Non-contact magnetic bearings: device, kakayahan, pakinabang at disadvantages

Sa pagsasalita tungkol sa magnetic bearings o non-contact suspension, hindi natin maaring hindi mapansin ang kanilang mga kahanga-hangang katangian: walang kinakailangang lubrication, walang rubbing parts, samakatuwid ay walang frictional losses, napakababang vibration level, high relative speed, low energy consumption, automatic control at bearing monitoring sistema, kakayahan sa sealing.

Ang lahat ng mga pakinabang na ito ay gumagawa ng mga magnetic bearings na pinakamahusay na solusyon para sa maraming mga aplikasyon: para sa mga gas turbine, para sa cryogenic na teknolohiya, sa mga high-speed electric generator, para sa mga vacuum device, para sa iba't ibang mga metal-cutting machine at iba pang kagamitan, kabilang ang high-precision at high-speed. (mga 100,000 rpm ), kung saan ang kawalan ng mekanikal na pagkalugi, abala at pagkakamali ay mahalaga.

Karaniwan, ang mga magnetic bearings ay inuri sa dalawang uri: passive at active magnetic bearings. Ang mga passive magnetic bearings ay ginawa batay sa permanenteng magnet, ngunit ang diskarte na ito ay malayo sa perpekto, kaya bihira itong gamitin.Ang mas nababaluktot at mas malawak na mga teknikal na posibilidad ay binuksan gamit ang mga aktibong bearings, kung saan ang isang magnetic field ay nilikha sa pamamagitan ng alternating currents sa wire windings.

Paano gumagana ang non-contact magnetic bearing

Ang pagpapatakbo ng isang aktibong magnetic suspension o bearing ay batay sa prinsipyo ng electromagnetic levitation — levitation gamit ang electric at magnetic field. Dito, ang pag-ikot ng baras sa tindig ay nangyayari nang walang pisikal na pakikipag-ugnay sa mga ibabaw sa bawat isa. Para sa kadahilanang ito, ang pagpapadulas ay ganap na hindi kasama at ang mekanikal na pagsusuot ay wala pa rin. Pinatataas nito ang pagiging maaasahan at kahusayan ng mga makina.

Napansin din ng mga eksperto ang kahalagahan ng pagsubaybay sa posisyon ng rotor shaft. Ang sistema ng sensor ay patuloy na sinusubaybayan ang posisyon ng baras at nagbibigay ng mga signal sa awtomatikong sistema ng kontrol para sa tumpak na pagpoposisyon sa pamamagitan ng pagsasaayos ng pagpoposisyon ng magnetic field ng stator - ang puwersa ng pang-akit sa nais na bahagi ng baras ay pinalakas o pinahina sa pamamagitan ng pagsasaayos ng kasalukuyang sa ang stator windings ng mga aktibong bearings.

Ang dalawang tapered active bearings o dalawang radial at isang axial active bearing ay nagpapahintulot sa rotor na masuspinde nang walang literal na contact sa hangin. Ang sistema ng kontrol ng gimbal ay patuloy na gumagana, maaari itong maging digital o analog. Nagbibigay ito ng mataas na lakas ng pagpapanatili, mataas na kapasidad ng pagkarga at adjustable stiffness at shock absorption. Ang teknolohiyang ito ay nagpapahintulot sa mga bearings na gumana sa mababa at mataas na temperatura, sa vacuum, sa mataas na bilis at sa mga kondisyon ng mas mataas na mga kinakailangan para sa sterility.

Aktibong non-contact magnetic bearing device

Mula sa itaas ay malinaw na ang mga pangunahing bahagi ng aktibong magnetic suspension system ay: magnetic bearing at awtomatikong electronic control system. Ang mga electromagnet sa lahat ng oras ay kumikilos sa rotor mula sa iba't ibang panig at ang kanilang pagkilos ay napapailalim sa isang electronic control system.

Ang radial magnetic bearing rotor ay nilagyan ng ferromagnetic plates, na inaaksyunan ng isang retentive magnetic field mula sa stator windings, bilang isang resulta kung saan ang rotor ay nasuspinde sa gitna ng stator nang hindi hinahawakan ito. Ang mga inductive sensor ay sinusubaybayan ang posisyon ng ang rotor sa lahat ng oras. Ang anumang paglihis mula sa tamang posisyon ay nagreresulta sa isang senyas na ipinadala sa controller upang ibalik ang rotor sa nais na posisyon. Ang radial clearance ay maaaring nasa pagitan ng 0.5 at 1 mm.

