析、系统辨识、自动控制、传感器、电力电子技术等诸多学科的人才集中攻关,成功攻克了挠性转子在可控状态下超越二阶临界转速的难题,完成了氦气透平电磁轴承系统的设计与样机研制。


(3)电磁轴承自动检测技术

作为机电一体化的设备,磁轴承在调试、维护期间,需要对电气特性和机械结构进行检测,其中绝缘检测和间隙检测是两个主要的测试项。目前广泛使用的测试方法需要拆检,依靠人工测量,且误差较大,无法满足核电站现场调试过程中快速准确检测的需求。大幅缩短调试维护时间,降低成本,提高检测精度和测试结果鲁棒性,对磁轴承的工程应用具有重要的意义。

研究室自主研发了磁轴承自动检测技术,无需拆检,可以在不影响现有磁轴承主接线的情况下,实现对磁轴承绝缘状态的自动检测,和不额外增加传感器的前提下进行一键式多通道快速间隙检测,且误差精度控制在5%,完全满足工程需要,并已应用于高温气冷堆示范电站。

4、联系我们

时振刚 shizg@tsinghua.edu.cn
杨国军 yanggj@mail.tsinghua.edu.cn
最近更新:2024-04