Magnetlagerauslegung unter Nutzung der Particle-Swarm-Optimization

Die Auslegung von Magnetlagern erfolgt in der Regel durch Fachpersonal in einem iterativen zeitaufwendigen Prozess. Dies stellt einen großen Kostenfaktor bei der Entwicklung magnetgelagerter Maschinen oder der Umrüstung konventionell gelagerter Maschinen dar. Aus diesem Grund wurde ein Softwarewerkzeug entwickelt, welches eine automatisierte, optimale Auslegung von Magnetlagern auf Basis der Particle-Swarm-Optimization ermöglicht. Dabei wurden auch Temperatureinflüsse berücksichtigt, sodass eine Auslegung von Magnetlagern für erweiterte Temperaturbereiche möglich ist (Hochtemperatur-Magnetlager).The design of magnetic bearings is usually carried out by specialist personnel in an iterative time-consuming process. This represents a major cost factor in the development of machines with magnetic bearings or the retrofitting of machines with conventional bearings. For this reason, a software tool was developed that enables an automated, optimal design of magnetic bearings based on Particle-Swarm Optimization. Temperature influences were also taken into account, so that a design of magnetic bearings for extended temperature ranges is possible (high-temperature magnetic bearings)

Entwicklung des Softwarewerkzeuges Rotor Element Dynamics – Calculation and Analysis Tool (RED–CAT)

Die Kenntnis der dynamischen Eigenschaften von Turbomaschinenrotoren sind bei magnetgelagerten Maschinen von entscheidender Bedeutung für den sicheren Betrieb und die Regelung. Besonders der Temperatureinfluss auf die Materialien und die Eigenformen müssen dabei berücksichtigt werden. In diesem Beitrag wird ein MATLAB-Tool vorgestellt mit dem es möglich ist, die Eigenfrequenzen und -formen für magnetgelagerte Turbomaschinen zu berechnen und das Rotormodell für dynamische Simulationen zu erstellen. Es wird auf die zu Grunde liegende Mathematik eingegangen und die Implementierung vorgestellt. Die bisher erreichten Ergebnisse und die Implementierung in ein Simulationsmodell für eine magnetgelagerte Maschine werden gezeigt.Knowledge of the dynamic properties of turbomachinery rotors is of crucial importance for safe operation and control in machines with magnetic bearings. Especially the temperature influence on the materials and the eigenmodes have to be considered. In this paper, a MATLAB tool is presented with which it is possible to calculate the natural frequencies and shapes for magnetically levitated turbomachinery and to create the rotor model for dynamic simulations. The underlying mathematics is discussed and the implementation is presented. The results achieved so far and the implementation in a simulation model for a machine with magnetic bearings are shown

Entwicklung und Bau eines neuartigen magnetischen Momentenlagers

In der Regel wird die vollständig aktive Magnetlagerung eines Rotors durch zwei Radial- und ein Axialmagnetlager realisiert. Für Anwendungen, bei denen die axiale Ausdehnung des Rotors zur Unterbringung eines zweiten Radiallagers nicht ausreicht, sind alternative Lösungsansätze notwendig. Nachfolgend wird die Auslegung, Simulation und experimentelle Validierung am Beispiel eines Demonstrators in Außenläuferbauweise vorgestellt. Außerdem werden der Bau und die Inbetriebnahme eines Prototyps zur Lagerung eines Computertomographen vorgestellt.The active magnetic suspension of a rotor is generally realized by two radial and one axial magnetic bearing. For applications in which the axial expansion of the rotor is not sufficient to accommodate a second radial bearing, alternative solutions are required. In the following, the design, simulation and experimental validation are presented using the example of a demonstrator in external rotor design. The construction and commissioning of a prototype bearing for a computer tomograph is also presented

Entwicklung und Test eines Hochtemperatur-Sensorsystems für den Einsatz an Turbomaschinen

