课题组在磁悬浮流体机械规范标准领域相关工作以“基于API617的磁悬浮流体机械振动与稳定性评估”为题目发表于期刊《西南交通大学学报》。课题组徐园平副教授为本文的通讯作者，博士后张越为本文的第一作者，周瑾教授、博士后周扬分别为本文的第三、四作者，南京航空航天大学为第一单位。 

为了评估磁悬浮流体机械设计的合理性和运行的可靠性，应用API617标准对其振动和稳定性进行分析。首先对API617标准中关于磁悬浮流体机械的相关规范和要求进行介绍，然后以一台磁悬浮风机为研究对象，基于API617标准开展转子动力学分析、闭环传递函数测试、振动分析、稳定性评估等工作。结果表明各项指标均满足API617标准要求：转子运行转速与临界转速充分分离，设计合理；磁悬浮转子系统建模准确，可用于预测转子的动力学行为；径向和轴向磁悬浮轴承系统的灵敏度传递函数峰值满足长期稳定运行要求；运行转速下转子振动远小于振动极限要求。 

     图1  磁悬浮风机试验系统

本文以一台磁悬浮风机为例，基于API617标准第九版中对磁悬浮流体机械的规范和要求，分析其是否满足标准的各项要求，评价磁悬浮风机的可靠性和稳定性。根据API617标准中关于磁悬浮流体机械的规范和要求，分别在自由-自由状态下转子模态频率与振型，无阻尼临界转速，不平衡响应以及磁悬浮转子系统传递函数几个方面强调了磁悬浮流体机械振动和稳定裕度评价参考的准则。基于以上提到的规范和要求，开展磁悬浮鼓风机实例分析，使用有限元方法建立了磁悬浮风机转子的模型，得到了转子自由-自由状态下的模态频率与振型，发现一阶弯曲模态的两个振型节点均位于磁悬浮轴承执行器与位移传感器之间，这会导致一阶弯曲模态振动检测和作动反向，在设计磁悬浮轴承控制器时需要额外关注。另外，生成了模态频率随转子转速变化的坎贝尔图，分析可知此转子陀螺效应较小，最大运行转速与一阶弯曲模态频率之间的裕度较大，满足设计需求；通过计算得到磁悬浮轴承的等效刚度，生成转子模态频率随支承刚度的变化曲线，并叠加磁悬浮轴承的等效刚度曲线，得到转子横向无阻尼临界转速图，可以看出磁悬浮轴承提供的刚度为106 N/m量级，前两阶刚体模态频率相近，在转子运行转速内不存在临界转速；对转子进行不平衡响应计算，确定转子临界转速和分离裕度，由图可知刚体临界转速和一阶弯曲临界转速处的放大系数均大于2.5，说明临界转速处阻尼过小，运行转速需要与临界转速充分分离；基于磁悬浮轴承转子系统模型，计算得到系统闭环传递函数并绘制频率响应曲线，对磁悬浮风机系统在静态悬浮状态下进行闭环传递函数测试，发现在0~1.25Nmax范围内，模态频率和幅值峰值偏差均满足API617标准，验证了模型的准确性；对磁悬浮风机系统在静态悬浮状态下进行灵敏度传递函数测试，发现径向磁悬浮轴承A和B的灵敏度传递函数增益峰值低于9.5 dB，处于 A 等级，而轴向磁悬浮轴承的灵敏度传递函数增益峰值大于9.5 dB，但小于12 dB，处于B等级，从稳定性评估角度说明系统能够保证长期稳定运行。最后，对磁悬浮风机进行运行测试，从静态悬浮状态升速至额定转速 30000 r/min，升速过程中最大振动出现在刚体临界转速处，叶轮端振动大于非叶轮端，而转子两端振动均远小于API617标准规定的振动极限值，说明了此磁悬浮风机的运行可靠性。以上测试分析的结果表明，该磁悬浮风机的转子动力学设计合理，系统稳定性和振动测试满足标准要求。运用API617标准进行磁悬浮流体机械的设计、测试和验收工作，避免潜在的安全隐患，对其稳定安全运行和推广发展具有重要的意义

图2 磁悬浮轴承闭环传递函数理论计算与试验测试结果对比     图3 磁悬浮轴承转子系统灵敏度传递函数测试结果