Разработка методик проектирования и расчёта электромагнитных подшипников крупных машин

• Автор: Рогоза, Александр Валерьевич
• Шифр специальности: 05.09.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 139 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. АНАЛИЗ РАЗВИТИЯ И СПОСОБОВ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОДШИПНИКОВ ДЛЯ КРУПНЫХ МАШИН
1.1. Анализ развития ЭМП по мере увеличения массы ротора
1.2. Анализ существующих способов проектирования и расчета ЭМП
1.3. Постановка и пути решения научной задачи
Выводы по первой главе
ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА МЕТОДИК ПРОЕКТИРОВАНИЯ И РАСЧЕТА ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОДШИНИКОВ ДЛЯ КРУПНЫХ МАШИН
2.1. Разработка методики проектирования ЭМП
2.2. Разработка методики поверочного расчёта ЭМП
Выводы по второй главе
ГЛАВА 3. АНАЛИЗ СПОСОБОВ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОДШИПНИКОВ И ОБОСНОВАНИЕ СООТНОШЕНИЙ ИХ ОСНОВНЫХ ПРОЕКТНЫХ ПАРАМЕТРОВ
3.1. Анализ влияния динамических свойств на быстродействие системы ЭМП
3.2. Способ оценки технического уровня по удельным показателям
Выводы по третьей главе
ГЛАВА 4. ОСОБЕННОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ДЛЯ РАСЧЕТА ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОДШИПНИКОВ
4.1. Обоснование основных принципов выбора компьютерных программ
для расчёта ЭМП
4.2. Примеры расчетов ЭМП для крупных машин
Выводы по четвёртой главе
ГЛАВА 5. ПРОВЕРКА ТОЧНОСТИ РАСЧЁТА НАГРУЗОЧНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОДШИПНИКОВ
5.1. Организация экспериментального исследования нагрузочных характеристик ЭМП
5.2. Оценка точности расчётных данных
Выводы по пятой главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ
История развития электромагнитных подшипников (ЭМП) в отечественной и зарубежной промышленности свидетельствует, что в настоящее время существует тенденция к расширению сферы применения ЭМП в области крупных машин с массой ротора более 1,5 тонн [2, 10, 15, 44, 63, 69, 71]. Подходы к проектированию ЭМП таких машин имеют много общего с решениями, применяемыми к ЭМП для роторных машин с массой ротора до
1,5 тонн. Однако некоторые решения при выборе оптимальных соотношений по массо-габаритным и энергетическим показателям требуют уточнения. В частности, следует обосновать многие исходные положения и выбрать объективные критерии для сопоставления и оценки различных типов ЭМП. Задача сравнения и выбора конструкций магнитных систем ЭМП представляет особый интерес в комплексе вопросов проектирования и расчетов ЭМП. В литературе эти вопросы не детализируются, хотя в некоторых отечественных и зарубежных разработках, судя по фотографиям и рисункам, ЭМП крупных машин отличаются от традиционных ЭМП для машин средней мощности (например, ЭМП компрессоров газоперекачивающих агрегатов (ГПА) с массой ротора до 1,5 тонн) тем, что в них применяются в основном многополюсные магнитные системы [51, 64, 67, 68].
Следует отметить, что ЭМП представляет собой электромеханическую систему автоматического управления (САУ), обеспечивающую центрирование вращающегося ротора машины относительно неподвижных электромагнитов ЭМП. Электромагниты, выполняющие роль исполнительных органов САУ ЭМП, составляют основную долю электромеханических узлов ЭМП, расположенных в машине. Общая компоновка машины во многом зависит от размеров и массы ЭМП, что требует их первоочередного определения при проектировании машины в целом. Вместе с тем, нагрузочные характеристики ЭМП являются исходными при построении САУ ЭМП, поэтому их расчет является важным начальным этапом общей разработки. В связи с этим вопросы проектирования и расчета электромеханических характеристик ЭМП
имеют первостепенное значение для решения научно-технических задач по созданию крупных роторных машин с ЭМП, данные задачи соответствуют специальности 05.09.03 Электротехнические комплексы и системы.
Поскольку масса и энергопотребление ЭМП обычно возрастают с увеличением массы ротора, то для крупных машин становятся особо важными вопросы выбора оптимальных параметров и размеров магнитных систем ЭМП, которые во многом характеризуют технический уровень ЭМП. Основное научное направление данной работы заключается в разработке методов проектирования и расчета ЭМП крупных машин, удовлетворяющих современным требованиям, не уступающих зарубежным аналогам. Эта работа является первой попыткой разработать и обобщить подходы к выбору оптимальных электромагнитов ЭМП и имеет большое значение для обеспечения конкурентоспособности отечественных ЭМП за рубежом.
В тематике ОАО «Корпорация «ВНИИЭМ» в настоящее время существует ряд разработок ЭМП для машин с массой ротора более 1,5 тонн, что подтверждает практическую востребованность данной работы [28, 46, 49, 58, 59, 60].
Актуальность темы работы обусловлена тем, что в развитии ЭМП, относящихся к электромеханическим системам управления, возникла необходимость расширения их применения в области крупных машин с массой ротора более 1,5 тонн. Поскольку вопросы разработки ЭМП для этих машин имеют специфику и в литературе практически не рассматриваются, то потребовалось провести собственные исследования в решении первостепенной и важной задачи проектирования и расчета ЭМП для крупных машин.
Анализ развития и способов проектирования ЭМП показывает, что ранее применяемые расчётные соотношения и рекомендации по проектированию и для определения основных характеристик ЭМП имеют разрозненный характер, что затрудняет их взаимосвязь, и обладают невысокой точностью. Существующий опыт разработок во ВНИИЭМе показывает, что точность расчета нагрузочных характеристик ЭМП до сих пор составляет около 20%

Исходные
данные

Площадь
полюса
$ __ 7АІ
Х Ри>
Индукция в зазоре В0Р = Вом /кв У У Проектные параметры и коэффициенты г, У у, у у У к$,к1}кс
Удельное усилие р Е? ІД/ Г1Р - ,2 кв * *М

Внутренний диаметр

‘У? к-к,.- к.
2, к і, К
Д., | Длина пакета

/" [р*
Коэффициент перегрузки р

к„ Номинальная индукция в зазоре А) Я ~ В{)1’1 кП К, Намагн ич и ваю вдая сила катушки ДіГ = 810:-й0(,.-4-А

Площадь сечения провода
-с кс
Ч>> ~ я

ИРкс Площадь сечения катушки АН' і ер, кс * Число витков АIV IV /я

* /, г-кс

Ширина зубца Ьу'-я 0Х1 ~
Высота спинки
К=Ъг

Высота полюса
К = V + К

Ширина катушки
а,= ктЬ.
Высота катушки

|У 1 4 ]Л

Внешний диаметр Длина статора Длина ротора 4,
Д. 3 =£>,,,+2(Аг + йу) /,,=У+2(АГ + /?Г) (Г*4 ІІ н~

Рис. 2-1. Алгоритм проектного расчета