Разработка электротехнологической энергосберегающей установки для нагрева вращающихся дисков в электромагнитном поле постоянных магнитов
Ключевые слова:
электротехнологическая установка, нагрев, вращающийся диск, электромагнитное поле, постоянный магнит, частота вращения, электродвигатель, электрические характеристики
Аннотация
Проанализированы различные виды электронагрева вращающихся деталей, применяющиеся на отечественных и зарубежных промышленных стендах и установках. Индукционный нагрев для обеспечения теплового состояния дисков турбин имеет преимущества перед другими видами нагрева. Испытания и исследования с применением индукционного нагрева вращающихся дисков на установках и стендах связаны с существенными материальными затратами.
Представлена электротехнологическая энергосберегающая установка, разработанная для нагрева вращающихся дисков в электромагнитном поле постоянных магнитов. Техническая задача заключается в снижении потребления электроэнергии, которое достигается за счет использования метода нагрева с сильными постоянными магнитами в разработанной установке без применения индукционных нагревателей и системы охлаждения.
Даны технические данные и возможности блоков и устройств разработанной электротехнологической установки. Рассмотрены особенности процессов нагрева вращающегося диска и работы электродвигателя с учетом тормозящего действия магнитного поля магнитов. Приведены результаты исследований теплового состояния вращающегося диска в электромагнитном поле постоянных магнитов на разных частотах вращения и электрические характеристики электродвигателя. Полученные экспериментальные результаты исследований показывают, что с использованием сильных постоянных магнитов можно повысить эффективность нагрева вращающихся дисков. Созданные установка и метод с сильными постоянными магнитами могут использоваться для нагрева вращающихся дисков турбомашин в авиационной и металлургической промышленности, энергетике и машиностроении.
Литература
1. Кувалдин А.Б., Лепешкин А.Р. Скоростные режимы индукционного нагрева и термонапряжения в изделиях. М.: Инфра-М, 2019.
2. Пат. № 2416869 РФ. Способ получения энергии и устройство для его реализации / Кувалдин А.Б., Лепешкин А.Р., Лепешкин С.А. // Бюл. изобрет. 2011. № 11.
3. Кувалдин А.Б., Лепешкин А.Р., Лепешкин С.А. Метод испытаний дисков турбомашин и бандажей роторов турбогенераторов с использованием индукционного нагрева // Электричество. 2009. № 7. С. 33—38.
4. Кувалдин А.Б., Лепешкин А.Р. Выбор режимов индукционного нагрева и индукторов для моделирования термонапряженного состояния дисков турбин // Электротехника. 1998. № 5. С. 39—46.
5. Кувалдин А.Б., Лепешкин А.Р. Особенности термомеханического нагружения дисков турбомашин с применением индукционного нагрева // Вестник МЭИ. 1996. № 3. С. 107—112.
6. Маннанов Э.Р., Галунин С.А., Никаноров А.Н., Наке Б., Козулина Т.П. Разработка индукционных систем для нагрева дисков // Научно-технические ведомости СПбГПУ. Серия «Физико-математические науки». 2019. Т. 12. № 2. С. 23—31.
7. Mannanov Е., Galunin S., Shatunov A. Numerical Modeling of Induction Heating Systems with Load of Azimuthal Periodicity // E3S Web Conf. 2019. V. 140. P. 10009.
8. Zgraja J. Simplified Simulation Technique of Rotating, Induction Heated, Calender Rolls for Study of Temperature Field Control // Open Phys. 2018. V. 16. Pp. 326—331.
9. Fraczyk A., Kucharski J. Surface Temperature Control of a Rotating Cylinder Heated by Moving Inductors // App. Therm. Eng. 2017. V. 125. Pp. 767—779.
10. Mannanov E., Galunin S., Nikanorov A., Nacke B. Simulation Algorithm for Induction Heating of Rotated Workpieces with Complex Shape // XVIII International UIE Congress Electrotechnologies for Material Proc. Hannover, 2017. Pp. 491—496.