Hochtemperaturmagnetlager in Turbomaschinen erfordern Lagesensoren, die den Umgebungsbedingungen ebenfalls dauerhaft standhalten und den Lagereglern hinreichend genaue und störungsfreie Informationen über die Rotorpositionen kontinuierlich zur Verfügung stellen. Ausgehend von den Einsatzbedingungen wurden mögliche Messprinzipien untersucht. In einem zweiten Schritt erfolgte die Recherche zu temperaturbeständigen Werkstoffen für die Sensorkomponenten und auf Basis einer Marktanalyse wurde deren Verfügbarkeit geprüft. Im Anschluss wurde ein kombinierter induktiver Radial-Axial-Lagesensor als Prototyp für den Einsatz am Magnet- und Fanglagerprüfstand MFLP ausgelegt. Dazu wurde ein analytischer Auslegungsalgorithmus für schnelle Auslegungsrechnungen erstellt und in MATLAB umgesetzt. Aufbauend auf den Ergebnissen der Auslegung wurde der Sensor konstruiert und gefertigt. Parallel dazu wurde eine Sensorelektronik entwickelt. Das Paper beschreibt die Auslegung und Konstruktion des Sensors und die Entwicklung der dazugehörigen Elektronik.High-temperature magnetic bearings in turbomachinery require position sensors that can also withstand the ambient conditions permanently. This measurement system continuously provide the position controllers with sufficiently accurate and interference-free information about the rotor positions. Based on the operating conditions, suitable measurement principles were investigated. Furthermore suitable temperature-resistant materials for the sensor components were identified and their availability was checked based on a market analysis. Subsequently, a combined inductive radial-axial position sensor was developed. The demonstrator was designed for air gap measurements at the MFLP - a test rig for magnetic and backup bearings. For this purpose, an analytical design algorithm for fast design calculations was created and implemented in MATLAB. Based on the design results, the sensor was designed and manufactured. In parallel, sensor electronics were developed. The paper describes the design and construction of the sensor and the development of the associated electronics

Magnetlagerauslegung unter Nutzung der Particle-Swarm-Optimization

Die Auslegung von Magnetlagern erfolgt in der Regel durch Fachpersonal in einem iterativen zeitaufwendigen Prozess. Dies stellt einen großen Kostenfaktor bei der Entwicklung magnetgelagerter Maschinen oder der Umrüstung konventionell gelagerter Maschinen dar. Aus diesem Grund wurde ein Softwarewerkzeug entwickelt, welches eine automatisierte, optimale Auslegung von Magnetlagern auf Basis der Particle-Swarm-Optimization ermöglicht. Dabei wurden auch Temperatureinflüsse berücksichtigt, sodass eine Auslegung von Magnetlagern für erweiterte Temperaturbereiche möglich ist (Hochtemperatur-Magnetlager).The design of magnetic bearings is usually carried out by specialist personnel in an iterative time-consuming process. This represents a major cost factor in the development of machines with magnetic bearings or the retrofitting of machines with conventional bearings. For this reason, a software tool was developed that enables an automated, optimal design of magnetic bearings based on Particle-Swarm Optimization. Temperature influences were also taken into account, so that a design of magnetic bearings for extended temperature ranges is possible (high-temperature magnetic bearings)

Magnetlagerauslegung unter Nutzung der Particle-Swarm-Optimization

Die Auslegung von Magnetlagern erfolgt in der Regel durch Fachpersonal in einem iterativen zeitaufwendigen Prozess. Dies stellt einen großen Kostenfaktor bei der Entwicklung magnetgelagerter Maschinen oder der Umrüstung konventionell gelagerter Maschinen dar. Aus diesem Grund wurde ein Softwarewerkzeug entwickelt, welches eine automatisierte, optimale Auslegung von Magnetlagern auf Basis der Particle-Swarm-Optimization ermöglicht. Dabei wurden auch Temperatureinflüsse berücksichtigt, sodass eine Auslegung von Magnetlagern für erweiterte Temperaturbereiche möglich ist (Hochtemperatur-Magnetlager).The design of magnetic bearings is usually carried out by specialist personnel in an iterative time-consuming process. This represents a major cost factor in the development of machines with magnetic bearings or the retrofitting of machines with conventional bearings. For this reason, a software tool was developed that enables an automated, optimal design of magnetic bearings based on Particle-Swarm Optimization. Temperature influences were also taken into account, so that a design of magnetic bearings for extended temperature ranges is possible (high-temperature magnetic bearings)