Ang isang magnetic support bearing functions sa katulad na paraan. Ang mga electromagnet na hugis singsing ay nakakabit sa traction disc shaft. Ang mga electromagnet ay matatagpuan sa stator. Ang mga axial sensor ay matatagpuan sa mga dulo ng baras.

Upang mapagkakatiwalaang mapanatili ang rotor ng makina sa panahon ng paghinto nito o sa oras ng pagkabigo ng sistema ng pagpapanatili, ginagamit ang mga safety ball bearings, na naayos upang ang agwat sa pagitan ng mga ito at ng baras ay nakatakdang katumbas ng kalahati ng magnetic bearing. .

Ang awtomatikong sistema ng kontrol ay matatagpuan sa cabinet at responsable para sa tamang modulasyon ng kasalukuyang dumadaloy sa pamamagitan ng mga electromagnet alinsunod sa mga signal mula sa mga sensor ng posisyon ng rotor. Ang kapangyarihan ng mga amplifier ay nauugnay sa pinakamataas na lakas ng mga electromagnet, ang laki ng puwang ng hangin at ang oras ng reaksyon ng system sa isang pagbabago sa posisyon ng rotor.

Mga posibilidad para sa non-contact magnetic bearings

Ang maximum na posibleng bilis ng rotor sa isang radial magnetic bearing ay limitado lamang sa kakayahan ng ferromagnetic rotor plates na labanan ang centrifugal force. Karaniwan ang limitasyon para sa peripheral na bilis ay 200 m / s, habang para sa axial magnetic bearings ang limitasyon ay limitado sa pamamagitan ng paglaban ng cast steel ng stop - 350 m / s na may mga ordinaryong materyales.

Tinutukoy din ng mga inilapat na ferromagnets ang pinakamataas na pagkarga na kayang tiisin ng isang bearing na may katumbas na diameter at haba ng stator ng bearing. Para sa mga karaniwang materyales, ang pinakamataas na presyon ay 0.9 N / cm2, na mas mababa kaysa sa conventional contact bearings, ngunit ang pagkawala ng pagkarga ay maaaring mabayaran ng mataas na peripheral na bilis na may tumaas na diameter ng baras.

Ang paggamit ng kuryente ng aktibong magnetic bearing ay hindi masyadong mataas. Ang pinakamalaking pagkalugi sa bearing ay dahil sa eddy currents, ngunit ito ay sampung beses na mas mababa kaysa sa enerhiya na nawala kapag gumagamit ng conventional bearings sa mga makina. Hindi kasama ang mga coupling, thermal barrier at iba pang device, epektibong gumagana ang mga bearings sa vacuum, helium, oxygen, seawater at higit pa. Ang hanay ng temperatura ay mula -253 ° C hanggang + 450 ° C.

Mga kamag-anak na disadvantages ng magnetic bearings

Samantala, ang mga magnetic bearings ay mayroon ding mga disadvantages.

Una sa lahat, kinakailangan na gumamit ng auxiliary safety rolling bearings, na maaaring makatiis ng maximum na dalawang pagkabigo, pagkatapos ay dapat silang mapalitan ng mga bago.

Pangalawa, ang pagiging kumplikado ng awtomatikong sistema ng kontrol, na, kung nabigo ito, ay mangangailangan ng mga kumplikadong pag-aayos.

Pangatlo, ang temperatura ng bearing stator winding ay tumataas sa mataas na agos - ang mga windings ay uminit at kailangan nila ng sarili nilang paglamig, mas mabuti ang likidong paglamig.

Sa wakas, ang materyal na pagkonsumo ng isang non-contact na tindig ay mataas dahil ang ibabaw ng tindig ay dapat na malaki upang suportahan ang sapat na magnetic force-ang stator core ng tindig ay malaki at mabigat. Dagdag pa ang kababalaghan ng magnetic saturation.

Ngunit sa kabila ng maliwanag na mga disadvantages, ang mga magnetic bearings ay malawakang ginagamit ngayon, kabilang ang mga high-precision optical system at sa mga pag-install ng laser. Sa isang paraan o iba pa, mula noong kalagitnaan ng huling siglo, ang mga magnetic bearings ay patuloy na umuunlad.