Исследование петлевых индукторов для моделирования и повышения эффективности нагрева вращающихся дисков ГТД
Разработка трехмерной модели для исследования электромагнитных и температурных полей и параметров петлевых индукторов при нагреве вращающихся дисков турбин ГТД в программном комплексе ANSYS. Связь частоты вращения с выделением тепла во вращающемся диске.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 17.07.2018 |
| Размер файла | 730,2 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Исследование петлевых индукторов для моделирования и повышения эффективности нагрева вращающихся дисков ГТД
Одной из областей применения индукционного нагрева является реализация тепловых процессов в телах вращения для проведения разгонных и термоциклических испытаний дисков и бандажей авиационных газотурбинных двигателей (ГТД) и турбин энергетических установок на разгонных и специализированных стендах [1-2]. Индукционный нагрев с использованием переменного тока различных частот позволяет обеспечить высокие скорости нагрева и получить заданное неравномерное распределение температур по радиусу диска, соответствующее эксплуатационным условиям при испытаниях на разгонных стендах. При вращении деталей в магнитном поле в них также наводится ЭДС за счет пульсаций магнитного потока и, таким образом, появляются дополнительные внутренние источники тепла, распределение которых зависит, в частности, от формы индукторов [3].
Исследования влияния частоты вращения на распределение внутренних источников тепла в диске за счет двух составляющих ЭДС проведены с использованием стержневых и петлевых индукторов. Геометрия указанных индукторов показана на рис.1.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Рис. 1. Геометрия стержневого и петлевого индукторов для нагрева диска.
Отметим, что вторая составляющая ЭДС зависит от частоты вращения. При увеличении частоты вращения увеличивается скорость изменения (пульсации) магнитного потока в диске и наведенная ЭДС (вторая составляющая) становится значимой в диапазоне больших частот вращения. В результате мощность дополнительных внутренних источников тепла увеличивается и повышается интенсивность индукционного нагрева вращающегося диска [3].
Таким образом, мощность P индукционного нагрева определяется по формуле
P = P1 + P2 , (1),
где Р1 - мощность, выделяемая в диске за счет частоты тока, которая пропорциональна квадратному корню частоты тока, P2 - мощность, выделяемая в диске за счет вращения и зависящая от частоты вращения.
В математической модели системы диск-индуктор конечно-элементное решение электромагнитной задачи осуществляется с использованием магнитного векторного потенциала в программном комплексе ANSYS. Проведены расчеты индукционного нагрева диска с вращением и без вращения. При увеличении частоты вращения n увеличивается скорость изменения магнитного потока в диске и наведенная ЭДС, а также, как следствие, мощность внутренних источников тепла и интенсивность индукционного нагрева вращающегося диска. Результаты расчетов мощности, выделяющейся в диске из никелевого сплава при индукционном нагреве с учетом вращения диска с использованием стержневого и петлевого индукторов приведены на рис. 2. Параметры режима: ток - 500 А, частота - 2400 Гц, зазор - 10 мм. Также на рис. 2 представлена зависимость мощности 1, выделяемой в диске без вращения. Значение P = 100 % соответствует мощности, выделяемой в неподвижном диске - 30 кВт.
Из рис. 2 следует, что влияние наведенных за счет вращения диска токов, т.е. увеличение мощности внутренних источников теплоты становится существенным при частотах вращения выше 20 тысяч об/мин. Это является дополнительным фактором энергосбережения при проведении термоциклических испытаний дисков с использованием индукционного нагрева [3].
Указанные факторы учитывались также в расчетных исследованиях распределений температур во вращающемся диске турбины ГТД с использованием двух петлевых индукторов, расположенных эквидистантно с обеих его сторон (рис. 3).
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
а) б) в)
Рис. 3. Петлевой индуктор (а) и распределения удельной мощности (б) и температуры (в) во вращающемся диске
Были проведены расчетные исследования по моделированию неравномерного распределения температуры по радиусу диска турбины ГТД. Индукционный нагрев диска осуществлялся до максимальной заданной температуры 550 С для индукторов ток был одинаковый - 500 А, частота тока 2400 гц.
