التصميم الأمثل لمحمل الدفع المغناطيسي الفعال المستخدم في المكائن الدوارة الثقيلة باستخدام طريقة الخوارزمية الجينية

الباحث

علي منذر عبد الحسن

المشرف

مهند زيدان خليفة - عبد الجبار ع. حنفش

الجامعة

الجامعة التكنولوجية

الكلية / القسم

قسم الهندسة الكهروميكانيكية / الهندسة الكهروميكانيكية

الشهادة

ماجستير

السنة

2022

لغة الرسالة

انكليزي

الكلمات المفتاحية

Active magnetic bearing;Thrust bearing;Genetic algorithm;Rotating machinery

يعتبر تأثير الأحمال المحورية (الدافعة) المتغيرة, قيمتها واتجاهها على أداء العمود الدوار لمحطات توليد الطاقة التوربينية الغازية إحدى المشكلات الهندسية العلمية. لذلك ، يهدف هذا المشروع إلى استخدام محمل مغناطيسي نشط محوري (TAMB) لتقليل تأثير القوى المحورية على العمود الدوار.ركزت الدراسة النظرية على تصميم وتحسين محمل مغناطيسي نشط الدفع (TAMB) الذي يمكن استخدامه مع العمود الدوار لمحطة توليد كهرباء جنوب بغداد الغازية. تضمن التصميم النظري ل TAMB تحديد أفضل الخصائص المغناطيسية للمادة التي يتم تصنيع مشغل المحمل المغناطيسي النشط منها . تم اختيار ثلاث مواد مغناطيسية حديدية وهي: الحديد النقي ، والكوبالت ، والنيكل ، علما أن هذه ol pall متوفرة في الأسواق العراقية. تم تصميم المحمل المغناطيسي بقوة 400 كيلو نيوتن ، وفجوة هوائية 0.8 ملم ، وتيار كهربائي 10 أمبير. al لوحظ من خلال التحليل المغناطيسي باستخدام برنامج ANSYS Electronic desktop 2020 أن المشغل الذي تم تصميمه من الحديد النقي له خصائص مغناطيسية افضل وقوة جذب اقوى من الكوبالت والنيكل. بالإضافة إلى ذلك ، تمت دراسة العديد من المعلمات التي تؤثر على قوة ال La ،TAMB في ذلك فجوة الهواء وعدد لفات الملف والتيار الكهربائي. وقد لوحظ من النتائج أن العلاقة بين فجوة الهواء وقوة السحب للمحمل تتناسب عكسياً. في المقابل ، هناك علاقة طردية بين قوة التجاذب التي يولدها ال7801/18 وبين القوة الدافعة المغناطيسية. بعد تصميم وتحليل ال TAMB ، تم تنفيذ عملية التحسين لتقليل حجم ال TAMB وتقليل خسائر الطاقة باستخدام خوارزمية وراثية متعددة الأهداف (MOGA) عن طريق تقليل أبعاد المحمل قدر الإمكان مع تلبية القيود التصميمية ، والتي هي كما يلي: يجب ألا تقل قوة المحمل المغناطيسية عن 400 كيلو نيوتن ، ويجب ألا تتجاوز كثافة فيض التشبع 2.3 تسلا ، ويجب ألا تتجاوز كثافة تيار التشبع 6 أمبير / ملم 2 ، ويجب أن تتراوح الفجوة الهوائية بين 0.5 و 0.8 ملم. كانت نتائج التحسين ضمن النطاق المتوقع ؛ أي أن أبعاد المحمل من حيث الأقطار الخارجية والداخلية ل TAMB والطول المحوري أو سمك TAMB قد انخفضت بشكل ملحوظ ، مما يشير إلى أن حجم ال78731183 قد انخفض. لقد وجد أن القيمة القصوى لكثافة التدفق المغناطيسي في الجزء الثابت هي حوالي 1.7 تسلا ، وتبلغ القيمة القصوى لكثافة التيار لملف ال71/87/13 حوالي 2 أمبير / مم 2 ، وهما لا يتجاوزان حدود التشبع ، مما يثبت صحة التصميم ويقلل من خسائر الطاقة. بالإضافة إلى أن أقل معدل خطأ تم تحقيقه في التحليل ثلاثي الأبعاد هو 20.1545 ily ٠، معدل خطأ تم تحقيقه في التحليل ثنائي الأبعاد هو 0.0663 في العمل التجريبي ، تم تصنيع اتنين من ال TAMBs : أحدهما هو المثير لتوليد قوى محورية خارجية متغيرة ، والآخر هو TAMB أحادي المفعول لتقليل ومقاومة القوى المحورية. تم دمج ال TAMBs في نظام متكامل مع تحكم إلكتروني مبرمج خارجيًا. بعض الاستنتاجات المهمة التي تم الحصول عليها من الدراسة العملية هي أنه عند زيادة الجهد او التيار لملف المثير ، يؤدي ذلك إلى زيادة الإزاحة المقاسة بواسطة متحسس الازاحة. نتيجة لذلك ، يجب رفع الجهد أو التيار لملف ال781/13 لتكوين قوة رد فعل كافية لإعادة المحور الدوار إلى موضع عمله.

