Magnetic design and testing of demagnetization facility with ring-shaped coil

郭成豹，周炜昶 430033海军工程大学 电气工程学院，武汉

Chinese Journal of Ship Research - - CONTENTS -

Magnetic design and testing of demagnetization facility with ring-shaped coil GUO Chengbao，ZHOU Weichang College of Electrical Engineering，Naval University of Engineering，Wuhan 430033，China

Abstract：［Objectives］ In order to achieve the fast and high quality demagnetization of ships，a new demagnetization technique adopting a ring-shaped working coil is proposed. ［Methods］ First， the electromagnetic design of the demagnetization facility with a ring-shaped working coil is studied comprehensively， including the main framework， theoretical analysis， simulation and calculation of electromagnetic data. Next， in the north-south direction and east-west direction， a model of the demagnetization facility with a ring-shaped working coil is constructed and demagnetization tests carried out on models of two types of surface ship and two types of underwater ship. Finally，the feasibility of the demagnetization facility with a ring-shaped working coil is analyzed.［Results］ The theoretical analysis and ship model test results show that the demagnetization facility with a ring-shaped working coil has advantages in the east-west direction because of the easily adjusted demagnetization currents，good demagnetization results， very fast demagnetization speed and low construction cost advantage. ［Conclusions］ The results of this paper show that this proposal is especially suitable for the demagnetization of underwater ships.

Key words：electromagnetism；ship magnetic fields；demagnetization；ring-shaped working coil；ship

model experiments

0引言

1 环形工作线圈退磁设施设计方案

2 船模退磁试验研究

2船模试验分为 种情况：东西航向和南北航2向，对比这 种情形下船模退磁质量的高低，选择最优化的退磁设施设计方案。

2.1 试验装置——环形工作线圈退磁设施物理模型

1）东西航向退磁设施物理模型。3~图5东西航向退磁设施物理模型结构如图3所示，包括工作线圈和垂向、横向、纵向 种补偿1线圈，具体参数如表 所示。2）南北航向退磁设施物理模型。6~图8南北航向退磁设施物理模型结构如图2所示，包括工作线圈和垂向、纵向 种补偿线圈， 2具体参数如表 所示。

1m估线上纵向 长的范围内，工作磁场纵向分量3 300 A/m峰值约为 ；当纵向补偿线圈安匝量为38 AT 1m时，在评估线上纵向 长的范围内，纵向40 A/m；当横向补偿线补偿磁场纵向分量值约为28 AT、小圈安匝量为280 AT圈大圈安匝量为 时， 1.5 m在评估线上纵向 长的范围内，横向补偿磁场40 A/m；当垂向补偿线圈安匝量横向分量值约为127 AT 8m为 时，在评估线上纵向 长的范围内，垂40 A/m。向补偿磁场垂向分量值约为南北航向退磁设施物理模型磁场模拟仿真如10 0.5 m图 所示，定义距离线圈底部 高度（大约是船模的水线位置）的船模运动路径为线圈磁场评估线。 6 7线圈仿真尺寸如图 和图 所示。其中，当3 182 AT环形工作线圈峰值安匝量约为 时，在距0.5 m离线圈底部 高度（大约是船模的水线位置） 1m的船模运动路径上纵向 长范围内，工作磁场3 300 A/m；当纵向补偿线圈安纵向分量峰值约为38 AT 0.5 m匝量为 时，在距离线圈底部 高度的船1m模运动路径上纵向 长范围内，纵向补偿磁场40 A/m；当垂向补偿线圈安匝量纵向分量值约为127 AT 0.5 m为 时，在距离线圈底部 高度的船模8m运动路径上纵向 长范围内，垂向补偿磁场垂40 A/m。向分量值约为

2.3 船模退磁试验

4种船模试验分别在水面船舶、水下船舶等2磁性船模上进行，包括南北航向、东西航向 种状态。

2.3.1 水面船舶1的船模试验

1）船模参数：长度4.20 m，宽度0.43 m。2）退磁试验过程及试验结果。（1 ）东西航向退磁试验。东西航向退磁时， 30A 0A，工作线圈电流 ；纵向补偿线圈电流-10 A横向补偿线圈电流 ，垂向补偿线圈电流-15.5 A。原始磁场最小值5，最大值39；退磁结果最小值-2，最大值3。（2 ）南北航向退磁试验。南北航向退磁时， 30A 4.5 A，垂工作线圈电流 ；纵向补偿线圈电流向补偿线圈电流-15 A。原始磁场最小值-70，最 100；退磁结果最小值-9，最大值14。大值（3 ）试验结果分析。东西航向退磁时，补偿电流容易调节，通电次数少，且可以达到要求，能达到非常好的退磁效果。南北航向退磁时，补偿电流难以调节，通电次数多，且最终无法达到要求，退磁效果较差。

