Охлаждение активного магнитного подшипника

Юрий Николаевич Иванников; Александр Александрович Горячкин; Дмитрий Михайлович Брагин

doi:10.17213/0136-3360-2021-2-22-31

Авторы

Юрий Николаевич Иванников Самарский государственный технический университет
Александр Александрович Горячкин Самарский государственный технический университет
Дмитрий Михайлович Брагин Самарский государственный технический университет

DOI:

https://doi.org/10.17213/0136-3360-2021-2-22-31

Ключевые слова:

активный магнитный подшипник, магнитный подвес, электрическая машина, магнитные потери, электрические потери, температурное поле, центробежная тепловая труба, принудительная система охлаждения, испарительная система охлаждения, интенсификация охлаждения

Аннотация

Рассмотрено тепловое состояние радиального магнитного подшипника нагнетателя газоперекачивающего агрегата. Разработана двумерная математическая модель температурного поля. Параметры модели рассчитаны с использованием традиционных аналитических методов и критериальных уравнений гидродинамического подобия. В результате численного моделирования уточнено распределение температурного поля по сечению активного магнитного подшипника. Рассмотрен вопрос использования тепловых труб для интенсификации охлаждения магнитного подшипника. Специфика представленной конструкции магнитного подшипника с точки зрения температурного поля заключается в значительном влиянии более нагретого ротора на тепловое состояние обмотки статора. Интенсификация охлаждения ротора за счет использования центробежных тепловых труб позволяет значительно снизить максимальную температуру ротора и катушек электромагнитов. Полученные результаты могут быть основанием для снижения массогабаритных показателей рассмотренного магнитного подвеса.

Биографии авторов

Юрий Николаевич Иванников, Самарский государственный технический университет

канд. техн. наук, доцент кафедры «Электромеханика и автомобильное электрооборудование» Самарского государственного технического университета.

Александр Александрович Горячкин, Самарский государственный технический университет

магистрант кафедры «Электромеханика и автомобильное электрооборудование» Самарского государственного технического университета.

Дмитрий Михайлович Брагин, Самарский государственный технический университет

магистрант кафедры «Теоретические основы теплотехники и гидромеханика» Самарского государственного технического университета.

Библиографические ссылки

Журавлев Ю.Н. Активные магнитные подшипники: теория, расчет, применение. СПб.: Политехника, 2003. 206 с.

Schweitzer G. et al. Magnetic bearings: theory, design, and application to rotating machinery. Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2009. 535 pp.

Gronman A. et al. Design and verification of a hermetic high-speed turbogenerator concept for biomass and waste heat recovery applications // Energy Conversion and Management. 2020. Vol. 225. https://doi.org/10.1016/j.enconman. 2020.113427

Hawkins L. Heat-to-Electricity With High-Speed Magnetic Bearing/Generator System // GRC Transactions. 2012. Vol. 36. Pp. 1073 - 1078.

Uzhegov N. et al. Design Aspects of High-Speed Electrical Machines Wit Active Magnetic Bearings for Compressor Applications // IEEE Transactions and Industrial Electronics. 2017. Vol. 64, no. 11, Pp. 8427 - 8436.

Макриденко Л.А. и др. Состояние и перспективы развития электромагнитных подшипников в ФГУП «НПП ВНИИЭМ» // Вопросы электромеханики. Труды ВНИИЭМ. М.: Научно-производственная корпорация «Космические системы мониторинга, информационно-управляющие и электромеханические комплексы» имени А.Г. Иосифьяна. 2011. Т. 120. С. 3 - 12.

Сарычев А.П. Разработка электромагнитных подшипников для серии компрессоров газоперекачивающих агрегатов // Вопросы электромеханики. Труды ВНИИЭМ. М.: Научно-производственная корпорация «Космические системы мониторинга, информационно-управляющие и электромеханические комплексы» имени А.Г. Иосифьяна, 2009. Т. 110. С. 3 - 10.

Макаричев Ю.А., Иванников Ю.Н. Энергетические процессы активного электромагнитного подвеса // Электроэнергия. Передача и распределение. 2020. № 360. С. 112 - 119.

Петров В.М., Бурковский А.Н., Ковалев Е.Б. Тепловые трубы в электрических машинах; под ред. В.М. Петрова. М.: Энергоатомиздат, 1987. 152 с.

Борисенко А.И. Охлаждение промышленных электрических машин. М.: Энергоатомиздат, 1983. 296 с.

Gai Y. et al. Cooling of Automotive Traction Motors: Schemes, Examples, and Computation Methods // IEEE Transactions on Industrial Electronics. 2019. Vol. 66, no. 3. Pp. 1681-1692 doi: 10.1109/TIE.2018.2835397.

Popescu M., Staton D.A., Boglietti A., Cavagnino A., Hawkins D., Goss J. Modern Heat Extraction Systems for Power Traction Machines - A Review // IEEE Transactions on Industry Applications. 2016. Vol. 52, no. 3. Pp. 2167-2175 doi: 10.1109/TIA.2016.2518132.

Дан П.Д., Рей Д.А. Тепловые трубы: пер. с англ. М.: Энергия, 1979. 272 с.

Shuang-Fei Li, Zhen-hua Liu. Parametric study of rotating heat pipe performance: A review // Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2020. Vol. 117. https://doi. org/ 10.1016/j.rser.2019.109482

Yau Y.H., Foo Y.C. Comparative study on evaporator heat transfer characteristics of revolving heat pipes filled with R134a, R22 and R410A, // International Communications in Heat and Mass Transfer. 2011. Vol. 38, Issue 2. Pp. 202-211. https://doi.org/10.1016/j.icheatmasstransfer.2010.12.011.

Lienhard J.H. IV, Lienhard J.H. V. A heat transfer textbook. Cambridge, Massachusetts.: Phlogiston Press. 2001. 705 p.

Филиппов И.Ф. Вопросы охлаждения электрических машин. М. - Л.: Энергия, 1964. 334 с.

Staton D.A., Cavagnino A. Convection Heat Transfer and Flow Calculations Suitable for Electric Machines Thermal Models // IEEE Transactions on Industrial Electronics. 2008. Vol. 55, no. 10. Pp. 3509-3516. doi: 10.1109/TIE.2008. 922604.