Kosketuksettomat magneettilaakerit: laite, ominaisuudet, edut ja haitat

Kun puhutaan magneettisista laakereista tai kosketuksettomista jousituksista, emme voi jättää huomioimatta niiden merkittäviä ominaisuuksia: ei vaadi voitelua, ei hankaavia osia, joten ei kitkahäviöitä, erittäin alhainen tärinätaso, suuri suhteellinen nopeus, alhainen energiankulutus, automaattinen ohjaus ja laakerien valvonta järjestelmä, tiivistyskyky.

Kaikki nämä edut tekevät magneettilaakereista parhaita ratkaisuja moniin sovelluksiin: kaasuturbiineihin, kryogeeniseen teknologiaan, nopeisiin sähkögeneraattoreihin, tyhjiolaakeisiin, erilaisiin metallinleikkauskoneisiin ja muihin laitteisiin, mukaan lukien korkean tarkkuuden ja nopeat laitteet. (noin 100 000 rpm), jossa mekaanisten häviöiden, häiriöiden ja virheiden puuttuminen on tärkeää.

Pohjimmiltaan magneettiset laakerit luokitellaan kahteen tyyppiin: passiiviset ja aktiiviset magneettilaakerit. Valmistetaan passiivisia magneettilaakereita perustuu kestomagneetteihin, mutta tämä lähestymistapa on kaukana ihanteellisesta, joten sitä käytetään harvoin.Joustavampia ja laajempia teknisiä mahdollisuuksia avaavat aktiiviset laakerit, joissa johdinkäämien vaihtovirrat synnyttävät magneettikentän.

Kuinka kosketukseton magneettilaakeri toimii

Aktiivisen magneettisen jousituksen tai laakerin toiminta perustuu sähkömagneettisen levitaation periaatteeseen – levitaatioon sähkö- ja magneettikenttiä käyttäen. Tässä akselin pyöriminen laakerissa tapahtuu ilman pintojen fyysistä kosketusta toisiinsa. Tästä syystä voitelu on täysin poissuljettua, eikä mekaanista kulumista edelleenkään esiinny. Tämä lisää koneiden luotettavuutta ja tehokkuutta.

Asiantuntijat huomauttavat myös, että on tärkeää seurata roottorin akselin asentoa. Anturijärjestelmä tarkkailee jatkuvasti akselin asentoa ja antaa signaaleja automaattiselle ohjausjärjestelmälle tarkkaa paikannusta varten säätämällä staattorin paikannusmagneettikenttää - vetovoimaa halutulla akselin puolella vahvistetaan tai heikennetään säätämällä virtaa aktiivisten laakereiden staattorikäämit .

Kaksi kartioaktiivista laakeria tai kaksi radiaali- ja yksi aksiaalilaakeri mahdollistavat roottorin ripustamisen ilman kosketusta kirjaimellisesti ilmaan. Kardaaniohjausjärjestelmä toimii jatkuvasti, se voi olla digitaalinen tai analoginen. Tämä tarjoaa korkean pitolujuuden, suuren kuormituskapasiteetin sekä säädettävän jäykkyyden ja iskunvaimennuksen. Tämä tekniikka mahdollistaa laakerien työskentelyn matalissa ja korkeissa lämpötiloissa, tyhjiössä, suurilla nopeuksilla ja olosuhteissa, joissa steriiliyden vaatimukset ovat lisääntyneet.

Aktiivinen kosketukseton magneettilaakerilaite

Edellä olevan perusteella on selvää, että aktiivisen magneettisen jousitusjärjestelmän pääosat ovat: magneettilaakeri ja automaattinen elektroninen ohjausjärjestelmä. Sähkömagneetit vaikuttavat roottoriin koko ajan eri puolilta ja niiden toiminta on alisteinen elektroniselle ohjausjärjestelmälle.

