电磁作动器电磁性能仿真及实验研究

发布时间：2017-09-17 15:36

  本文关键词：电磁作动器电磁性能仿真及实验研究

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【摘要】：离心压缩机是流程工业的关键设备,若因故障停机使生产中断,造成的经济损失将非常巨大。随着流程工业规模不断扩大,对离心压缩机的性能参数要求越来越高,其发生故障的概率也就越大。故障原因大部分是由转子失稳造成的,为了减少失稳故障,避免停机的发生,需对转子振动进行主动控制,达到故障在线自愈。因此,对转子振动故障的主动控制研究具有重大的经济意义。 执行器是振动主动控制系统中的关键部件,执行器有多种,其中电磁轴承可以对转子无接触的施加可控电磁力,本文将其作为执行器应用于离心压缩机振动的主动控制。离心压缩机结构紧凑,无法有效的在其上安装振动主动控制执行器,鉴于离心压缩机平衡盘处有一段较大的轴向空间用来做流体密封,可以考虑将电磁作动器安装在平衡盘上,在不改变转轴固有特性条件下尽可能的使电磁轴承产生的控制力达到更好的控制效果。本文结合离心压缩机平衡盘结构的特点、孔型阻尼密封的加工方式以及电磁轴承的结构,提出了一种带密封功能的电磁作动器,并对该作动器的电磁性能进行了有限元仿真和实验研究。本文主要的工作及贡献如下： 1)对8磁极和12磁极电磁轴承进行模拟,分析比较了8磁极和12磁极电磁轴承的电磁力和耦合特性；搭建实验台测量并拟合了12磁极电磁轴承电磁力随电流和气隙的变化曲线,建立相应的12磁极电磁轴承二维和三维有限元模型,模拟在与实验相同的电流和气隙条件下的电磁力,并与实验测量的电磁力对比分析。 2)提出了并研究了安装于离心压缩机平衡盘处带密封功能的电磁作动器的结构形式,分析了密封体的结构形式和密封孔排列方式； 3)建立了带密封功能电磁作动器的有限元模型,分析了电磁力随密封孔结构,如开孔率、孔径、孔深的变化关系。分析了密封体中的损耗。 4)搭建带密封结构的电磁作动器电磁力测量实验台,测量开孔前后磁极的磁通密度。加入转子,测量不同电流下电磁作动器产生的电磁力,并将实验结果与模拟结果对比。 通过本论文的研究,可为基于电磁控制机构的离心压缩机故障诊断与自愈调控提供新的思路。
【关键词】：离心压缩机 转子稳定性 电磁作动器 密封 Ansys磁场分析
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH452
【目录】：

• 学位论文数据集3-4
• 摘要4-6
• ABSTRACT6-17
• 符号说明17-19
• 第一章 绪论19-27
• 1.1 课题来源19
• 1.2 课题研究目的与意义19-20
• 1.3 旋转机械振动主动控制执行装置20-23
• 1.3.1 质量平衡式动平衡装置22-23
• 1.3.2 力平衡式动平衡装置23
• 1.4 基于电磁轴承的转子振动主动控制的研究概况23-25
• 1.5 论文研究的对象25
• 1.6 本文研究主要内容25-26
• 1.7 本文的创新点26-27
• 第二章 电磁作动器有限元分析及实验研究27-53
• 2.1 引言27
• 2.2 电磁场基本理论27-29
• 2.2.1 麦克斯韦方程组27-28
• 2.2.2 本构关系28
• 2.2.3 电磁场偏微分方程28-29
• 2.2.4 电磁场中常见的边界条件29
• 2.3 Ansys电磁场分析步骤29-30
• 2.4 径向电磁轴承两种磁极排列方式的电磁性能比较30-31
• 2.5 8磁极和12磁极结构的径向电磁轴承电磁性能比较31-35
• 2.5.1 两种磁极结构的有限元模型31-32
• 2.5.2 电磁特性分析与比较32-35
• 2.6 电磁轴承静态电磁力标定35-39
• 2.6.1 电磁作动器电磁力理论推导36-37
• 2.6.2 电磁作动器磁极工作方式37-39
• 2.7 电磁作动器电磁力测量实验39-42
• 2.8 “E”形磁极电磁轴承二维和三维有限元分析42-50
• 2.8.1 模型建立43
• 2.8.2 单元选择43-44
• 2.8.3 材料属性44-45
• 2.8.4 网格划分及网格收敛性检查45-46
• 2.8.5 施加载荷46-47
• 2.8.6 边界条件和标志力47
• 2.8.7 求解及结果提取47-48
• 2.8.8 结果分析48-50
• 2.9 磁饱和分析50-51
• 2.10 本章小结51-53
• 第三章 带密封功能的电磁作动器结构介绍及其安装方法53-61
• 3.1 引言53
• 3.2 电磁作动器在压缩机中的安装位置53-56
• 3.3 电磁作动器的结构改进及安装56-59
• 3.3.1 平衡盘密封介绍56-57
• 3.3.2 电磁轴承结构改进57-59
• 3.4 带密封功能的电磁作动器在离心压缩机上的安装方法59-60
• 3.5 本章小结60-61
• 第四章 带密封功能的电磁作动器性能分析61-81
• 4.1 引言61
• 4.2 solidworks与workbench联合仿真61-64
• 4.2.1 模型建立62
• 4.2.2 有限元分析62-64
• 4.3 电磁力分析64-73
• 4.3.1 密封体对电磁轴承电磁性能的影响64-66
• 4.3.2 磁极和密封体上开孔对电磁轴承电磁性能的影响66-69
• 4.3.3 开孔率对电磁轴承电磁场的影响69-71
• 4.3.4 孔深度对电磁轴承电磁场的影响71-73
• 4.4 耗损分析73-80
• 4.4.1 硅钢片中的涡流损耗理论公式73-75
• 4.4.2 电磁作动器中涡流损耗有限元分析75-80
• 4.4.3 损耗比较80
• 4.5 本章小结80-81
• 第五章 电磁作动器电磁性能实验研究81-95
• 5.1 引言81
• 5.2 磁极磁通密度测量81-88
• 5.2.1 实验目的81-82
• 5.2.2 实验设备82
• 5.2.3 实验步骤82-83
• 5.2.4 结果分析83-88
• 5.3 电磁力测量88-93
• 5.4 本章小结93-95
• 第六章 结论与展望95-97
• 6.1 论文主要工作总结95-96
• 6.2 对本课题研究的展望96-97
• 参考文献97-101
• 致谢101-103
• 研究成果及发表的学术论文103-105
• 作者与导师简介105-106
• 附件106-107

【参考文献】

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本文编号：870236