文摘

离心风机的运行效率影响通风系统的经济性。在本文中,我们提出了一个无级变速传动系统基于磁流变液和提高运营效率的形状记忆合金离心风机。传动转矩方程由磁流变流体推导计算力矩无级变速传动系统的传输能力。形状记忆合金弹簧执行机构是用来控制电流在线圈组。结果表明,温度的变化有巨大的影响在线圈组的电流,无级变速传动系统的传动扭矩变化迅速根据温度作用于形状记忆合金弹簧执行机构,和输出角速度的离心风机连续可调。

1。介绍

通风系统的重要组成部分在核电站离心式鼓风机扮演重要的角色,以确保通风系统可靠地运行。离心风机的运行效率影响通风系统的经济性。通风系统,流量或压力应及时根据工作条件改变,所以离心风机应该相应地调整其速度提高离心风机的运行效率。为了解决传统风机驱动的问题不能连续出口速度,一个磁流变(MR)无级变速传动系统是由形状记忆合金(SMA)提供。

液体先生和sma材料被称为智能材料的属性可以迅速变化在不同的外部条件。先生的屈服应力流体变化快速、可逆当外部磁场应用(1- - - - - -3]。液体先生是很有用的有效控制力矩和力的传递;他们可以用于离合器(4- - - - - -8],刹车[9,10],减震器[11,12)、阀门(13),等等。sma材料可能发生机械形状变化在相对较低的温度下,留住他们,直到加热,然后回到初始形状(14,15]。这使得sma材料独特的相对于其他智能材料,可用于致动器应用程序(16- - - - - -18]。

先生一个连续可变传动系统传递扭矩的剪切应力,流体从传动轴驱动壳。先生的无级变速传动系统属性,其传输转矩变化快速响应外部磁场。黄等。19]提出的可能性,应用液体先生变速传动。江et al。20.]给出一种新的self-pressurized结构磁流变液体(MRFCVT)与无级变速传动系统v工作差距。马等。21)派生的必要工作差距和体积流体先生先生风扇离合器基于流体性质,所需的控制力矩比、角速度和加载扭矩离合器。

摘要Herschel-Bulkley模型是用来描述的本构特征,流体应用磁场。无级变速传动系统的业务模型建立获得转矩的公式通过液体先生。提出了一种滑模SMA驱动器修改磁场作用于工作差距在热效应。的属性,详细研究了连续可变传动系统提供一种有效的方法提高离心风机的运行效率。

2。工作原理

先生先生的无级变速传动系统依赖于流体作为传输媒介传输扭矩。无级变速传动系统的工作原理,系统是由SMA驱动的图所示1。传动轴和传动盘计划成员,外壳是一个驱动。项目成员定速度,旋转 。先生流体填充工作传动盘和外壳之间的差距。壳是加入离心风机。先生在没有磁场的情况下,流体流动,所以它只是一个很小的粘性力矩传递力矩。然而,磁通路径时形成的电流是励磁线圈接通。因此,磁性粒子在流体先生聚集形成连锁结构,磁通路径的方向。这些连锁结构限制,流体的运动,从而增加流体的剪切应力。当剪切应力足够大时,主动和成员可以完成同步旋转驱动。


图1
工作原理的无级变速传动系统。

流体先生的屈服强度是磁场强度的函数(1),从而通过改变磁场强度,MR流体的剪切应力可以调整。先生的扭矩传输系统和输出转速的无级变速传动系统驱动外壳可以被不同的调制电流线圈。线圈的电流可以调节滑模SMA驱动器,改变了滑动距离根据温度作用于SMA弹簧,如图2。SMA螺旋弹簧的工作原理与传统的钢弹簧(这里称为“偏置”春)。在低温下,钢弹簧能够完全改变SMA弹簧压缩长度。提高SMA弹簧的温度时,它的扩张,压缩钢铁春天和推杆。


图2
SMA驱动器的工作原理。

3所示。SMA和流体的性质

最常用的SMA驱动器的元素是螺旋弹簧,这种形式产生很大的位移。任何物质产生的力,弹簧在给定偏转线性取决于材料的剪切模量。sma材料表现出温度对材料剪切模量的依赖。sma材料的剪切模量与温度之间的关系是由 在哪里 SMA的剪切模量, 是温度, , , , 的开始和结束转换温度是马氏体和奥氏体,分别 和 分别是马氏体和奥氏体的剪切模量。当 在没有压力,剪切模量的SMA大约可以表示为:

在加热的过程中, , ;在冷却的过程中, , 。

液体先生表现出一种可控剪切屈服压力如行为,即磁场横向流的应用程序创建了一个流动阻力的增加而越来越磁场。以适应剪切稀释先生观察到液体,Herschel-Bulkley模型(22)可以用来描述先生流体的流动行为: 在哪里 总先生的剪切应力是液体, 造成的屈服强度应用磁场, 是先生流体的剪切速率, , 是常数。Herschel-Bulkley模型的常数 , 和功能 从实验经验确定。

