船用磁悬浮制冷压缩机的发展及应用

李徐嘉

摘    要：舰船冷水机组普遍采用螺杆或活塞制冷压缩机，其不仅转速较低，而且转动频率及倍频振动加速度大。磁悬浮技术应用于制冷压缩机，工作过程中无任何摩擦，且主轴转速极高，可有效改善低频段振动和噪声。基于磁悬浮技术的特点和优势，希望能通过船用化研究实现舰船冷水机组振动和噪声的大幅度改善。

关键词：磁悬浮;冷水机组;振动;船用化

中图分类号：U664.5                                文献标识码：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

冷水机组是舰船空调通风系统的核心设备，它向各个舱室及武备机柜提供冷源，以保障舰员工作生活环境的舒适性和设备运行的可靠性。近年來，随着我国海军由近海防御向远洋护卫的战略性转变，对舰船设备国产化、隐身性、可靠性等提出了更高的要求。

振动指标关乎舰船隐身性能优劣，对舰船冷水机组振动指标的要求增加了1/3oct限值线的控制，从而更加贴合雷达探测技术的发展，尤其是对10Hz～315Hz低频段加大了控制力度。

目前我国舰船冷水机组普遍采用螺杆式或活塞式制冷压缩机，转速低，在转频10Hz～315Hz内转频振动和多个倍频振动大，且低频段减振难度大，受限于压缩机运转时机械接触摩擦，通过改善加工精度、装配工艺等手段取得的减振成效甚微。

基于海军对舰船冷水机组隐身性能要求的提升，结合当前行业现状，本文对磁悬浮技术船用化发展进行相关阐述。

2   磁悬浮技术原理

磁悬浮技术是集电磁、机械、传感、控制、以及转子动力学等多学科高度融合的交叉体。关键核心技术有高速电机、核心零件加工和控制技术。

磁悬浮系统如图1所示：位移传感器将检测到的转子位移信号输送给数字控制器;数字控制器根据一定的控制算法产生相应的控制信号并输送给功率放大器;功率放大器将得到的控制信号转换成控制电流给到电磁铁;电磁铁产生相应的控制力，使转子回到平衡位置。

磁悬浮轴承是利用电磁力将被支承件稳定悬浮在空间、使支承件与被支承件之间没有机械接触的一种高性能轴承。磁悬浮轴承系统由转子、电磁铁、位移传感器、轴承控制器组成，如图2所示。

采用磁悬浮系统取消了传统齿轮传动系统，压缩机运行无机械接触和摩擦，压缩机振动小、噪声低、体积小、重量轻;完全取消掉了润滑系统，能效更高;混合式磁悬浮轴承、一体化高精度位置传感器，实现了磁悬浮轴承的高精度控制，悬浮精度可达5μm，可靠性更高。

3   磁悬浮技术现状

3.1  国外现状

美国海军在高耗能装备大量上舰、全舰供冷能耗日益紧张的背景下，对其已装和未来装备的空调通风系统进行评估，同时规划了关键技术发展方向，于2007年完成了“二十一世纪美国海军战斗舰艇空调通风系统发展报告”，对增强系统整体高效节能运行能力提出了明确要求。