Быстроходные синхронные машины: расчётный комплекс для исследования влияния радиального эксцентриситета ротора на электромагнитные усилия

摘要

Рассмотрена задача создания современных подшипников (магнитных, газовых и др.) для быстроходных машин с широким диапазоном мощностей (от десятков киловатт до мегаватт) и частот вращения (от 6000 до 60000 об/мин), применяемых в нефте- и газодобыче, робототехнике, космической технике, минигазотурбинных установках. Проведено исследование распределения усилий, приложенных к валу ротора в различных эксплуатационных режимах, в том числе и при возникновении эксцентриситета вала. При эксплуатации эксцентриситет не должен превышать 5%. Вычислительный комплекс, основан на численном методе расчёта поля (2D) в активной части машины. Распределение усилий рассмотрено с учётом насыщения магнитной цепи машины и гармонического состава потока взаимоиндукции (потока в зазоре). При расчёте этих усилий в режиме холостого хода предусматривалось, что в машинах с постоянными магнитами на роторе поток взаимоиндукции примерно на 10-15% больше, чем при номинальной нагрузке из-за размагничивающего воздействия реакции якоря; поток взаимоиндукции уточнялся в зависимости от типа магнитов на роторе. В вычислительном комплексе учитывалось взаимное положение полюсов ротора относительно поля реакции статора в режимах при нагрузке (угол нагрузки Θ). Учитывалось, что при эксплуатации результирующий поток взаимоиндукции искажается (по сравнению с режимом холостого хода). В результате в зазоре появляется ряд дополнительных высших гармоник, которые влияют на усилия, приложенные к валу ротора. Угол нагрузки Θ определялся при помощи графических опций расчётного пакета методом итераций. Описан алгоритм реализации этого метода. При различных значениях эксцентриситета и при разных режимах работы быстроходной машины определены распределение радиальных усилий вдоль периферии вала ротора (дифференциальный параметр) и суммарное усилие радиального тяжения, приложенное к валу ротора (интегральный параметр).