The effect of variable axial (thrust) loads, their magnitude and direction, on the performance of the rotor of gas turbine power plants is one of the scientific engineering problems. So, this project aims to use thrust active magnetic bearing (TAMB) to lessen the effect of axial forces on the rotating shaft. The theoretical study focused on designing and optimizing a TAMB that can be used with the rotor of the South Baghdad Gas Power Plant. The theoretical design of the TAMB included determining the best magnetic properties of the material from which the TAMB is manufactured. Three ferromagnetic materials were chosen: pure iron, cobalt, and nickel; these materials are available in Iraqi markets. The magnetic bearing has been designed with a force of 400 KN, an air gap of 0.8 mm, and an electric current of 10 amperes. Using the ANSYS Electronic Desktop 2020 program for magneto static analysis, it has been seen that a pure iron actuator has better magnetic properties and a stronger attraction force than cobalt and nickel. In addition, several parameters affecting the TAMB's pulling force were studied, including the air gap, the number of coil turns, and the electric current. It has been observed from the results that the relationship between the air gap and the attractive force of the bearing is inversely proportional. In contrast, there is a direct relationship between the TAMB's attraction force and the magneto motive force. After the TAMB design and analysis, the optimization process was carried out to reduce the TAMB volume and power loss using a genetic algorithm with multi-objective (MOGA) by decreasing the bearing dimensions as much as possible while meeting the design constraints, which are as follows: The magnetic bearing force should not be less than 400 KN, the saturation flux density should not exceed 2.3 T, the saturation current density should not exceed 6 A/mm2, and the air gap should range in value from 0.5 to 0.8 mm. The optimization results were within the expected range; that is, the dimensions of the bearing in terms of the outer and inner diameters of the TAMB and the axial length or thickness of the TAMB decreased significantly, indicating that the size of the TAMB has been reduced. It is found that the maximum value of the magnetic flux density in the stator is approximately 1.7 Tesla, and the maximum value of the current density of the TAMB coil is about 2 A/mm2, which does not exceed the saturation limit, which proves the validity of the design and reduces the power loss. In addition, the lowest error rate achieved in the three-dimensional analysis is 0.1545%, and the lowest error rate achieved in the two-dimensional analysis is 0.0663%. In the experimental work, two TAMBs have been manufactured: one is the exciter to generate different axial forces, and the other is a single-acting TAMB to reduce and resist the axial forces. They were combined into an integrated system with an externally programmed electronic control. Some critical conclusions that have been obtained are that when the voltage/current of the exciter coil is increased, this leads to an increase in the displacement measured via the laser sensor. As a result, the voltage or current of the TAMB coil should be raised to create enough reaction force to bring the shaft back to its working position.

طلب نسخة من الملف

الملفات غير منشورة على الموقع. اترك بياناتك وسيتواصل معك موظفو قسم الشؤون الثقافية والفنون لإرسال النسخة مجاناً.

الاسم

رقم الهاتف

البريد الإلكتروني

الغرض من الطلب (اختياري)

إرسال الطلب