Особенности электромагнитных подшипников для газоперекачивающих агрегатов с упругими роторами

• Автор: Руковицын, Илья Геннадьевич
• Шифр специальности: 05.09.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 151 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ДИНАМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ РОТОРА

1.1. Влияние упругих свойств ротора на работу СМП

1.2. Конечно - элементная модель ротора

1.3. Модальный анализ

1.4. Учет влияния колебаний ротора на динамику СМП

1.4.1. Собственные колебания валопровода ГПА

1.4.2. Вынужденные колебания валопровода ГПА

ГЛАВА 2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ РОТОРА В СИСТЕМЕ УПРАВЛЕНИЯ МАГНИТНЫМИ ПОДШИПНИКАМИ

2.1. Синтез системы управления магнитного подвеса по учету параметров упругости ротора
2.2. Математическая модель ротора
ГЛАВА 3. АНАЛИЗ ДИНАМИКИ СМП С ГИБКИМ РОТОРОМ
3.1. Структурная схема САУ МП
3.2. Частотные характеристики системы регулирования МП
3.3. Выводы и рекомендации по выбору параметров регулятора для ГПА с упругими роторами
ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ РОТОРОВ ГПА
4.1. Автономные проверки динамических свойств роторов
4.2. Результаты экспериментальных исследований ГПА
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
Применение энергоэффективных активных магнитных подшипников (АМП) в самых различных областях техники способствует их новому этапу развития. Отсутствие механического контакта и смазки, высокий скоростной фактор, малое трение, возможность работы в вакууме и в агрессивных средах, а также целый ряд других положительных качеств АМП делает их популярными во многих отраслях энергомашиностроения.
Наиболее широкое внедрение электромагнитные подшипники получили в роторных агрегатах для газоперекачивающих станций. Это обусловлено требованиями к снижению потерь, повышению ресурса работы и КПД в высокооборотных газоперекачивающих агрегатах (ГПА). Тенденция такова, что собственные частоты колебаний валопроводов ГПА близко располагаются к рабочему диапазону скоростей вращения. Поэтому при проектировании компрессоров на магнитном подвесе возникает первоочередная задача по учету упругих свойств валопроводов ГПА и их математическому моделированию. В настоящее время проводятся работы по научным исследованиям и промышленному освоению магнитных подшипников (МП) для машин с упругими роторами [8, 56, 69, 70, 71].
Освоение активных электромагнитных подшипников началось в 60 — х годах XX века. Впервые в России (бывшем СССР) практическое применение МП было реализовано в роторных машинах для космических аппаратов, включая шаровой электродвигатель - маховик и силовой гироскоп во Всесоюзном научно — исследовательском институте электромеханике (ВНИИЭМ, Москва) [6]. При создании силовых гироскопов для управления ориентацией орбитальной космической станции «МИР» существовала аналогичного рода задача по учету упругих свойств роторов. У гироскопа были определены аналитически и практически первые две формы упругих колебаний. Первая изгибная форма была выявлена при экспериментальном

исследовании, которая сильно возбуждалась за пределами рабочего диапазона вращения. За счет определенных конструкционных решений удалось снизить частоту первой изгибной формы колебаний ротора гиродина. Это привело к попаданию в рабочий диапазон вращения критической частоты изгибной формы колебаний ротора, которая демпфировалась при помощи активного магнитного подвеса [81].
Дальнейший этап развития МП получили в компрессорной технике. Работы, начатые в этом направлении в СССР в конце 80 — х годов, завершились в начале 1991 г. пуском в опытную эксплуатацию первого безмасляного нагнетателя с МП на базе агрегата ГПА - Ц - 16 производства СМНПО им. Фрунзе (г. Сумы, Украина) -на компрессорной станции (КС) магистрального газопровода в Тольятти: Успешные испытания этого агрегата позволили начать переоборудование на КС «Сызраньская» состоящей из шести агрегатов типа ГПА - Ц — 16 мощностью 16 МВт и частотой вращения до 5600 об/мин.,В 1992 - 1994 годах на КС — 23А (г. Сызрань) было запущено в работу четыре подобных агрегата. В последствие магнитные подшипники стали серийной продукцией для целого ряда КС. В настоящее время реализация проектов по разработке и пуску в эксплуатацию магнитного подвеса ведется при сотрудничестве с основными производителями компрессорной техники, как в России, так и за границей. К таким производителям относятся: СМНПО им. Фрунзе (г. Сумы, Украина), ОАО НПО «Искра» (г. Пермь), ОАО «Компрессорный комплекс» (г. Санкт -Петербург), ОАО «Казанькомпрессормаш» (г. Казань). Значительный вклад в развитие МП внесли такие наиболее известные ученые и специалисты как Сарычев А. П., Верещагин В. П., Вейнберг Д. М., Спирин А. В., Лебедев В. М., Кочетов Д. А., Кравцова Е. В. и другие.
Французская фирма Б2М, основанная в 1976 г., пользуется
известностью среди зарубежных разработчиков магнитного подвеса для

заключается в следующем: поскольку изгибная жесткость вала во много раз выше по сравнению с жесткостью муфты, то принято считать места гибкого соединения в муфтах как свободные шарниры.
Рис. 1.8. Конечный элемент сосредоточенной массы - инерции «МА8821» На основе всех вышеперечисленных конечных элементов и допущений, в программной среде АЫЗУБ создается КЭМ, которая представлена на рис. 1.9. На данном рисунке ввиду выбранного типа отображения модели, графически не показаны упругие элементы опор. Последовательно слева направо расположены главные составные элементы роторной системы: ротор приводной турбины, промежуточный вал трансмиссии и ротор компрессора. Все части модели валопровода соединены при помощи двух свободных шарниров [13].
Рис. 1.9. Конечно - элементная модель валопровода ГПА-ЦЗ-16С/76-1,7М (235 узлов, 175 элементов) в произвольном масштабе