Beröringsfria magnetiska lager: enhet, kapacitet, fördelar och nackdelar

På tal om magnetiska lager eller beröringsfria fjädringar, vi kan inte undgå att notera deras anmärkningsvärda egenskaper: ingen smörjning krävs, inga gnidningsdelar, därför inga friktionsförluster, extremt låg vibrationsnivå, hög relativ hastighet, låg energiförbrukning, automatisk styrning och lagerövervakning system, tätningsförmåga.

Alla dessa fördelar gör magnetlager till de bästa lösningarna för många applikationer: för gasturbiner, för kryogenteknik, i höghastighetselektriska generatorer, för vakuumanordningar, för olika metallskärningsmaskiner och annan utrustning, inklusive högprecision och höghastighets (ca 100 000 rpm), där frånvaron av mekaniska förluster, störningar och fel är viktig.

I grund och botten delas magnetiska lager in i två typer: passiva och aktiva magnetiska lager. Passiva magnetlager tillverkas baserad på permanentmagneter, men detta tillvägagångssätt är långt ifrån idealiskt, så det används sällan.Mer flexibla och bredare tekniska möjligheter öppnas med aktiva lager, där ett magnetfält skapas av växelströmmar i trådlindningarna.

Hur det beröringsfria magnetlagret fungerar

Driften av en aktiv magnetisk upphängning eller lager baseras på principen om elektromagnetisk levitation - levitation med hjälp av elektriska och magnetiska fält. Här sker rotationen av axeln i lagret utan fysisk kontakt av ytorna med varandra. Av denna anledning är smörjning helt utesluten och mekaniskt slitage är fortfarande frånvarande. Detta ökar maskinernas tillförlitlighet och effektivitet.

Experter noterar också vikten av att övervaka rotoraxelns position. Sensorsystemet övervakar kontinuerligt axelns position och ger signaler till det automatiska styrsystemet för exakt positionering genom att justera statorns positionerande magnetfält - attraktionskraften på den önskade sidan av axeln förstärks eller försvagas genom att justera strömmen i de aktiva lagrens statorlindningar .

Två koniska aktiva lager eller två radiella och ett axiellt aktivt lager gör att rotorn kan hängas upp utan kontakt bokstavligen i luften. Styrsystemet för kardan fungerar kontinuerligt, det kan vara digitalt eller analogt. Detta ger hög retentionshållfasthet, hög lastkapacitet och justerbar styvhet och stötdämpning. Denna teknik gör att lagren kan arbeta vid låga och höga temperaturer, i vakuum, vid höga hastigheter och under förhållanden med ökade krav på sterilitet.

Aktiv beröringsfri magnetisk lagerenhet

Av ovanstående är det tydligt att huvuddelarna i det aktiva magnetiska upphängningssystemet är: magnetiskt lager och automatiskt elektroniskt styrsystem. Elektromagneterna verkar hela tiden på rotorn från olika sidor och deras verkan är underordnad ett elektroniskt styrsystem.

Den radiella magnetlagerrotorn är utrustad med ferromagnetiska plattor, som påverkas av ett kvarhållande magnetfält från statorlindningarna, vilket gör att rotorn hängs upp i mitten av statorn utan att vidröra den. Induktiva sensorer övervakar positionen av statorn. rotorn hela tiden. Varje avvikelse från rätt position resulterar i en signal som skickas till styrenheten för att återföra rotorn till önskat läge. Det radiella spelet kan vara mellan 0,5 och 1 mm.

Ett magnetiskt stödlager fungerar på liknande sätt. Ringformade elektromagneter är fästa på drivskivans axel. Elektromagneterna är placerade på statorn. Axiella sensorer är placerade i ändarna av axeln.

För att på ett tillförlitligt sätt hålla kvar maskinens rotor under dess stopp eller vid tidpunkten för fel på retentionssystemet, används säkerhetskullager, som är fixerade så att gapet mellan dem och axeln är inställt lika med hälften av det magnetiska lagret .

Det automatiska styrsystemet är placerat i skåpet och ansvarar för korrekt modulering av strömmen som flyter genom elektromagneterna i enlighet med signalerna från rotorpositionssensorerna. Förstärkarnas effekt är relaterad till elektromagneternas maximala styrka, storleken på luftgapet och systemets reaktionstid för en förändring av rotorns position.

Möjlighet till beröringsfria magnetiska lager

Den maximala möjliga rotorhastigheten i ett radiellt magnetiskt lager begränsas endast av de ferromagnetiska rotorplattornas förmåga att motstå centrifugalkraften. Vanligtvis är gränsen för periferihastighet 200 m / s, medan gränsen för axiella magnetiska lager begränsas av motståndet hos det gjutna stålet på stoppet - 350 m / s med vanliga material.

De applicerade ferromagneterna bestämmer också den maximala belastningen som ett lager kan motstå med motsvarande lagerstatordiameter och längd. För standardmaterial är det maximala trycket 0,9 N / cm2, vilket är mindre än det för konventionella kontaktlager, men lastförlusten kan kompenseras av hög periferihastighet med ökad axeldiameter.

Strömförbrukningen för det aktiva magnetiska lagret är inte särskilt hög. De största förlusterna i lagret beror på virvelströmmar, men det är tio gånger mindre än energin som går förlorad vid användning av konventionella lager i maskiner. Exklusive kopplingar, termiska barriärer och andra enheter, fungerar lagren effektivt i vakuum, helium, syre, havsvatten med mera. Temperaturintervallet är från -253 ° C till + 450 ° C.

Relativa nackdelar med magnetiska lager

Samtidigt har magnetiska lager också nackdelar.

Först och främst är det nödvändigt att använda extra säkerhetsrullager, som kan motstå maximalt två fel, varefter de måste ersättas med nya.

För det andra, komplexiteten hos det automatiska styrsystemet, som, om det misslyckas, kommer att kräva komplexa reparationer.

För det tredje stiger temperaturen på lagerstatorlindningen vid höga strömmar — lindningarna värms upp och de behöver sin egen kylning, helst vätskekylning.

Slutligen är materialförbrukningen för ett beröringsfritt lager hög eftersom lagerytan måste vara stor för att stödja tillräcklig magnetisk kraft - lagrets statorkärna är stor och tung. Plus fenomenet magnetisk mättnad.

Men trots de uppenbara nackdelarna används magnetiska lager nu i stor utsträckning, bland annat i optiska system med hög precision och i laserinstallationer. På ett eller annat sätt, sedan mitten av förra seklet, har magnetiska lager förbättrats hela tiden.