Entwicklung des Softwarewerkzeuges Rotor Element Dynamics – Calculation and Analysis Tool (RED–CAT)

Die Kenntnis der dynamischen Eigenschaften von Turbomaschinenrotoren sind bei magnetgelagerten Maschinen von entscheidender Bedeutung für den sicheren Betrieb und die Regelung. Besonders der Temperatureinfluss auf die Materialien und die Eigenformen müssen dabei berücksichtigt werden. In diesem Beitrag wird ein MATLAB-Tool vorgestellt mit dem es möglich ist, die Eigenfrequenzen und -formen für magnetgelagerte Turbomaschinen zu berechnen und das Rotormodell für dynamische Simulationen zu erstellen. Es wird auf die zu Grunde liegende Mathematik eingegangen und die Implementierung vorgestellt. Die bisher erreichten Ergebnisse und die Implementierung in ein Simulationsmodell für eine magnetgelagerte Maschine werden gezeigt.Knowledge of the dynamic properties of turbomachinery rotors is of crucial importance for safe operation and control in machines with magnetic bearings. Especially the temperature influence on the materials and the eigenmodes have to be considered. In this paper, a MATLAB tool is presented with which it is possible to calculate the natural frequencies and shapes for magnetically levitated turbomachinery and to create the rotor model for dynamic simulations. The underlying mathematics is discussed and the implementation is presented. The results achieved so far and the implementation in a simulation model for a machine with magnetic bearings are shown

Entwicklung des Softwarewerkzeuges Rotor Element Dynamics – Calculation and Analysis Tool (RED–CAT)

Die Kenntnis der dynamischen Eigenschaften von Turbomaschinenrotoren sind bei magnetgelagerten Maschinen von entscheidender Bedeutung für den sicheren Betrieb und die Regelung. Besonders der Temperatureinfluss auf die Materialien und die Eigenformen müssen dabei berücksichtigt werden. In diesem Beitrag wird ein MATLAB-Tool vorgestellt mit dem es möglich ist, die Eigenfrequenzen und -formen für magnetgelagerte Turbomaschinen zu berechnen und das Rotormodell für dynamische Simulationen zu erstellen. Es wird auf die zu Grunde liegende Mathematik eingegangen und die Implementierung vorgestellt. Die bisher erreichten Ergebnisse und die Implementierung in ein Simulationsmodell für eine magnetgelagerte Maschine werden gezeigt.Knowledge of the dynamic properties of turbomachinery rotors is of crucial importance for safe operation and control in machines with magnetic bearings. Especially the temperature influence on the materials and the eigenmodes have to be considered. In this paper, a MATLAB tool is presented with which it is possible to calculate the natural frequencies and shapes for magnetically levitated turbomachinery and to create the rotor model for dynamic simulations. The underlying mathematics is discussed and the implementation is presented. The results achieved so far and the implementation in a simulation model for a machine with magnetic bearings are shown

Entwicklung und Bau eines neuartigen magnetischen Momentenlagers

In der Regel wird die vollständig aktive Magnetlagerung eines Rotors durch zwei Radial- und ein Axialmagnetlager realisiert. Für Anwendungen, bei denen die axiale Ausdehnung des Rotors zur Unterbringung eines zweiten Radiallagers nicht ausreicht, sind alternative Lösungsansätze notwendig. Nachfolgend wird die Auslegung, Simulation und experimentelle Validierung am Beispiel eines Demonstrators in Außenläuferbauweise vorgestellt. Außerdem werden der Bau und die Inbetriebnahme eines Prototyps zur Lagerung eines Computertomographen vorgestellt.The active magnetic suspension of a rotor is generally realized by two radial and one axial magnetic bearing. For applications in which the axial expansion of the rotor is not sufficient to accommodate a second radial bearing, alternative solutions are required. In the following, the design, simulation and experimental validation are presented using the example of a demonstrator in external rotor design. The construction and commissioning of a prototype bearing for a computer tomograph is also presented