[Simcenter 3D] 터보 기계의 능동 자기 베어링

소개

터보 기계에서 능동 자기 베어링을 사용하면 많은 이점이 있습니다. 고속 터보 압축기, 펌프, 터빈은 이를 활용하여 시스템의 마찰을 줄여 효율을 높이고 기계의 수명을 늘립니다. 이러한 터보 기계에서는 베어링 하우징 내부의 전자기장에서 샤프트가 공중에 떠 있는 상태로 유지됩니다. 이는 센서 위치에서 측정된 진동을 통해 샤프트에 가해지는 전자기력을 제어하는 디지털 컨트롤러와 전송 기능 덕분에 가능합니다.

능동형 자기 베어링을 위한 심센터 3D 첨단 기능

이제 Simcenter 3D 2512에서 로터 동역학 시뮬레이션에서 능동 자기 베어링을 정의할 수 있습니다. 능동 자기 베어링은 자기 당김과 센서 노드의 로터 변위를 모니터링하는 디지털 컨트롤러를 사용합니다. 디지털 컨트롤러는 일련의 분석 기능을 통해 변위를 전송한 다음 이러한 기능의 결과를 액추에이터 노드로 전송하여 힘 부하를 사용하여 로터의 위치를 조정합니다. 자기 베어링의 효과는 캠벨 다이어그램, 복잡한 모드, 주파수 영역에서 시스템의 응답에서 관찰할 수 있습니다.

능동 자기 베어링 워크플로우

1단계: 컨트롤러의 전송 기능 준비

컨트롤러의 전송 함수인 F(들)는 컨트롤러 빌딩 블록에 캡슐화된 하나 또는 여러 개의 분석 함수로 구성할 수 있습니다. 원하는 유형의 분석 함수를 선택하고 매개변수를 설정하여 컨트롤러 빌딩 블록을 준비합니다. 선택적으로 기존 시뮬레이션에서 빌딩 블록을 가져올 수도 있습니다.

qout = F(s)qin

어디에서:

qout은 라플라스 도메인의 액추에이터 출력(힘)입니다

Qin은 라플라스 도메인의 센서 입력(displace)입니다

F(s)는 변환 함수의 라플라스 변환으로, 모든 초기 조건이 0으로 가정됩니다

s는 라플라스 변수입니다

2단계: 모델과 디지털 컨트롤러 준비하기

반경 방향 베어링이나 부싱에서 발생하는 자기적 인력을 음의 강성으로 모델링합니다

센서 노드, 액추에이터 노드, 구성 요소, 이득 값, 하나 이상의 빌딩 블록 선택을 통해 디지털 컨트롤러(싱글 입력 – 싱글 출력)를 준비합니다. 여러 빌딩 블록을 선택하면 해당 전송 함수가 곱해집니다.

2D 푸리에 모델이나 슈퍼 요소와 같은 로터의 심센터 3D 모델링 기능은 새로운 디지털 컨트롤러와 함께 사용할 수 있습니다.

3단계: SOL 414 분석을 통한 시뮬레이션

능동 자기 베어링은 복잡한 모달 분석이나 주파수 영역에서의 강제 응답을 위해 활성화됩니다. 그런 다음 이들의 효과는 동기 또는 비동기 부하 하에서 시스템의 캠벨 다이어그램이나 응답 함수에서 확인할 수 있습니다.

[출처] https://blogs.sw.siemens.com/simcenter/simcenter-3d-2512-active-magnetic-bearings-in-turbomachines/