Математическое моделирование и анализ роторных систем с магнитными опорами

• Автор: Давыдов, Аркадий Валентинович
• Шифр специальности: 05.07.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 105 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОСОБЕННОСТИ ДИНАМИКИ РОТОРОВ С АМП

1.1. Общие положения

1.2. Общая методика динамического анализа сложных роторных систем на АМП

1.3. Программное обеспечение для задач роторной динамики

1.4. Общая теория модального анализа роторных систем

1.5. Модальный анализ нелинейных динамических систем

1.6. Нелинейные модели для анализа роторов с АМП

1.7. Выводы по главе

ГЛАВА 2. ОБЩАЯ МЕТОДИКА АНАЛИЗА РОТОРОВ С АМП
2.1. Общие положения
2.2. Проектный анализ ротора турбокомпрессора с АМП
2.2.1. Объект исследования
2.2.2. Моделирование ротора компрессора
2.2.3. Идентификация модели ротора
2.2.4. Критические частоты вращения ротора и формы колебаний
2.2.5. Дисбалансное поведение
2.2.6. Нестационарный анализ ротора
2.3. Выводы по главе
ГЛАВА 3. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ АМП
3.1. Общие замечания
3.2. Расчет геометрических параметров АМП
3.3. Электромагнитный подвес тела и его математические модель
3.4. Проверка алгоритма на системе с одной степенью свободы
3.5. Динамика жесткого ротора
3.6. Модель гибкого ротора
3.7. Проверка модели гибкого ротора
3.8. Выводы по главе
ГЛАВА 4. ПРОЕКТИРОВАНИЕ И АНАЛИЗ ДИНАМИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ РОТОРА
НА АМП
4.1. Описание экспериментальной установки

4.2. Частоты и формы собственных колебаний
4.3. Анализ вынужденных колебаний от дисбаланса ротора
4.4. Анализ ротора как нелинейной роторной системы на АМП
4.1. Выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
ВВЕДЕНИЕ
Идея использовать магнитную силу для подвеса ферромагнитного тела в пространстве известна уже давно, больше века назад. В то время для её осуществления использовались постоянные магниты. В 30-х годах прошлого века начались исследования и практическое применение активных электромагнитных подвесов. Здесь следует отметить работы Д. Бимса [1] по созданию ультрацентрифуг и роторных вакуумметров. С 1960-х годов активные электромагнитные системы начали применять в качестве радиальных подшипников на валах. Первый радиальный активный магнитный подшипник (АМП) был предложен и испытан Р. Сиксмитом [38]. Его работа показала реальную возможность применения АМП в опорных узлах роторов. А уже в 1972 году в России для электромеханической системы ориентации крупного отечественного КА типа «Алмаз» ФГУП «НИИ ВНИИЭМ» разработал и изготовил уникальный и первый в мировой практике ШДМ с электромагнитным подвесом ротора массой 60 кг [39]. С 80-х годов предприятие занимается разработкой и внедрением компрессоров на АМП. Испытания первого в СССР компрессора на АМП были проведены в начале 1991 г. На компрессорной станции г. Тольятти ПО «Самартрансгаз». В середине 1996 г. ФГУП «НИИ ВНИИЭМ» завершил испытания нагнетателя ГПА-16-«Волга», у которого критическая частота ротора лежит в рабочем диапазоне частот вращения и демпфируется АМП. В настоящее время ФГУП «НПП ВНИИЭМ» является ведущим производителем АМП в России. На предприятии налажено серийное производство АМП для компрессоров 12 — 25 МВт [35].
В 1979 г. начинаются исследования активных магнитных подшипников в Швейцарской высшей технической школе Цюриха (ETH Zurich) под руководством профессора, доктора Герхарда Швайцера (Gerhard Schweitzer). В 1988 г. из ETH Zurich выделяется компания Mecos, которая продолжает развивать АМП на базе проекта по созданию фрезерных шпинделей с АМП для промышленности. В это же время проводятся различные исследования

нелинейных систем, а также методов оценки динамического поведения и устойчивости для роторов с АМП.
Таблица 2.
Анализ Роторы на обычных подшипниках Роторы на АМП
Недемпфированные критические частоты вращения • Карта критических частот вращения • Формы колебаний с выбранными коэффициентами жесткости опор • Карта критических частот вращения • Формы колебаний ротора как свободного тела
Дисбалансное поведение • Амплитудно-частотные характеристики ротора • Несущая способность АМП • Амплитудно-частотные характеристики ротора для разных дисбалансов • Контроль выборки зазоров
Устойчивость • Резонансные режимы на рабочих режимах • Определение границ устойчивости • Карта собственных частот • Определение запасов по устойчивости в соответствии с ISO • Функция чувствительности в соответствии с API • Определение границ устойчивости
Нестационарное поведение • Не часто используется • Переходные процессы вследствие экстремальных нагрузок • Динамика падения ротора на вспомогательные подшипники