旋转机械电磁式平衡执行装置磁路优化分析.pdfVIP

第52卷第1期化工机械101

D0I:10.20031/ki.0254-6094.202501013

旋转机械电磁式平衡执行装置磁路优化分析

潘鑫张皓宇冯睿杰马威龙ab

（北京化工大学a.高端压缩机及系统技术全国重点实验室；b.高端机械装备健康监控与自愈化北京市重点实验室）

摘要研究在线自动平衡系统中的平衡执行装置，介绍了电磁式平衡执行装置的结构组成和平衡原

理；对其进行磁路问题分析并提出优化改进措施，建立有限元模型进行仿真分析；在磨床实验台上测试

平衡执行装置所需驱动电压，驱动电压由70V降低至40V，下降42.8%，验证了磁路优化的有效性；最

后在磨床实验台上进行自动平衡实验，测试平衡执行装置性能，该平衡执行装置可以将不同幅值和相位

的振动均抑制至1μm以下。

关键词电磁式平衡执行装置磁路优化Maxwell有限元分析实验验证

中图分类号TH113文献标志码A文章编号0254-6094(2025)01-0101-06

不平衡故障作为旋转机械最常见、最主要的的整体性能[10,]。国产在线自动平衡系统的研发

故障，主要由不平衡的质量分布引起，如转子由对于打破国外产品的封锁垄断，提升我国高端装

于不同程度的腐蚀、结垢或磨损等工况原因导致备工作可靠性、运行稳定性、延长设备使用寿命

本身质量不平衡，产生不期望的离心力，进而引具有重要意义[12]。

发强烈振动[1,2]。而这些腐蚀、结垢或磨损又是在针对国产在线自动平衡系统中的执行装置

工作过程中无法避免的正常现象，对设备的工作进行相关分析，在现有电磁式平衡执行装置的基

效率、使用寿命等产生严重的负面影响[3]。础上，对其进行磁路优化分析，提升了执行装置

随着“工业4.0”和“智能制造2025”的推广，具磁场传递效率，通过驱动电压测试实验验证了优

备状态监测、振动控制及健康状态自维护等功能化措施的有效性，通过自动平衡实验验证了平衡

的在线自动平衡系统将成为旋转机械未来的发执行装置的可行性。

展方向[4-6]。在线自动平衡系统已被国内外公认为1执行装置驱动原理

1.1

是可实时抑制旋转机械不平衡振动的有效解决执行装置结构介绍

方案之一。国外生产的在线自动平衡系统技术已电磁式执行装置由跟随转子系统旋转的动

经成熟，相关产品有美国SBS电机式自动平衡系环和保持静止的静环组成，如图1所示。动环与静

统、德国Hofmann电磁式自动平衡系统等，在国外环之间安装有轴承，以确保相对旋转。执行装置

高档磨床上已正式应用该技术，抑振效果显著，的动环部分包括一个动环外壳、两个外励磁环、

保证了设备的正常运行工况[7-9]。国产在线自动平两个内励磁环、两个带配重块的配重盘以及相应

衡系统目前还处于研发期，其模块较为复杂，包的紧固件等。执行装置的静环部分包括一个中心

括测控模块-测控器、驱动模块-电源箱、执行模定子、两个励磁骨架、两个线圈、用于集成导线的

块-执行装置等，每个模块的性能都会影响系统航插支架及相应的紧固件等。用于产生磁场的线

基金项目：国家自然科学基金（批准号资助的课题；北京市自然科学基金（批准号：3212010)资助的课

题。

作者简介：潘鑫（1978-），教授，从事高端机械装备的故障诊断及振动仿生自愈调控技术工作，panxinbuct@163.com。

引用本文：潘鑫，张皓宇，冯睿杰，等.旋转机械电磁式平衡执行装置磁路优化分析[J].化工机械，2025,52(1：101-

106.

102化工机械2025年

圈安装在励磁骨架上，从轴向两侧引出并焊接在执行装置通过航插与测控模块和供电模块相连

外侧的航插上。霍尔传感器等合理布置在静环上接，实现在线自动平衡系统的信号传输与指令控

用于检测两侧配重盘的相位及转子转速等参数。制。