Érintésmentes mágneses csapágyak: készülék, képességek, előnyök és hátrányok

Ha már a mágneses csapágyakról vagy az érintésmentes felfüggesztésről beszélünk, nem hagyhatjuk figyelmen kívül a figyelemre méltó tulajdonságaikat: nincs szükség kenésre, nincsenek dörzsölő alkatrészek, ezért nincs súrlódási veszteség, rendkívül alacsony rezgésszint, nagy relatív sebesség, alacsony energiafogyasztás, automatikus vezérlés és csapágyfelügyelet rendszer, tömítési képesség.

Mindezek az előnyök a mágneses csapágyakat a legjobb megoldásokká teszik számos alkalmazáshoz: gázturbinákhoz, kriogén technológiához, nagy sebességű elektromos generátorokhoz, vákuumberendezésekhez, különféle fémvágó gépekhez és egyéb berendezésekhez, beleértve a nagy pontosságú és nagy sebességű berendezéseket is. (kb. 100 000 ford./perc), ahol fontos a mechanikai veszteségek, zavarok és hibák hiánya.

Alapvetően a mágneses csapágyak két típusra oszthatók: passzív és aktív mágneses csapágyak. Passzív mágneses csapágyakat gyártanak állandó mágnesek alapján, de ez a megközelítés messze nem ideális, ezért ritkán alkalmazzák.Rugalmasabb és szélesebb műszaki lehetőségek nyílnak meg az aktív csapágyakkal, amelyekben a huzaltekercsekben váltakozó áramok hatására mágneses tér jön létre.

Hogyan működik az érintésmentes mágneses csapágy

Az aktív mágneses felfüggesztés vagy csapágy működése az elektromágneses lebegtetés – elektromos és mágneses terek segítségével történő lebegtetés – elvén alapul. Itt a tengely forgása a csapágyban a felületek egymással való fizikai érintkezése nélkül történik. Emiatt a kenés teljesen kizárt, és a mechanikai kopás továbbra is hiányzik. Ez növeli a gépek megbízhatóságát és hatékonyságát.

A szakértők megjegyzik a forgórész tengelyének helyzetének figyelésének fontosságát is. Az érzékelőrendszer folyamatosan figyeli a tengely helyzetét, és az állórész pozicionáló mágneses mezőjének beállításával jeleket ad az automatikus vezérlőrendszernek a pontos pozicionálás érdekében - a tengely kívánt oldalán lévő vonóerő erősödik vagy gyengül az áramerősség beállításával. az aktív csapágyak állórész tekercseit .

Két kúpos aktív csapágy vagy két radiális és egy axiális aktív csapágy lehetővé teszi a forgórész felfüggesztését szó szerint a levegőben való érintkezés nélkül. A gimbal vezérlőrendszer folyamatosan működik, lehet digitális vagy analóg. Ez nagy tartási szilárdságot, nagy teherbírást és állítható merevséget és ütéselnyelést biztosít. Ez a technológia lehetővé teszi, hogy a csapágyak alacsony és magas hőmérsékleten, vákuumban, nagy sebességgel és fokozott sterilitási követelmények mellett működjenek.

Aktív, érintésmentes mágneses csapágyas eszköz

A fentiekből kitűnik, hogy az aktív mágneses felfüggesztési rendszer fő részei: mágneses csapágy és automatikus elektronikus vezérlőrendszer. Az elektromágnesek folyamatosan különböző oldalról hatnak a forgórészre, és működésük egy elektronikus vezérlőrendszernek van alárendelve.

A radiális mágneses csapágyas forgórész ferromágneses lemezekkel van felszerelve, amelyekre az állórész tekercséből visszatartó mágneses tér hat, aminek eredményeként a forgórész az állórész közepén függesztve, érintés nélkül induktív érzékelők figyelik az állórész helyzetét. a rotort mindig. A helyes pozíciótól való bármilyen eltérés egy jelet küld a vezérlőnek, hogy a rotort a kívánt helyzetbe állítsa vissza. A sugárirányú hézag 0,5 és 1 mm között lehet.

Hasonló módon működik a mágneses tartócsapágy. A vonótárcsa tengelyére gyűrű alakú elektromágnesek vannak rögzítve. Az elektromágnesek az állórészen találhatók. Az axiális érzékelők a tengely végein találhatók.

A gép forgórészének megbízható rögzítésére annak leállása vagy a rögzítőrendszer meghibásodása idején biztonsági golyóscsapágyakat használnak, amelyeket úgy rögzítenek, hogy a köztük és a tengely közötti hézag a mágneses csapágy felével egyenlő legyen. .

Az automata vezérlőrendszer a szekrényben található, és felelős az elektromágneseken átfolyó áram megfelelő modulációjáért a forgórész helyzetérzékelőitől érkező jeleknek megfelelően. Az erősítők teljesítménye összefügg az elektromágnesek maximális erősségével, a légrés méretével és a rendszer reakcióidejével a rotor helyzetének változására.

Lehetőségek érintésmentes mágneses csapágyakhoz

A radiális mágneses csapágyak maximális lehetséges forgórész-fordulatszámát csak a ferromágneses rotorlemezek centrifugális erővel szembeni ellenállása korlátozza. Általában a kerületi sebesség határa 200 m / s, míg az axiális mágneses csapágyak esetében a határt az ütköző öntött acél ellenállása korlátozza - 350 m / s normál anyagokkal.

Az alkalmazott ferromágnesek meghatározzák azt a maximális terhelést is, amelyet egy csapágy a megfelelő csapágy állórész átmérőjével és hosszával képes elviselni. Szabványos anyagoknál a maximális nyomás 0,9 N/cm2, ami kisebb, mint a hagyományos érintkezőcsapágyaké, de a terhelési veszteség kompenzálható nagy kerületi sebességgel, megnövelt tengelyátmérővel.

Az aktív mágneses csapágy energiafogyasztása nem túl magas. A legnagyobb veszteséget a csapágyban az örvényáramok okozzák, de ez tízszer kevesebb, mint a hagyományos csapágyak gépekben történő használatakor elveszett energia. A tengelykapcsolók, hőkorlátok és egyéb eszközök kivételével a csapágyak hatékonyan működnek vákuumban, héliumban, oxigénben, tengervízben és egyebekben. A hőmérséklet-tartomány -253 ° C és + 450 ° C között van.

A mágneses csapágyak relatív hátrányai

Eközben a mágneses csapágyaknak vannak hátrányai is.

Mindenekelőtt kiegészítő biztonsági gördülőcsapágyakat kell alkalmazni, amelyek maximum két meghibásodást képesek kibírni, utána újakra kell cserélni.

Másodszor, az automatikus vezérlőrendszer összetettsége, amely meghibásodása esetén összetett javításokat igényel.

Harmadszor, a csapágy állórész tekercsének hőmérséklete nagy áramerősség esetén megemelkedik - a tekercsek felmelegednek, és saját hűtésre van szükségük, lehetőleg folyadékhűtésre.

Végül az érintésmentes csapágy anyagfelhasználása magas, mivel a csapágyfelületnek nagynak kell lennie ahhoz, hogy elegendő mágneses erőt támogasson – a csapágy állórész magja nagy és nehéz. Plusz a mágneses telítettség jelensége.

A nyilvánvaló hátrányok ellenére azonban a mágneses csapágyakat ma már széles körben használják, beleértve a nagy pontosságú optikai rendszereket és a lézeres berendezéseket. Így vagy úgy, a múlt század közepe óta a mágneses csapágyak folyamatosan javultak.