Brezkontaktni magnetni ležaji: naprava, zmogljivosti, prednosti in slabosti

Ko govorimo o magnetnih ležajih ali brezkontaktnih vzmeteh, ne moremo mimo omeniti njihovih izjemnih lastnosti: ni potrebno mazanje, ni drgnjenih delov, zato ni izgub zaradi trenja, izjemno nizka raven vibracij, visoka relativna hitrost, nizka poraba energije, avtomatsko krmiljenje in spremljanje ležajev. sistem, sposobnost tesnjenja.

Zaradi vseh teh prednosti so magnetni ležaji najboljše rešitve za številne aplikacije: za plinske turbine, za kriogeno tehnologijo, v hitrih električnih generatorjih, za vakuumske naprave, za različne stroje za rezanje kovin in drugo opremo, vključno z visoko natančnostjo in visoko hitrostjo. (okoli 100.000 vrt/min), kjer je pomembna odsotnost mehanskih izgub, motenj in napak.

V osnovi so magnetni ležaji razvrščeni v dve vrsti: pasivni in aktivni magnetni ležaji. Izdelujejo se pasivni magnetni ležaji na osnovi trajnih magnetov, vendar ta pristop še zdaleč ni idealen, zato se redko uporablja.Fleksibilnejše in širše tehnične možnosti odpirajo aktivni ležaji, pri katerih magnetno polje ustvarjajo izmenični tokovi v žičnih navitjih.

Kako deluje brezkontaktni magnetni ležaj

Delovanje aktivnega magnetnega vzmetenja ali ležaja temelji na principu elektromagnetne levitacije - levitacije z uporabo električnih in magnetnih polj. Tukaj se vrtenje gredi v ležaju pojavi brez fizičnega stika površin med seboj. Zaradi tega je mazanje popolnoma izključeno in še vedno ni mehanske obrabe. To poveča zanesljivost in učinkovitost strojev.

Strokovnjaki opozarjajo tudi na pomen spremljanja položaja gredi rotorja. Senzorski sistem nenehno spremlja položaj gredi in daje signale avtomatskemu krmilnemu sistemu za natančno pozicioniranje s prilagajanjem pozicionirnega magnetnega polja statorja - privlačna sila na želeni strani gredi se okrepi ali oslabi s prilagoditvijo toka v statorska navitja aktivnih ležajev.

Dva stožčasta aktivna ležaja ali dva radialna in en aksialni aktivni ležaj omogočata, da rotor brez dotika visi dobesedno v zraku. Krmilni sistem kardanskega sistema deluje neprekinjeno, lahko je digitalni ali analogni. To zagotavlja visoko zadrževalno trdnost, visoko nosilnost ter nastavljivo togost in blaženje udarcev. Ta tehnologija omogoča, da ležaji delujejo pri nizkih in visokih temperaturah, v vakuumu, pri visokih hitrostih in v pogojih povečanih zahtev po sterilnosti.

Aktivna brezkontaktna naprava z magnetnim ležajem

Iz zgoraj navedenega je razvidno, da sta glavna dela sistema aktivnega magnetnega vzmetenja: magnetni ležaj in avtomatski elektronski krmilni sistem. Elektromagneti ves čas delujejo na rotor z različnih strani, njihovo delovanje pa je podrejeno elektronskemu krmilnemu sistemu.

Radialni magnetno uležajeni rotor je opremljen s feromagnetnimi ploščami, na katere deluje zadrževalno magnetno polje iz statorskih navitij, zaradi česar je rotor obešen v središču statorja, ne da bi se ga dotaknil.Induktivni senzorji spremljajo položaj rotor ves čas. Vsako odstopanje od pravilnega položaja povzroči signal, ki se pošlje krmilniku, da vrne rotor v želeni položaj. Radialna zračnost je lahko med 0,5 in 1 mm.

Magnetni nosilni ležaj deluje na podoben način. Elektromagneti v obliki obroča so pritrjeni na gred vlečne plošče. Elektromagneti se nahajajo na statorju. Aksialni senzorji so nameščeni na koncih gredi.

Za zanesljivo zadrževanje rotorja stroja med zaustavitvijo ali v času okvare zadrževalnega sistema se uporabljajo varnostni kroglični ležaji, ki so pritrjeni tako, da je razmik med njimi in gredjo enak polovici magnetnega ležaja. .

Avtomatski krmilni sistem se nahaja v omari in je odgovoren za pravilno modulacijo toka, ki teče skozi elektromagnete v skladu s signali senzorjev položaja rotorja. Moč ojačevalnikov je povezana z največjo močjo elektromagnetov, velikostjo zračne reže in reakcijskim časom sistema na spremembo položaja rotorja.

Možnosti za brezkontaktne magnetne ležaje

Največja možna hitrost rotorja v radialnem magnetnem ležaju je omejena samo s sposobnostjo feromagnetnih plošč rotorja, da se uprejo centrifugalni sili. Običajno je meja za obodno hitrost 200 m/s, medtem ko je za aksialne magnetne ležaje meja omejena z uporom jeklene litine omejevalnika — 350 m/s pri običajnih materialih.

Uporabljeni feromagneti določajo tudi največjo obremenitev, ki jo lahko prenese ležaj z ustreznim premerom in dolžino statorja ležaja. Za standardne materiale je največji tlak 0,9 N / cm2, kar je manj kot pri običajnih kontaktnih ležajih, vendar se lahko izguba obremenitve kompenzira z visoko obodno hitrostjo s povečanim premerom gredi.

Poraba energije aktivnega magnetnega ležaja ni zelo visoka. Največje izgube v ležaju so zaradi vrtinčnih tokov, vendar je to desetkrat manj od energije, ki se izgubi pri uporabi običajnih ležajev v strojih. Če ne upoštevamo sklopk, toplotnih pregrad in drugih naprav, ležaji učinkovito delujejo v vakuumu, heliju, kisiku, morski vodi itd. Temperaturno območje je od -253 ° C do + 450 ° C.

Relativne pomanjkljivosti magnetnih ležajev

Medtem imajo magnetni ležaji tudi slabosti.

Najprej je treba uporabiti pomožne varnostne kotalne ležaje, ki prenesejo največ dve okvari, po kateri jih je treba zamenjati z novimi.

Drugič, zapletenost avtomatskega krmilnega sistema, ki bo, če odpove, zahteval kompleksna popravila.

Tretjič, pri visokih tokovih se temperatura navitja ležajnega statorja dvigne - navitja se segrejejo in potrebujejo lastno hlajenje, po možnosti tekočinsko.

Končno je poraba materiala brezkontaktnega ležaja visoka, ker mora biti površina ležaja velika, da podpira zadostno magnetno silo – jedro statorja ležaja je veliko in težko. Plus pojav magnetne nasičenosti.

Toda kljub navideznim pomanjkljivostim se magnetni ležaji zdaj pogosto uporabljajo, tudi v visoko natančnih optičnih sistemih in laserskih napravah. Tako ali drugače se od sredine prejšnjega stoletja magnetni ležaji ves čas izboljšujejo.