11. Mannanov E.R., Muratov A.A., Galunin S.A. Numerical Modeling in Heating Systems by Rotation // Electro. Electrical Engineering, Power Industry, Electrical Industry. 2016. No. 1. Pp. 20—22.
12. Mannanov E., Muratov A., Galunin S. Numerical Investigation of Spatial Control Tools of Temperature Distribution in the Heating Systems by Rotation // Research and Development of Young Scientists: the Collected Reports of the VI Intern. Youth Scientific and Practical Conf. Novosibirsk, 2015. Pp. 71—75.
13. Witek L. Stress Analysis of Turbine Components under Spin Rig Thermomechanical Condition // Aviation. 2004. V. VIII. No. 4. Pp. 21—26.
14. Karban P., Mach F., Doležel I., Barglik J. Higher-order Finite Element Modeling of Rotational Induction Heating of Nonferromagnetic Cylindrical Billets // Compel. 2011. V. 30. Pp. 1517—1527.
15. Pat. No. 2644826 EP. A System for Inductive Heating of Turbine Rotor Disks / Nimptsch H., Exnowski S., Kulig S. // Bull. 2013. No. 40.
16. Topouris S. e. a. Heat Dissipation from Stationary Passenger Car Brake Discs // J. Mechanical Eng. 2020. V. 66(1). Pp. 15—28.
17. Luberti D. e. a. Design and Testing of a Rig to Investigate Buoyancy-induced Heat Transfer in Aero-engine Compressor Rotors // J. Engineering Gas Turbines and Power: Trans. ASME. 2020. V. 143(4). P. 041030.
18. Endo H., Wetherbee R., Kaushal N. Advancement in Heated Spin Testing Technologies // Proc. ASME Turbine Techn. Conf. and Exposition. San Antonio, 2013.
---
Для цитирования: Лепешкин А.Р., Федин М.А., Кувалдин А.Б., Кондрашов С.С., Данченко А.В., Булатенко М.А. Разработка алгоритма обнаружения и классификации замыкания внутри цепочки фотоэлектрических модулей в режиме реального времени // Вестник МЭИ. 2024. № 4. С. 49—56. DOI: 10.24160/1993-6982-2024-4-49-56.
#
1. Kuvaldin A.B., Lepeshkin A.R. Skorostnye Rezhimy Induktsionnogo Nagreva i Termonapryazheniya v Izdeliyakh. M.: Infra-M, 2019. (in Russian).
2. Pat. № 2416869 RF. Sposob Polucheniya Energii i Ustroystvo Dlya Ego Realizatsii. Kuvaldin A.B., Lepeshkin A.R., Lepeshkin S.A. Byul. Izobret. 2011;11. (in Russian).
3. Kuvaldin A.B., Lepeshkin A.R., Lepeshkin S.A. Metod Ispytaniy Diskov Turbomashin i Bandazhey Rotorov Turbogeneratorov s Ispol'zovaniem Induktsionnogo Nagreva. Elektrichestvo. 2009;7:33—38. (in Russian).
4. Kuvaldin A.B., Lepeshkin A.R. Vybor Rezhimov Induktsionnogo Nagreva i Induktorov dlya Modelirovaniya Termonapryazhennogo Sostoyaniya Diskov Turbin. Elektrotekhnika. 1998;5:39—46. (in Russian).
5. Kuvaldin A.B., Lepeshkin A.R. Osobennosti Termomekhanicheskogo Nagruzheniya Diskov Turbomashin S Primeneniem Induktsionnogo Nagreva. Vestnik MEI. 1996;3:107—112. (in Russian).
6. Mannanov E.R., Galunin S.A., Nikanorov A.N., Nake B., Kozulina T.P. Razrabotka Induktsionnykh Sistem dlya Nagreva Diskov. Nauchno-tekhnicheskie Vedomosti SPbGPU. Seriya «Fiziko-matematicheskie Nauki». 2019;12;2:23—31. (in Russian).
