Короткоходовой импульсный электромагнитный двигатель источника сейсмических волн Певчев Владимир Павлович

Краткое описание

Певчев Владимир Павлович. Короткоходовой импульсный электромагнитный двигатель источника сейсмических волн : диссертация ... кандидата технических наук : 05.09.01 / Певчев Владимир Павлович; [Место защиты: Сам. гос. техн. ун-т]. - Тольятти, 2008. - 165 с. : ил. РГБ ОД, 61:08-5/326

ТОЛЬЯТТИНСКИИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
На правах рукописи
04200850046
Певчев Владимир Павлову.
КОРОТКОХОДОВОЙ ИМПУЛЬСНЫЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ
ДВИГАТЕЛЬ ИСТОЧНИКА СЕЙСМИЧЕСКИХ ВОЛН
Специальность 05.09.01 - Электромеханика и электрические аппараты
диссертация на соискание учёной степени
кандидата технических наук
Научный руководитель заслуженный деятель науки и техники, д.т.н., профессор Ивашин В.В.
Тольятти
2008
Оглавление 2
Введение 4
Г лава 1. Анализ кинематических схем и параметров импульсных наземных сейсмоисточников 12
1.1 Постановка задачи 12
1.2 Предельные значения параметров воздействия на грунт 15
1.3 Краткий обзор сейсмоисточников, их конструкций, двигателей и
параметров 18
1.4 Конструктивная схема сейсмоисточника с короткоходовым
электромагнитным двигателем 27
Выводы 30
Глава 2. Математическое моделирование процесса срабатывания короткоходового электромагнитного двигателя сейсмоисточника 31
2.1 Постановка задачи 31
2.2 Модель нагрузки-грунта 33
2.3 Моделирование процесса срабатывания электромагнитного
сейсмоисточника в аналитической форме 33
2.4 Численная модель процесса срабатывания электромагнитного
сейсмоисточника и её использование при построении методики электромагнитного расчёта его двигателя 43
Выводы 60
Глава 3. Разработка методики электромагнитного расчёта короткоходового импульсного электромагнитного двигателя 61
3.1 Постановка задачи 61
3.2 Максимальные размеры электромагнита и развиваемое усилие 63
3.3 Форма и соотношения размеров электромагнита 67
3.4 Учёт параметров магнитопровода и обмотки электромагнитного
двигателя 76
3.5 Исследование и учёт влияния неравномерности рабочего зазора
короткоходового электромагнита на его характеристики 84
Выводы 98
Глава 4. Разработка системы возбуждения импульсного электромагнитного двигателя сейсмоисточника 101
4.1 Постановка задачи 101
4.2 Определение параметров режима возбуждения электромагнитного
двигателя сейсмоисточника 103
4.3 Описание систем возбуждения электромагнитного двигателя
сейсмоисточника 109
Выводы 116
Заключение 117
Список использованной литературы 120
Приложение А. Применение короткоходовых импульсных
электромагнитных двигателей 129
Приложение Б. Показатели сейсмоисточников 135
Приложение В. Акты внедрения 137
Приложение Г. Условия проведения испытаний 140
Приложение Д. Описание схем заряда накопителя и схем управления
импульсным электромагнитным двигателем 143
Приложение Е. Рекомендации по улучшению сейсмоисточников и их электромагнитных двигателей 153