2.3.2 水面船舶2的船模试验

1）船模参数：长度4.86 m，宽度0.53 m。2）退磁试验过程及试验结果。（1 ）东西航向退磁试验。东西航向退磁时， 30A 0A工作线圈电流 ；纵向补偿线圈电流 ，横向0A ，垂向补偿线圈电流-20 A。原补偿线圈电流 -12 52始磁场最小值 ，最大值 ；退磁结果最小值-5，最大值4。（2 ）南北航向退磁试验。南北航向退磁时， 30A 6.5 A工作线圈电流 ；纵向补偿线圈电流 ，垂向补偿线圈电流-15 A。原始磁场最小值-21，最94；退磁结果最小值-4，最大值20。大值 3 （ ）试验结果分析。东西航向退磁时，补偿电流容易调节，通电次数少，且可以达到非常好的退磁效果。南北航向退磁时，补偿电流难以调节，通电次数多，且最终无法达到要求，退磁效果较差。

2.3.3 水下船舶1的船模试验

1）船模参数：长度3.09 m，宽度0.30 m。2）退磁试验过程及试验结果。（1 ）东西航向退磁试验。东西航向退磁时， 30A ；纵向补偿线圈-0.8 A，横向补工作线圈电流偿线圈电流-10 A，垂 流-19 A。原向补偿线圈电-40 89始磁场最小值 ，最大值 ；退磁结果最小值-5，最大值3。（2 ）南北航向退磁试验。南北航向退磁时， 30A 6.5 A，垂工作线圈电流 ；纵向补偿线圈电流向补偿线圈电流-15 A。原始磁场最小值-26，最10；退磁结果最小值-9，最大值9。大值（3 ）试验结果分析。东西航向退磁时，补偿电流容易调节，通电次数少，且可以达到非常好的退磁效果。南北航向退磁时，补偿电流难以调节，通电次数多，且最终无法达到要求，退磁效果较差。

2.3.4 水下船舶2的船模试验

1）船模参数：长度3.06 m，宽度0.31 m。2）退磁试验过程及试验结果。（1 ）东西航向退磁试验。东西航向退磁时， 30A ；纵向补偿线圈-2.1 A，横向补工作线圈电流偿线圈电流-20 A，垂 流-18 A。原向补偿线圈电始磁场最小值-8，最大值72；退磁结果最小值-3，

4。最大值（2 ）南北航向退磁试验。南北航向退磁时， 30A 5.5 A，垂工作线圈电流 ；纵向补偿线圈电流-17.5 A。原始磁场最小值-40，向补偿线圈电流25；退磁结果最小值-3，最大值3。最大值（3 ）试验结果分析。东西航向退磁时，补偿电流容易调节，通电次数少，且可以达到要求，能达到非常好的退磁效果。南北航向退磁时，补偿电流较难调节，通电次数多，但最终可以达到要求。

3 实船退磁可行性分析

3.1 工作线圈布置

2.3.5 船模退磁试验结果分析

3船模退磁的试验结果如表 所示。从表中可4以看出，在东西航向，种船模都可以以较少的通电次数达到合格要求；而在南北航向，通电次数较多，3种船模均无法达到要求，1种船模经过多次调整可以达到要求。可见，在东西航向退磁比在

3.2 补偿线圈布置

3根据表 可知，在东西航向，纵向补偿线圈最2.1 A，则 2.1×10=21 AT；横大电流为 其安匝量为20A向补偿线圈最大电流为 ，则其安匝量为大圈20×3=60 AT，小圈 20×30=600 AT；垂向补偿线圈20A 20×10=200 AT。最大电流值 ，则其安匝量为30，就可以得到实际将上述安匝量乘以比例系数 4退磁设施所需要的安匝量，如表 所示。

3.3 退磁工艺

12工作电流的波形如图 所示，采用通用的整流退磁电源供电。

3.4 电缆和电源参数的选择

5所示。实际退磁设施总的电缆和电源需求如表

3.5 实际退磁设施总体布置和使用方法

4实际退磁设施中，主要包括 个主要组成部分：线圈系统、电源系统、测磁系统和控制系统。13如图 所示，岸上布置了电源室和控制室，海中布置了线圈系统和测磁阵列。进行船舶退磁时，被退磁船舶按照规定的航迹航行穿过环形工作线圈进行磁性处理，然后从测磁阵列上方通过，检测其磁场特征。如果没有达到合格指标，则调整补偿电流，被退磁船舶再次航行穿过环形工作线圈进行磁性处理，直到合格为止。一般情况下，被退磁船舶穿过环形工作线圈3～ 5kn时，应保持在 的航速匀速通过。首次退磁10～16的船舶， 个航次就可处理到合格，退磁速4h/ 5～8度可以达到 艘；非首次退磁船舶 个航次2h/就可以达到合格要求，退磁速度可以达到 艘。

4结语

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10图 评估线的定义（南北航向） Fig.10 Definition of evaluation line（north-south direction）

11图 退磁设施工作线圈布置Fig.11 The working coils of the deperming station

13图 实际退磁设施的布置图Fig.13 The arrangement plan of the deperming station

12图 工作电流波形Fig.12 The waveforms of the working current