Optimaalisen urituksen löytäminen suurnopeuskoneen massiiviroottorille
Kallio, Viivi (2014)
2014
Sähkötekniikan koulutusohjelma
Tieto- ja sähkötekniikan tiedekunta - Faculty of Computing and Electrical Engineering
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2014-05-05
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201405211181
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201405211181
Tiivistelmä
Pakokaasujen kierrätysjärjestelmä EGR-sovellukseen (Exhaust Gas Recirculation) tarkoitetussa suurnopeuskoneessa oli ollut aiemmin käytössä kuparipäällysteinen massiiviroottori. Sen valmistaminen on kallista ja se soveltuu huonosti massatuotantoon. Teräksinen sileä massiiviroottori ilman kuparipäällystystä on kuitenkin sähköisiltä ominaisuuksiltaan huono. Tämän työn tavoitteena on parantaa sileää massiiviroottoria suunnittelemalla sen pintaan optimaalinen uritus. Suunniteltavan moottorin nimellispyörimisnopeus on 50 krpm ja nimellisteho 20 kW.
Uritetulle roottorille luotiin Adept-ohjelmaa varten uusi malli, joka soveltui säteen suhteen suorien ja vinojen aksiaalisuuntaisten urien laskentaan. Adeptin laskennallisten tulosten avulla massiiviroottorille optimoitiin uritus, ja sen perusteella valmistettiin yksi prototyyppi. Prototyyppi testattiin ABB:n koekentällä sileän massiiviroottorin lisäksi, jonka jälkeen urituksen vaikutuksia voitiin analysoida myös testitulosten avulla.
Uritus parantaa magneettivuon tunkeutumaa roottorin pinnan sisäosiin, jonka myötä saavutetaan parempi hyötysuhde ja tehokerroin verrattuna sileään massiiviroottoriin. Uritetun roottoripinnan jäähdytys myös tehostuu, koska jäähdytyspinta-ala kasvaa. Roottorin pinnassa vaikuttavat pyörrevirrat ohjautuvat urituksen seurauksena momentin kannalta parempiin suuntiin vähentäen pyörrevirtahäviöitä. Urituksen haittana ovat kasvavat kaasukitkahäviöt, jotka ovat seurausta pinnan rosoisuudesta.
Laskennallisten tulosten perusteella voidaan sanoa urien lukumäärän ja syvyyden kasvun parantavan moottorin sähköisiä suoritusarvoja. Optimaalinen urien leveys on riippuvainen valitusta urien lukumäärästä. Urien lukumäärässä on huomioitava syntyvät värähtelyt roottoriin ja urien syvyydessä roottorin mekaaninen kestokyky. Laskennallisten tulosten perusteella säteen suhteen vinot urat eivät paranna merkittävästi moottorin sähköisiä arvoja.
Laskennallisiin ja testituloksiin vedoten todetaan roottorin urittamisen alentavan merkittävästi sileän massiiviroottorin lämpenemiä. Vertailtaessa uritetun roottorin tuloksia kuparipäällysteiseen massiiviroottoriin jäädään uritetulla versiolla melko kauas kuparipäällysteisen suoritusarvoista. Erityisesti uritetun roottorin lämpenemä oli huomattavasti suurempi kuin kuparipäällysteisen.
Uritetulle roottorille luotiin Adept-ohjelmaa varten uusi malli, joka soveltui säteen suhteen suorien ja vinojen aksiaalisuuntaisten urien laskentaan. Adeptin laskennallisten tulosten avulla massiiviroottorille optimoitiin uritus, ja sen perusteella valmistettiin yksi prototyyppi. Prototyyppi testattiin ABB:n koekentällä sileän massiiviroottorin lisäksi, jonka jälkeen urituksen vaikutuksia voitiin analysoida myös testitulosten avulla.
Uritus parantaa magneettivuon tunkeutumaa roottorin pinnan sisäosiin, jonka myötä saavutetaan parempi hyötysuhde ja tehokerroin verrattuna sileään massiiviroottoriin. Uritetun roottoripinnan jäähdytys myös tehostuu, koska jäähdytyspinta-ala kasvaa. Roottorin pinnassa vaikuttavat pyörrevirrat ohjautuvat urituksen seurauksena momentin kannalta parempiin suuntiin vähentäen pyörrevirtahäviöitä. Urituksen haittana ovat kasvavat kaasukitkahäviöt, jotka ovat seurausta pinnan rosoisuudesta.
Laskennallisten tulosten perusteella voidaan sanoa urien lukumäärän ja syvyyden kasvun parantavan moottorin sähköisiä suoritusarvoja. Optimaalinen urien leveys on riippuvainen valitusta urien lukumäärästä. Urien lukumäärässä on huomioitava syntyvät värähtelyt roottoriin ja urien syvyydessä roottorin mekaaninen kestokyky. Laskennallisten tulosten perusteella säteen suhteen vinot urat eivät paranna merkittävästi moottorin sähköisiä arvoja.
Laskennallisiin ja testituloksiin vedoten todetaan roottorin urittamisen alentavan merkittävästi sileän massiiviroottorin lämpenemiä. Vertailtaessa uritetun roottorin tuloksia kuparipäällysteiseen massiiviroottoriin jäädään uritetulla versiolla melko kauas kuparipäällysteisen suoritusarvoista. Erityisesti uritetun roottorin lämpenemä oli huomattavasti suurempi kuin kuparipäällysteisen.