Список литературы

Заключение
В результате проведенных в диссертационной работе исследований по созданию короткоходового электромагнитного двигателя для наземного им-пульсного сейсмоисточника, работающего в режиме давления, получены следующие основные результаты:
1) Установлено, что во многих известных конструкциях импульсных ис-точников сейсмических волн из-за несоответствия параметров рабочего хода их двигателей оптимальным параметрам воздействия на грунт неэффективно используется механическая энергия двигателей. Значительная часть механи-ческой энергии остаётся в реактивных элементах сейсмоисточника, а созда-ваемые деформации грунта в значительной мере неупругие. Для повышения эффективности импульсного сейсмоисточника требуется обеспечить:
- скорость движения излучателя не более 3м/с;
- длительность действия деформации грунта близкой к длительности од¬ного полупериода колебаний системы сейсмоисточник - грунт (середина диапазона между максимальным и минимальным временем действия дефор-маций для работы сейсмоисточников с усилием 105..10бН на разных грунтах составляет 5* 10"3с).
2) Создан электромагнитный двигатель целевого, для работы в составе импульсного сейсмоисточника [5], [45], назначения на основе короткоходо-вого электромагнита прямоугольной формы с продольным движению якоря магнитным потоком и магнитопроводами якоря и индуктора, шихтованными из электротехнической стали [6], [7], [47]. Он предоставляет возможность со-блюдения указанных требований и достигает соответствия основным техни-ческим показателям импульсного сейсмоисточника по развиваемой силе и длительности рабочего хода путём форсирования процесса срабатывания.
3) Разработаны и проверены экспериментально математические модели процесса срабатывания импульсного электромагнитного сейсмоисточника,
позволяющие исследовать влияние различных параметров на работу его дви-гателя, а результаты использовать при проектировании сейсмоисточников.
Выведены аналитические выражения, позволяющие рассчитывать зави-симости геофизической эффективности сейсмоисточника и длительности ра-бочего хода от величины начального зазора его двигателя при различных значениях податливости нагрузки. Например, для электромагнитного двига-теля сейсмоисточника на усилие 105..10бН рекомендуется начальный зазор 5*10’3м, при котором зависимости КПД и геофизической эффективности имеют максимумы.
4) Разработана методика электромагнитного расчёта электромагнитного двигателя сейсмоисточника, позволяющая достигать высокие значения КПД электромеханического преобразования. Методика предполагает:
а) Ограничение степени форсированного возбуждения электромагнитно-го двигателя сейсмоисточника ограничением минимальной величины КПД. Например, при увеличении вводимой в магнитное поле электромагнитного двигателя экспериментального сейсмоисточника энергии КПД уменьшается и становится менее 85% тогда, когда потери начинают расти быстрее меха-нической энергии.
б) Требование выполнять магнитопроводы импульсного электромагнит-ного двигателя шихтованными из листовой холоднокатаной изотропной электротехнической стали с большой индукцией насыщения. Например, применение стали марки 2212 позволяет при КПД электромагнитного двига-теля 85% достигать индукции магнитного поля в зазоре электромагнита 1.9Тл и 2.2Тл в полюсах индуктора.
в) Выбор действующего значения плотности тока в обмотке по условию обеспечения максимальной развиваемой электромагнитным двигателем силы (0.75А/ММ2).
г) Выбор соотношений размеров электромагнита по построенным с ис-пользованием аналитических выражений графикам. Рекомендован диапазон соотношений kg длины магнитопровода электромагнита и ширины бокового
118
полюса - 2.5..3.5, обеспечивающий требуемую по условиям работы в сейс-моисточнике длительность рабочего хода электромагнитного двигателя. До-полнительное увеличение удельной силы и уменьшение длительности рабо-чего хода достигается сужением полюсов по направлению к зазору.
д) Учёт по определённым в диссертационной работе зависимостям:
- эффекта вытеснения тока к поверхности проводника в обмотке;
- потерь в магнитопроводе;
- рассеяния и выпучивания магнитного поля;
- уменьшения развиваемого короткоходовым электромагнитным двига-телем усилия и механической энергии из-за неравномерности зазора.
5) Определены алгоритм работы и параметры системы импульсного воз¬буждения электромагнитного двигателя, при которых обеспечиваются мак¬симальные значения развиваемой силы, механической энергии и КПД элек¬тромеханического преобразования. Разработаны реализующие этот алгоритм тиристорно-конденсаторные системы возбуждения [3], [46].
Результатом исследований явились разработка и внедрение ряда кон-струкций электромагнитных сейсмоисточников (приложения А,Б,В) с ис-пользованием разработанных короткоходового импульсного электромагнит-ного двигателя и системы импульсного возбуждения магнитного поля. Неко-торые серии сейсмоисточников выпускаются в настоящее время по несколь¬ко десятков штук в год. Разработанные электромагнитный двигатель и сис¬темы возбуждения перспективны также для применения в промышленных устройствах, использующих генераторы силовых воздействий для техноло-гических целей.