7. Mannanov E., Galunin S., Shatunov A. Numerical Modeling of Induction Heating Systems with Load of Azimuthal Periodicity. E3S Web Conf. 2019;140:10009.
8. Zgraja J. Simplified Simulation Technique of Rotating, Induction Heated, Calender Rolls for Study of Temperature Field Control. Open Phys. 2018;16:326—331.
9. Fraczyk A., Kucharski J. Surface Temperature Control of a Rotating Cylinder Heated by Moving Inductors. App. Therm. Eng. 2017;125:767—779.
10. Mannanov E., Galunin S., Nikanorov A., Nacke B. Simulation Algorithm for Induction Heating of Rotated Workpieces with Complex Shape. XVIII International UIE Congress Electrotechnologies for Material Proc. Hannover, 2017:491—496.
11. Mannanov E.R., Muratov A.A., Galunin S.A. Numerical Modeling in Heating Systems by Rotation // Electro. Electrical Engineering, Power Industry, Electrical Industry. 2016;1:20—22.
12. Mannanov E., Muratov A., Galunin S. Numerical Investigation of Spatial Control Tools of Temperature Distribution in the Heating Systems by Rotation. Research and Development of Young Scientists: the Collected Reports of the VI Intern. Youth Scientific and Practical Conf. Novosibirsk, 2015:71—75.
13. Witek L. Stress Analysis of Turbine Components under Spin Rig Thermomechanical Condition. Aviation. 2004;VIII;4:21—26.
14. Karban P., Mach F., Doležel I., Barglik J. Higher-order Finite Element Modeling of Rotational Induction Heating of Nonferromagnetic Cylindrical Billets. Compel. 2011;30:1517—1527.
15. Pat. No. 2644826 EP. A System for Inductive Heating of Turbine Rotor Disks. Nimptsch H., Exnowski S., Kulig S. Bull. 2013;40.
16. Topouris S. e. a. Heat Dissipation from Stationary Passenger Car Brake Discs. J. Mechanical Eng. 2020;66(1):15—28.
17. Luberti D. e. a. Design and Testing of a Rig to Investigate Buoyancy-induced Heat Transfer in Aero-engine Compressor Rotors. J. Engineering Gas Turbines and Power: Trans. ASME. 2020;143(4):041030.
18. Endo H., Wetherbee R., Kaushal N. Advancement in Heated Spin Testing Technologies. Proc. ASME Turbine Techn. Conf. and Exposition. San Antonio, 2013
---
For citation: Lepeshkin A.R., Fedin M.A., Kuvaldin A.B., Kondrashov S.S., Danchenko A.V., Bulatenko M.A. Development of an Electrotechnological Energy-saving Installation for Heating Rotating Disks in the Electromagnetic Field of Permanent Magnets. Bulletin of MPEI. 2024;4:49—56. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2024-4-49-56
2. Пат. № 2416869 РФ. Способ получения энергии и устройство для его реализации / Кувалдин А.Б., Лепешкин А.Р., Лепешкин С.А. // Бюл. изобрет. 2011. № 11.
3. Кувалдин А.Б., Лепешкин А.Р., Лепешкин С.А. Метод испытаний дисков турбомашин и бандажей роторов турбогенераторов с использованием индукционного нагрева // Электричество. 2009. № 7. С. 33—38.
4. Кувалдин А.Б., Лепешкин А.Р. Выбор режимов индукционного нагрева и индукторов для моделирования термонапряженного состояния дисков турбин // Электротехника. 1998. № 5. С. 39—46.
5. Кувалдин А.Б., Лепешкин А.Р. Особенности термомеханического нагружения дисков турбомашин с применением индукционного нагрева // Вестник МЭИ. 1996. № 3. С. 107—112.
6. Маннанов Э.Р., Галунин С.А., Никаноров А.Н., Наке Б., Козулина Т.П. Разработка индукционных систем для нагрева дисков // Научно-технические ведомости СПбГПУ. Серия «Физико-математические науки». 2019. Т. 12. № 2. С. 23—31.
