РАСПРЕДЕЛЕНИЕ  ЭНЕРГИИ  ПО  ЗАЗОРУ  ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО  ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ  СО  СЛОЖНОЙ  ГЕОМЕТРИЕЙ  РАБОЧИХ  ПОВРХНОСТЕЙ

Охотников  Михаил  Валерьевич

аспирант,  УГАТУ,  г.  Уфа

E-mail:  oxothukob@mail.ru

В  нефтяной  и  газовой  промышленности  при  обслуживания  трубопроводов  нередким  стало  использование  внутритрубных  мобильных  комплексов.  Конструктивно  мобильные  комплексы  подразделяются  по  способу  перемещения,  конструктивному  исполнению,  способу  питания  и  типу  приводного  элемента.  Актуальной  научно-технической  задачей  является  достоверная  оценка  технических  параметров  приводных  элементов  в  рабочих  режимах.  Исходя  из  рассмотренных  в  [1]  конструктивных  исполнений  электромагнитных  преобразователей,  использование  которых  предполагается  в  качестве  приводных  элементов  электротехнического  трубоходного  комплекса,  следует  необходимость  в  оценке  эффективности  применения  в  них  сложной  формы  рабочего  зазора  (Рисунок  1).  Рассматриваемые  конструкции  представляют  из  себя  статор  выполненный  из  электротехнической  стали  с  размещенной  на  нем  намагничивающей  обмоткой,  рабочие  поверхности  которого  выполнены  сложной  формы.  Подвижный  элемент  (ПВЭ)  выполнен  с  возможностью  поворота  относительно  оси  вращения.  Рабочие  поверхности  ПВЭ  совпадают  по  форме  и  размерам  с  рабочими  поверхностями  статора.  Ось  вращения  в  зависимости  от  конструкции  располагается  у  основания  рабочих  поверхностей  статора  либо  на  некотором  расстоянии  от  неё.

Значение  энергии  распределенной  по  рабочему  зазору  электромагнитного  преобразователя  определяется  по  классическим  уравнениям  [3]

  (1)

где:    —  ток  в  витке  катушки; 

    —  индуктивность  катушки  преобразователя. 

Рисунок  1.  Расчетная  схема  рабочего  зазора  привода  со  сложной  формой  рабочих  поверхностей  статора  и  подвижного  элемента

  (2)

где:    Гн/м  —  магнитная  проницаемость  вакуума; 

  —  число  витков  катушки;

  —  средняя  площадь  поперечного  сечения  витка  катушки; 

  —  длинна  линии  магнитной  индукции.

Суммарная  длина  катушки  индуктивности  рассматривается  совместно  с  величиной  рабочего  зазора,  что  позволит  учитывать  неравномерность  распределения  энергии  у  рабочей  поверхности  статора

  (3)

где:    —  высота  катушки; 

  —  величина  рабочего  зазора.

  (4)

где:    —  длина  статора; 

  —  длина  ломаного  участка  статора;

  —  угол  между    и    при  притянутом  к  статору  якоре; 

  —  угол  отклонения  ПВЭ  приводного  элемента, 

  —  угол  наклона  ломаного  участка  рабочей  поверхности  статора. 

Таким  образом  энергия  магнитного  поля  определяется  как

  (5)

Для  обоснования  подъема  оси  вращения  ПВЭ  над  рабочей  поверхностью    также  при  различном  исполнении  приводного  элемента  воспользуемся  компьютерным  моделированием  распределения  энергии  магнитного  поля  по  рабочему  зазору.

Моделирование  проведено  при  следующих  значениях  угла  поворота  ПВЭ,  относительно  оси  вращения:  ,  ,  ,  .  На  рисунке  2  и  3  показаны:  кривая  1  —  статическое  распределение  энергии  магнитного  поля  вдоль  рабочего  зазора  приводного  элемента  без  геометрических  особенностей  полюса  статора  и  ПВЭ,  классический  приводной  элемент  с  поворотным  ПВЭ  у  которого  ось  вращения  находится  у  основания  участка  ,  2  —  статическое  распределение  энергии  магнитного  поля  вдоль  зазора  приводного  элемента  без  геометрических  особенностей  полюса  статора  и  ПВЭ,  классический  приводной  элемент  с  поворотным  ПВЭ  у  которого  ось  вращения  поднята  на  высоту  ,  3  —  статическое  распределение  энергии  магнитного  поля  вдоль  зазора  приводного  элемента  со  сложными  рабочими  поверхностями  статора  и  ПВЭ,  у  которого  ось  вращения  находится  у  основания  участка  ,  4  —  статическое  распределение  энергии  магнитного  поля  вдоль  рабочего  зазора  приводного  элемента  со  сложной  формой  рабочих  поверхностей  статора  и  ПВЭ  с  поднятой  осью  вращения  на  высоту  .

Рисунок  2.  Статическое  распределение  энергии  магнитного  поля  по  рабочему  зазору  приводного  элемента  при  угле  поворота  ПВЭ  0  и  3  градуса

Рисунок  3.  Статическое  распределение  энергии  магнитного  поля  по  рабочему  зазору  приводного  элемента  при  угле  поворота  ПВЭ  6  и  11  градусов

Как  следует  из  графиков  на  рисунке  1  и  рисунке  2,  при  поднятии  оси  вращения  ПВЭ  относительно  рабочей  поверхности    статора  происходит  перераспределение  энергии  магнитного  поля  в  рабочем  зазоре,  при  котором  центр  сосредоточения  энергии  смещается  относительно  оси  вращения  в  зону  преломления  рабочей  поверхности  статора  и  ПВЭ  независимо  от  угла  отклонения  ПВЭ.  В  свою  очередь  данный  факт  свидетельствует  о  перераспределении  магнитного  потока  по  рабочему  зазору.

Таким  образом  из  проведенного  анализа  можно  заключить,  что  смещение  основной  части  магнитного  потока  по  рабочему  зазору  в  зону  противоположную  оси  вращения,  повлияет  на  увеличение  тяговой  характеристики  рассматриваемых  конструктивных  исполнений  приводных  элементов,  а  как  следствие  повлияет  на  результирующий  момент  создаваемый  данным  приводным  элементом  [3].

Список  литературы:

1.Охотников  М.В.,  Исмагилов  Ф.Р.  Определение  геометрических  параметров  рабочего  зазора  клапанного  электромагнита  с  измененной  формой  полюса  и  якоря  /  Охотников  М.В.,  Исмагилов  Ф.Р.  //  Всероссийская  научно-практическая  конференция,  посвященная  80-летию  УГАТУ.  —  2012.  —  Часть  1.  —  С.  57—60.

2.Охотников  М.В.,  Исмагилов  Ф.Р.,  Хайруллин  И.Х.  Моделирование  линейного  шагового  электромагнитного  двигателя.  //  Вестник  УГАТУ.  —  2012.  —  №  8  —  С.  147—149.

3.Сливинская  А.Г.,  Электромагниты  и  постоянные.  М.,  «Энергия»,  1972.  —  248  с.