Динамика роторных систем с магнитными опорами

Авторы

Леонтьев М. К.^1*, Давыдов А. В.^1**, Дегтярев С. А.^2***

1. Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет), 125993, г. Москва, Волоколамское шоссе, д. 4
2. Научно-технический центр по роторной динамике «Альфа-Транзит», ул. Ленинградская, 1, Химки, Московская обл., 141400, Россия

*e-mail: lemk@alfatran.com
**e-mail: davidovarc@gmail.com
***e-mail: degs@alfatran.com

Аннотация

Активные магнитные подшипники (АМП) имеют много преимуществ перед традиционными подшипниками роторных систем. Но их применение требует установки в опоры роторов страховочных подшипников, чтобы предотвратить повреждения магнитных подшипников при внезапном нарушении энергопитания. Конструктивные параметры таких комбинированных опор оказывают большое влияние на динамическое поведение ротора в критических ситуациях. В статье рассматриваются общие уравнения динамики роторных систем в нестационарной постановке. Рассматриваются нелинейные модели АМП, зазора, подшипника качения. Приводятся результаты моделирования перехода ротора через резонанс, падения ротора на страховочные подшипники различных типов и его последующего выбега. Показано, что в отдельных случаях ротор может совершать опасное для конструкции движение - обратную прецессию или обкатку.

Ключевые слова:

активные магнитные подшипники, роторная динамика, подшипники качения, подшипники скольжения, зазоры, обкатка, обратная прецессия

Библиографический список

1. Schweitzer, G., Bleuler, H., and Traxler, A., 1994, Active Magnetic Bearings — Basics, Properties and Applications, vdf Hochschulverlag AG, Zurich.

2.         Fumagalli, M. A., 1997, Modelling and Measurement Analysis of the Contact Interaction between a High Speed Rotor and its Stator, Doctoral Dissertation, Swiss Institute of Technology, Zurich.

3. Ecker, H., 1998, «Nonlinear Stability Analysis of a Single Mass Rotor Contacting a Rigid Backup Bearing,» Dynamics of Vibro-Impact Systems: Proceedings of the Euromech Colloquium: 15-18 September 1998, Loughborough, United Kingdom, September, Springer Verlag, pp. 79-89.

4. Zeng, S., 2002, «Motion of AMB Rotor in Backup Bearings,» ASME Journal of Vibration and Acoustics, 124, pp. 460-464.

5.   Wang, X., and Noah, S., 1998, «Nonlinear Dynamics of a Magnetically Supported Rotor on Safety Auxiliary Bearings,» ASME Journal of Vibration and Acoustics, 120, pp. 596-606.

6. Хронин Д.В. Теория и расчет колебаний в двигателях летательных аппаратов.  -  М.: Машиностроение, 1980.

7. William T. Tomson. Theory of Vibration with Applications.  Prentice - Hall,  1981. -467 p.

8. International standart ISO 14839-3:2006(E). Mechanical vibration - Vibration of rotating machinery equipped with active magnetic bearings Part 3: Evalyation of stability margin. First edition 2006-09-15.

9.   Леонтьев М.К., Дегтярев С.А. и др. Программная система расчета динамики роторов Dynamics 4. Свидетельство об отраслевой разработке №6691. Отраслевой фонд алгоритмов и программ. Государственный информационный центр информационных технологий. Министерство образования Российской Федерации. 2006.

10. Журавлев Ю.Н. Активные магнитные подшипники. Теория, расчет, применение. - СПб.: Политехника, 2003.

11.   Eric Maslen, «Magnetic Bearings» University of Virginia, Department of Mechanical, Aerospace and Nuclear Engineering, Charlottesville, Virginia, 2000.

12.   G. Scheweitzer. Eric H. Malsen, Magnetic Bearings, Theory, Design,and Application to Rotating Machinery.  Springer. 2009.

13.  Ang K.H., Chong G., Li Y. PID control system analysis, design, and technology, IEEE Transactions on Control Systems Technology. 2005. Vol. 13. No. 4. pp. 559-576.

14.  Astrom K.J., Hagglund T. Advanced PID control, ISA (The Instrumentation, System, and Automation Society), 2006.

15. Подшипники качения: Справочник / Р.Д. Бейзельман, Б.В. Цыпкин, Л.Я. Перель. - 6-е изд., испр. и доп. - М.: Машиностроение, 1975.

16. Леонтьев М.К., Карасев В.А., Потапова О.Ю., Дегтярев С.А. Динамика ротора в подшипниках качения // Вибрация машин: измерение, снижение, защита. 2006. №4(7). С. 40-45.