7. Mannanov Е., Galunin S., Shatunov A. Numerical Modeling of Induction Heating Systems with Load of Azimuthal Periodicity // E3S Web Conf. 2019. V. 140. P. 10009.
8. Zgraja J. Simplified Simulation Technique of Rotating, Induction Heated, Calender Rolls for Study of Temperature Field Control // Open Phys. 2018. V. 16. Pp. 326—331.
9. Fraczyk A., Kucharski J. Surface Temperature Control of a Rotating Cylinder Heated by Moving Inductors // App. Therm. Eng. 2017. V. 125. Pp. 767—779.
10. Mannanov E., Galunin S., Nikanorov A., Nacke B. Simulation Algorithm for Induction Heating of Rotated Workpieces with Complex Shape // XVIII International UIE Congress Electrotechnologies for Material Proc. Hannover, 2017. Pp. 491—496.
11. Mannanov E.R., Muratov A.A., Galunin S.A. Numerical Modeling in Heating Systems by Rotation // Electro. Electrical Engineering, Power Industry, Electrical Industry. 2016. No. 1. Pp. 20—22.
12. Mannanov E., Muratov A., Galunin S. Numerical Investigation of Spatial Control Tools of Temperature Distribution in the Heating Systems by Rotation // Research and Development of Young Scientists: the Collected Reports of the VI Intern. Youth Scientific and Practical Conf. Novosibirsk, 2015. Pp. 71—75.
13. Witek L. Stress Analysis of Turbine Components under Spin Rig Thermomechanical Condition // Aviation. 2004. V. VIII. No. 4. Pp. 21—26.
14. Karban P., Mach F., Doležel I., Barglik J. Higher-order Finite Element Modeling of Rotational Induction Heating of Nonferromagnetic Cylindrical Billets // Compel. 2011. V. 30. Pp. 1517—1527.
15. Pat. No. 2644826 EP. A System for Inductive Heating of Turbine Rotor Disks / Nimptsch H., Exnowski S., Kulig S. // Bull. 2013. No. 40.
16. Topouris S. e. a. Heat Dissipation from Stationary Passenger Car Brake Discs // J. Mechanical Eng. 2020. V. 66(1). Pp. 15—28.
17. Luberti D. e. a. Design and Testing of a Rig to Investigate Buoyancy-induced Heat Transfer in Aero-engine Compressor Rotors // J. Engineering Gas Turbines and Power: Trans. ASME. 2020. V. 143(4). P. 041030.
18. Endo H., Wetherbee R., Kaushal N. Advancement in Heated Spin Testing Technologies // Proc. ASME Turbine Techn. Conf. and Exposition. San Antonio, 2013.
---
Для цитирования: Лепешкин А.Р., Федин М.А., Кувалдин А.Б., Кондрашов С.С., Данченко А.В., Булатенко М.А. Разработка алгоритма обнаружения и классификации замыкания внутри цепочки фотоэлектрических модулей в режиме реального времени // Вестник МЭИ. 2024. № 4. С. 49—56. DOI: 10.24160/1993-6982-2024-4-49-56.
#
1. Kuvaldin A.B., Lepeshkin A.R. Skorostnye Rezhimy Induktsionnogo Nagreva i Termonapryazheniya v Izdeliyakh. M.: Infra-M, 2019. (in Russian).
2. Pat. № 2416869 RF. Sposob Polucheniya Energii i Ustroystvo Dlya Ego Realizatsii. Kuvaldin A.B., Lepeshkin A.R., Lepeshkin S.A. Byul. Izobret. 2011;11. (in Russian).
3. Kuvaldin A.B., Lepeshkin A.R., Lepeshkin S.A. Metod Ispytaniy Diskov Turbomashin i Bandazhey Rotorov Turbogeneratorov s Ispol'zovaniem Induktsionnogo Nagreva. Elektrichestvo. 2009;7:33—38. (in Russian).