Säteittäinen magneettilaakeriroottori on varustettu ferromagneettisilla levyillä, joihin vaikuttaa staattorin käämeistä tuleva retentiivinen magneettikenttä, jonka seurauksena roottori ripustetaan staattorin keskelle koskettamatta sitä Induktiiviset anturit valvovat staattorin asentoa. roottoria aina. Mikä tahansa poikkeama oikeasta asennosta johtaa signaaliin, joka lähetetään säätimelle roottorin palauttamiseksi haluttuun asentoon. Säteittäinen välys voi olla 0,5 - 1 mm.

Magneettinen tukilaakeri toimii samalla tavalla. Vetolevyn akseliin on kiinnitetty rengasmaiset sähkömagneetit. Sähkömagneetit sijaitsevat staattorissa. Aksiaalisensorit sijaitsevat akselin päissä.

Koneen roottorin luotettavaksi pitämiseksi sen pysähdyksissä tai kiinnitysjärjestelmän vioittuessa käytetään turvakuulalaakereita, jotka on kiinnitetty siten, että niiden ja akselin välinen rako on asetettu puoleen magneettilaakerista .

Automaattinen ohjausjärjestelmä sijaitsee kaapissa ja vastaa sähkömagneettien läpi kulkevan virran oikeasta moduloinnista roottorin asentoanturien signaalien mukaisesti. Vahvistimien teho liittyy sähkömagneettien maksimivoimakkuuteen, ilmaraon kokoon ja järjestelmän reaktioaikaan roottorin asennon muutokseen.

Mahdollisuudet kosketuksettomille magneettilaakereille

Suurin mahdollinen roottorin nopeus säteittäisessä magneettilaakerissa rajoittaa vain ferromagneettisten roottorilevyjen kyky vastustaa keskipakovoimaa. Yleensä kehänopeuden raja on 200 m / s, kun taas aksiaalisissa magneettilaakereissa rajaa rajoittaa pysäyttimen valuteräksen vastus - 350 m / s tavallisilla materiaaleilla.

Käytetyt ferromagneetit määrittävät myös maksimikuormituksen, jonka laakeri pystyy kestämään vastaavalla laakerin staattorin halkaisijalla ja pituudella. Vakiomateriaaleille maksimipaine on 0,9 N / cm2, mikä on pienempi kuin tavanomaisten kosketuslaakereiden paine, mutta kuormitushäviö voidaan kompensoida suurella kehänopeudella ja suuremmalla akselin halkaisijalla.

Aktiivisen magneettilaakerin tehonkulutus ei ole kovin korkea. Laakerin suurimmat häviöt johtuvat pyörrevirroista, mutta tämä on kymmenen kertaa vähemmän kuin koneissa tavanomaisia ​​laakereita käytettäessä menetetty energia. Pois lukien kytkimet, lämpöesteet ja muut laitteet, laakerit toimivat tehokkaasti tyhjiössä, heliumissa, hapessa, merivedessä ja muissa tilanteissa. Lämpötila-alue on -253 °C - +450 °C.

Magneettisten laakerien suhteelliset haitat

Samaan aikaan magneettisilla laakereilla on myös haittoja.

Ensinnäkin on käytettävä ylimääräisiä turvavierinlaakereita, jotka kestävät enintään kaksi vikaa, minkä jälkeen ne on vaihdettava uusiin.

Toiseksi automaattisen ohjausjärjestelmän monimutkaisuus, joka epäonnistuessaan vaatii monimutkaisia ​​korjauksia.

Kolmanneksi laakerin staattorikäämin lämpötila nousee suurilla virroilla — käämit lämpenevät ja ne tarvitsevat oman jäähdytyksen, mieluiten nestejäähdytystä.

Lopuksi kosketuksettoman laakerin materiaalinkulutus on suuri, koska laakeripinnan on oltava suuri, jotta se tukee riittävää magneettista voimaa – laakerin staattorisydän on suuri ja painava. Plus magneettinen kyllästyminen.

Mutta ilmeisistä haitoista huolimatta magneettisia laakereita käytetään nykyään laajalti, myös erittäin tarkoissa optisissa järjestelmissä ja laserasennuksissa. Tavalla tai toisella, viime vuosisadan puolivälistä lähtien magneettiset laakerit ovat parantuneet koko ajan.