Ανάλυση και σχεδιασμός συστήματος προώθησης πλοίου με ενεργά μαγνητικά έδρανα

• Κύριος συγγραφέας: Κουφοπάνος, Βασίλειος-Μενέλαος
• Άλλοι συγγραφείς: Νικολακόπουλος, Παντελής
• Μορφή: Thesis
• Γλώσσα: Greek
• Έκδοση: 2020
• Θέματα: Ενεργά μαγνητικά έδρανα; Άξονας προπέλας; Ηλεκτρομαγνήτης; Κατευθυντής PID; Δυναμική περιστρεφόμενων αξόνων; Active magnetic bearings; Propeller shaft; Electromagnet; PID controller; Rotor dynamics

Ο άξονας της προπέλας σε ένα σύστημα προώθησης πλοίου εδράζεται σε ακτινικά Υδροδυναμικά Έδρανα. Το λιπαντικό, λοιπόν, πρέπει να παρέχει πολύ υψηλές τιμές ακτινικού φορτίου, κάτι που οδηγεί σε σημαντικότατες απώλειες ενέργειας, λόγω της τριβής, αλλά και σε φθορά των υλικών εξαιτίας της επαφής. Η τεχνολογία των Ενεργών Μαγνητικών Εδράνων (ΕΜΕ) προσφέρει μία εξ αποστάσεως άσκηση δύναμης, προκαλούμενη από το μαγνητικό πεδίο ηλεκτρομαγνητών, τοποθετημένων γύρω από τον υποστηριζόμενο άξονα. Έτσι, η περιστροφή του άξονα, απηλλαγμένη από την επαφή με το έδρανο, δεν προκαλεί απώλειες τριβής ή φθορά, ενώ η συσχέτιση του ηλεκτρικού ρεύματος των ηλεκτρομαγνητών με την μαγνητική δύναμη που εφαρμόζεται στον περιστρεφόμενο άξονα, επιτρέπει τον αυτόματο έλεγχο της θέσης του άξονα σε πραγματικό χρόνο, μέσω κατάλληλου συστήματος ανάδρασης. Σκοπός της εργασίας είναι αρχικά η παρουσίαση της Φυσικής του Ηλεκτρομαγνητικού Πεδίου, καθώς και των μαθηματικών εξισώσεων που το περιγράφουν και εν συνεχεία η δημιουργία ενός μοντέλου Πεπερασμένων Στοιχείων του ΕΜΕ μέσω του λογισμικού ANSYS Multiphysics, από το οποίο μπορεί να υπολογιστεί η Μαγνητική Δύναμη. Έπειτα, χρησιμοποιείται το υπολογιστικό πακέτο MATLAB, ώστε να προσομοιωθεί το Σύστημα Αυτομάτου Ελέγχου του Εδράνου‧ ένας κατευθυντής PID επιλέγεται ως ο πλέον κατάλληλος, μιας και εξασφαλίζει τόσο ευστάθεια, όσο και μηδενικό σφάλμα στη μόνιμη κατάσταση. Εξετάζεται, ακόμη, η Δυναμική του συστήματος Ρότορα – Εδράνων (ρότορας με δύο ΕΜΕ), λαμβάνοντας υπόψιν φορτία λόγω αζυγοσταθμιών και του γυροσκοπικού φαινομένου του Ρότορα. Το Δυναμικό Σύστημα προσομοιώνεται, επίσης, στο ANSYS και, σε συνδυασμό με κατάλληλο σύστημα ελέγχου, στο MATLAB. Τα παραπάνω μοντέλα προσομοίωσης χρησιμοποιούνται, ώστε να δοκιμαστεί η συμπεριφορά του συστήματος όταν χρησιμοποιείται για πραγματικούς άξονες προπέλας και να εξαχθούν τα απαραίτητα συμπεράσματα.