4. Kuvaldin A.B., Lepeshkin A.R. Vybor Rezhimov Induktsionnogo Nagreva i Induktorov dlya Modelirovaniya Termonapryazhennogo Sostoyaniya Diskov Turbin. Elektrotekhnika. 1998;5:39—46. (in Russian).
5. Kuvaldin A.B., Lepeshkin A.R. Osobennosti Termomekhanicheskogo Nagruzheniya Diskov Turbomashin S Primeneniem Induktsionnogo Nagreva. Vestnik MEI. 1996;3:107—112. (in Russian).
6. Mannanov E.R., Galunin S.A., Nikanorov A.N., Nake B., Kozulina T.P. Razrabotka Induktsionnykh Sistem dlya Nagreva Diskov. Nauchno-tekhnicheskie Vedomosti SPbGPU. Seriya «Fiziko-matematicheskie Nauki». 2019;12;2:23—31. (in Russian).
7. Mannanov E., Galunin S., Shatunov A. Numerical Modeling of Induction Heating Systems with Load of Azimuthal Periodicity. E3S Web Conf. 2019;140:10009.
8. Zgraja J. Simplified Simulation Technique of Rotating, Induction Heated, Calender Rolls for Study of Temperature Field Control. Open Phys. 2018;16:326—331.
9. Fraczyk A., Kucharski J. Surface Temperature Control of a Rotating Cylinder Heated by Moving Inductors. App. Therm. Eng. 2017;125:767—779.
10. Mannanov E., Galunin S., Nikanorov A., Nacke B. Simulation Algorithm for Induction Heating of Rotated Workpieces with Complex Shape. XVIII International UIE Congress Electrotechnologies for Material Proc. Hannover, 2017:491—496.
11. Mannanov E.R., Muratov A.A., Galunin S.A. Numerical Modeling in Heating Systems by Rotation // Electro. Electrical Engineering, Power Industry, Electrical Industry. 2016;1:20—22.
12. Mannanov E., Muratov A., Galunin S. Numerical Investigation of Spatial Control Tools of Temperature Distribution in the Heating Systems by Rotation. Research and Development of Young Scientists: the Collected Reports of the VI Intern. Youth Scientific and Practical Conf. Novosibirsk, 2015:71—75.
13. Witek L. Stress Analysis of Turbine Components under Spin Rig Thermomechanical Condition. Aviation. 2004;VIII;4:21—26.
14. Karban P., Mach F., Doležel I., Barglik J. Higher-order Finite Element Modeling of Rotational Induction Heating of Nonferromagnetic Cylindrical Billets. Compel. 2011;30:1517—1527.
15. Pat. No. 2644826 EP. A System for Inductive Heating of Turbine Rotor Disks. Nimptsch H., Exnowski S., Kulig S. Bull. 2013;40.
16. Topouris S. e. a. Heat Dissipation from Stationary Passenger Car Brake Discs. J. Mechanical Eng. 2020;66(1):15—28.
17. Luberti D. e. a. Design and Testing of a Rig to Investigate Buoyancy-induced Heat Transfer in Aero-engine Compressor Rotors. J. Engineering Gas Turbines and Power: Trans. ASME. 2020;143(4):041030.
18. Endo H., Wetherbee R., Kaushal N. Advancement in Heated Spin Testing Technologies. Proc. ASME Turbine Techn. Conf. and Exposition. San Antonio, 2013
---
For citation: Lepeshkin A.R., Fedin M.A., Kuvaldin A.B., Kondrashov S.S., Danchenko A.V., Bulatenko M.A. Development of an Electrotechnological Energy-saving Installation for Heating Rotating Disks in the Electromagnetic Field of Permanent Magnets. Bulletin of MPEI. 2024;4:49—56. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2024-4-49-56
Опубликован
2024-06-18
Выпуск
Раздел
Электротехнология и электрофизика (технические науки) (2.4.4)