В результате решения электромагнитной задачи без вращения получены распределение внутренних источников тепла (рис. 3) и зависимость выделяемой мощности в диске от частоты вращения (кривая 3, рис. 2). До 50000 об/мин петлевой индуктор более эффективен, чем стержневой индуктор. После решения тепловой задачи определено распределение температуры (рис. 3, в и рис. 4) в диске с учетом вращения в переменном электромагнитном поле.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Рис. 4. Распределение температуры по радиусу вращающегося диска.
Заключение
Разработана конечно-элементная трехмерная модель в программном комплексе ANSYS для расчета и параметров электромагнитных и температурных полей при нагреве вращающихся дисков с использованием петлевых индукторов. Получены результаты исследований влияния геометрии петлевых индукторов на распределения температур во вращающемся диске. Подтверждено дополнительное выделение тепловой энергии во вращающихся дисках, что повышает эффективность индукционного нагрева с использованием петлевых индукторов. Проанализировано влияние частоты вращения на распределение внутренних источников тепла и температуры во вращающемся диске.
Список литературы
петлевой индуктор турбина тепло
1. Кувалдин А.Б. Скоростные режимы индукционного нагрева и термонапряжения в изделиях [Текст] / А.Б. Кувалдин, А.Р. Лепешкин. Монография. Новосибирск: Изд.-во НГТУ, 2006. 286 с.
2. Пат. 2416869 Российская Федерация, МПК H02N 11/00. Способ получения энергии и устройство для его реализации / А.Б. Кувалдин, А.Р. Лепешкин, С.А. Лепешкин; Заявитель и патентообладатель НИУ “МЭИ“. - № 2010117026/07; заявл. 30.04.2010; опубл. 20.04.2011, бюл. № 11.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Достоинства и недостатки стальных дисков, их виды. Технология получения заготовки, Использование магния в производстве колесных дисков. Изготовление всей литейной оснастки с применение САD-CAM системы. Обработка колеса, окраска и контроль качества.
реферат [1,8 M], добавлен 28.11.2013Определение мощностей на валу асинхронного двигателя, вращающихся моментов и частот вращения валов. Расчет основных параметров ременной передачи. Подбор подшипников качения и шпоночных соединений. Проектирование барабана транспортера и выбор муфты.
курсовая работа [1,8 M], добавлен 13.10.2017Основные характеристики и конструкция трубчатых вращающихся печей. Тепловой и температурный режимы работы вращающихся печей. Основы расчета ТВП. Сущность печей для окислительного обжига сульфидов. Печи глиноземного производства (спекание и кальцинация).
курсовая работа [693,6 K], добавлен 04.12.2008Анализ введения в нелинейную теорию упругости и создание трехмерной модели с помощью ANSYS для исследования напряженно-деформированного состояния гиперупругих тел на примере деформации кольца. Проведение исследования методов решения нелинейных задач.
дипломная работа [647,6 K], добавлен 09.12.2021Построение трехмерной геометрической модели печи в Autodesk Inventor 10. Теплопроводность в замкнутых объемах и прослойках. Подготовка исходных данных для расчетов в Ansys. Нагрев печи без садки при свободной конвекции и схема опытной установки.
презентация [2,4 M], добавлен 12.12.2013Новые направления в проектировании индивидуального отбора игл на трикотажных машинах. Преимущества узорообразующих дисков. Высота подъема игл. Применение узорообразующих дисков с управляемыми сухариками. Выработка многоцветных жаккардовых переплетений.
реферат [859,2 K], добавлен 20.03.2012Разработка трехмерной численной модели процесса нагрева вращением цилиндрических алюминиевых заготовок в постоянном магнитном поле. Проведение параметрических исследований. Оценка влияния конструкции установки на распределение температуры в заготовке.