4所示。分析SMA弹簧执行机构

提出的方案执行机构与aSMA春天和常规钢against-spring如图2低温,SMA弹簧的压缩和加热后将推动驱动。

剪切应力的表达式aSMA春天是形容 在这里,轴向载荷 , 的平均直径是春天, 代表了焊丝直径, 是弹簧指数, , 被称为Wahl校正因子应用:

压缩长度之间的关系 和剪切应变 给出了SMA弹簧 在哪里 在春天是匝数。

致动器的线径可以获得(4可接受的值 从3 - 12:

弹簧的圈数可以获得(6): 在哪里 代表执行机构的行程, 在高、低温度下的应变差异:

对SMA弹簧执行机构图2,轴向载荷 与SMA弹簧的压缩长度有关系吗 如下: 在哪里 , , 是轴向载荷,压缩长度和SMA弹簧的剪切模量温度 分别 , , 是轴向载荷,压缩长度、低温和SMA弹簧的剪切模量,分别 高温时的轴向载荷, SMA弹簧执行机构的输出位移:

SMA弹簧执行机构的输出位移可以获得(1),(2),(6),(10)和(11):

5。分析传输转矩

图3显示先生流体的流动行为在工作传动盘和外壳之间的差距。为了确定传动盘和壳牌之间的流体,给出以下假设:流体是不可压缩的。没有在径向和轴向流动,但只有切向流。先生流体的流速是半径的函数。先生的厚度方向流体的压力是恒定的。磁场的强度差距的激活区域分布。


图3
循环流动模式之间的流体先生两个平行的光盘。

先生的角速度流体在工作间隙可以获得如下。

在的范围 , :

在的范围 :

流体剪切应变率(3)可以近似:

在距离microunit 位置围成一个圈,microshear扭矩单位对盘如下:

总传输转矩:

应用无级变速传动系统的边界条件: ,在 和 ; ,在 和 ; ,在 ; ,在 。传输扭矩可以实现(13),(13 b),(14),(15)和(16):

6。计算结果和讨论

图4显示的关系,从实验中,获得动态屈服应力和磁场强度之间的流体先生对一个典型。从图我们可以发现,动态屈服应力正比于磁场强度的平方。流体先生展品0 ~ 30 kPa的动态屈服应力的应用磁场强度0 ~ 175坎普/ m。先生的极限强度磁饱和流体是有限的。结果表明,应用磁场强度的增加,动态屈服应力迅速上升。


图4
屈服应力与磁场强度。

根据(12)和(2),温度的影响在SMA弹簧执行机构的输出位移可以分析,显示如图5。在这项研究中,ti - 49.8。使用%倪SMA丝,其开始和结束的马氏体和奥氏体相变温度 = 78°C, = 50°C, = 74°C = 95°C,分别。马氏体和奥氏体的剪切模 = 7.5的绩点, = 25 GPa,分别。SMA弹簧的轴向负荷低,温度高 = 15 N和 分别= 40 N。执行机构的行程 = 20毫米。假设低温剪切应变 = 1.5%,弹簧指数的价值 。SMA弹簧的线径的致动器可以获得(7)是 = 1.7毫米,将可获得的数量(8)是 。如图5SMA弹簧执行机构的输出位移随温度的增加,可以由温度控制。


图5
输出位移和温度。

根据(17),磁场强度的影响在传输扭矩先生的无级变速传动系统进行了分析,如图6。典型的粘度流体先生0.042 Pa·s。传输转矩主要由磁流变液的屈服应力和粘度扭矩很小,因此可以假定 , Pa。年代Herschel-Bulkley模型。几何参数无级变速传动系统的内半径 毫米,外半径 毫米, 嗯,工作间隙 = 1毫米, = 4毫米。最大输入角速度 rad / s。传输扭矩是72.5 N·m, 130.4 N·m, 173.1 N·m和212.8 N·m的磁场强度50坎普/ m, 100坎普/ m, 150坎普/ m,分别和200年坎普/ m。结果表明,随着磁场强度的增加传输扭矩增加。


图6
传动扭矩在不同磁场强度下。

输出角速度和各种温度如图7。假设主的扭矩可以从经验公式计算 约,励磁线圈的电流增加0.1推杆的SMA驱动器继续1毫米,和励磁线圈产生的磁场强度增加10坎普/ m。结果表明,随着温度的增加,输出角速度增加。


图7
输出角速度和温度。

7所示。结论

无级变速传动系统的设计方法,系统由SMA驱动的研究理论。传动转矩方程由流体先生。无级变速传动系统的传动扭矩在不同磁场强度进行了分析。SMA弹簧执行机构的目的是控制无级变速传动系统的传动扭矩。传输系统的输出角速度和温度进行了分析。应用磁场强度的增加,无级变速传动系统的传动扭矩增加。SMA弹簧执行机构的输出位移由温度控制。传输系统的输出角速度随温度的增加作用于SMA驱动器,迅速和自适应。

确认

这项工作是支持的项目支持的51175532中国国家自然科学基金重点项目2011 ba4028 CQ CSTC自然科学基金项目的支持。