курсовая работа [549,8 K], добавлен 31.03.2016Выбор электродвигателя и его обоснование. Определение частоты вращения приводного вала, общего передаточного числа и разбивка его по ступеням, мощности, частоты вращения и крутящего момента для каждого вала. Расчет червячных передач, подбор смазки.
курсовая работа [286,5 K], добавлен 22.09.2013Исследование системы стабилизации частоты вращения двигателя без корректировки, а также с введённой корректирующей цепью. Передаточные функции отдельных звеньев. Исследование устойчивости системы с использованием алгебраического критерия Гурвица.
курсовая работа [522,2 K], добавлен 20.11.2013Разработка модели концентрации с учетом физических параметров жидкости. Движение жидкости в трубопроводе, в баке и в пределах зоны резания. Модель концентрации механических примесей. Использование программных продуктов для получения результатов расчета.
курсовая работа [351,0 K], добавлен 25.01.2013Определение передаточных ступеней привода, вращающихся моментов на валах, угловых скоростей, консольных сил, допускаемых напряжений. Выбор твердости, термообработки, материала колес. Расчет клиноременной передачи, энергокинематических параметров привода.
курсовая работа [1,7 M], добавлен 21.12.2012Основные характеристики ротора компрессора К398-21-1Л. Определение собственных частот и форм колебаний. Модальный анализ блочным методом Ланцоша. Статический расчет рабочих колес. Возможности решения контактных задач в программном комплексе ANSYS.
курсовая работа [4,1 M], добавлен 20.06.2014Расчет внутреннего КПД турбины и ее основных частей. Материальный баланс установки. Расчет внутренней электрической мощности, тепла турбоустановки на выработку электроэнергии, температурного напора конденсатора турбин ПТ-12-35-10М и Р-27-90/1,2.
дипломная работа [1,3 M], добавлен 15.06.2012Изучение методов моделирования в металлургии, понятие эксперимента и условия его проведения. Основные уравнения современной вычислительной гидрогазодинамики. Проведение моделирования нагрева одной, двух, четырех заготовок в печи высокоточного нагрева.
дипломная работа [11,6 M], добавлен 22.07.2012Физические основы процесса получения неразъемного соединения конструкции "Резервуар вертикальный цилиндрический стальной для хранения нефти и нефтепродуктов", а также оценка его свариваемости. Расчет температурных полей от движущихся источников тепла.
курсовая работа [1,5 M], добавлен 16.12.2012Разработка технологии белого и цветного цемента и способов газового отбеливания клинкера и его водного охлаждения. Основные компоненты сырьевой смеси для получения портландцемента. Расчет расхода сырьевых материалов и обжиг смеси во вращающихся печах.
курсовая работа [112,3 K], добавлен 11.03.2011Построение двумерной расчетной геометрической модели отливки и литейной формы, генерация конечноэлементной сетки. Моделирование температурно-фазовых полей в отливке и температурных полей в литейной форме. Расчет микро- и макропористости в отливке.
курсовая работа [1,3 M], добавлен 15.06.2015Верхний предел температур нагрева для заэвтектоидных сталей. Температура нагрева и скорость охлаждения. Изменения структуры стали при нагреве и охлаждении. Твердость и износостойкость режущего инструмента. Выбор режима охлаждения при закалке стали.
презентация [209,6 K], добавлен 14.10.2013Расчет параметров электрохимической обработки детали. Изучение процессов на поверхности твердого тела при вакуумном ионно-плазменном напылении порошка борида циркония. Анализ показателей температурных полей при наплавке покрытия плазменно-дуговым методом.
курсовая работа [2,5 M], добавлен 06.12.2013Расчет схемы замещения трехфазного трансформатора, параметров механической характеристики асинхронного электродвигателя. Зависимость частоты вращения ротора и электромагнитного момента электродвигателя от скольжения. Угловая частота вращения ротора.
контрольная работа [118,4 K], добавлен 09.02.2012
