Rulmenți magnetici fără contact: dispozitiv, capacități, avantaje și dezavantaje

Apropo de rulmenți magnetici sau suspensii fără contact, nu putem să nu remarcăm calitățile lor remarcabile: nu necesită lubrifiere, fără piese de frecare, deci fără pierderi prin frecare, nivel extrem de scăzut de vibrații, viteză relativă mare, consum redus de energie, control automat și monitorizare rulmentului sistem, capacitate de etanșare.

Toate aceste avantaje fac din rulmenții magnetici cele mai bune soluții pentru multe aplicații: pentru turbine cu gaz, pentru tehnologia criogenică, în generatoare electrice de mare viteză, pentru dispozitive de vid, pentru diverse mașini de tăiat metal și alte echipamente, inclusiv de înaltă precizie și de mare viteză. (aproximativ 100.000 rpm), unde absența pierderilor mecanice, perturbațiilor și erorilor este importantă.

Practic, rulmentii magnetici sunt clasificati in doua tipuri: rulmenti magnetici pasivi si activi. Se fabrică rulmenți magnetici pasivi pe bază de magneți permanenți, dar această abordare este departe de a fi ideală, așa că este rar folosită.Posibilități tehnice mai flexibile și mai largi sunt deschise cu rulmenți activi, în care un câmp magnetic este creat de curenții alternativi în înfășurările firului.

Cum funcționează rulmentul magnetic fără contact

Funcționarea unei suspensii sau rulment magnetic activ se bazează pe principiul levitației electromagnetice - levitația folosind câmpuri electrice și magnetice. Aici, rotația arborelui în rulment are loc fără contactul fizic al suprafețelor între ele. Din acest motiv, lubrifierea este complet exclusă, iar uzura mecanică este încă absentă. Acest lucru crește fiabilitatea și eficiența mașinilor.

Experții remarcă, de asemenea, importanța monitorizării poziției arborelui rotorului. Sistemul de senzori monitorizează continuu poziția arborelui și oferă semnale sistemului de control automat pentru o poziționare precisă prin reglarea câmpului magnetic de poziționare al statorului - forța de atracție pe partea dorită a arborelui este întărită sau slăbită prin reglarea curentului în înfăşurările statorice ale rulmenţilor activi .

Doi rulmenți activi conici sau doi lagăr activ radial și unul axial permit suspendarea rotorului fără contact literalmente în aer. Sistemul de control al cardanului funcționează continuu, poate fi digital sau analogic. Acest lucru oferă o rezistență ridicată de retenție, o capacitate mare de încărcare și o rigiditate reglabilă și o absorbție a șocurilor. Această tehnologie permite rulmenților să funcționeze la temperaturi scăzute și ridicate, în vid, la viteze mari și în condiții de cerințe crescute de sterilitate.

Dispozitiv activ de rulment magnetic fără contact

Din cele de mai sus este clar că principalele părți ale sistemului de suspensie magnetică activă sunt: ​​rulment magnetic și sistem de control electronic automat. Electromagneții acționează tot timpul asupra rotorului din diferite părți și acțiunea lor este subordonată unui sistem de control electronic.

Rotorul cu rulment magnetic radial este echipat cu plăci feromagnetice, asupra cărora se acționează un câmp magnetic retentiv din înfășurările statorului, drept urmare rotorul este suspendat în centrul statorului fără a-l atinge Senzorii inductivi monitorizează poziția rotorul în orice moment. Orice abatere de la poziția corectă are ca rezultat un semnal care este trimis către controler pentru a readuce rotorul în poziția dorită. Jocul radial poate fi între 0,5 și 1 mm.

Un rulment suport magnetic funcționează în mod similar. Electromagneții în formă de inel sunt atașați la arborele discului de tracțiune. Electromagneții sunt amplasați pe stator. Senzorii axiali sunt amplasați la capetele arborelui.

Pentru a reține în mod fiabil rotorul mașinii în timpul opririi sale sau în momentul defecțiunii sistemului de reținere, se folosesc rulmenți de siguranță cu bile, care sunt fixați astfel încât spațiul dintre aceștia și arbore să fie egal cu jumătate din cel al rulmentului magnetic. .

Sistemul de control automat este amplasat în dulap și este responsabil pentru modularea corectă a curentului care circulă prin electromagneți în conformitate cu semnalele de la senzorii de poziție a rotorului. Puterea amplificatoarelor este legată de puterea maximă a electromagneților, de dimensiunea spațiului de aer și de timpul de reacție al sistemului la o schimbare a poziției rotorului.

Posibilitati pentru rulmenti magnetici fara contact

Viteza maximă posibilă a rotorului într-un rulment magnetic radial este limitată doar de capacitatea plăcilor feromagnetice ale rotorului de a rezista forței centrifuge. De obicei, limita pentru viteza periferică este de 200 m/s, în timp ce pentru rulmenții magnetici axiali limita este limitată de rezistența oțelului turnat al opritorului — 350 m/s cu materiale obișnuite.

Feromagneții aplicați determină, de asemenea, sarcina maximă pe care o poate suporta un rulment cu diametrul și lungimea statorului lagărului corespunzătoare. Pentru materialele standard, presiunea maximă este de 0,9 N/cm2, care este mai mică decât cea a rulmenților de contact convenționali, dar pierderea de sarcină poate fi compensată prin viteza periferică mare cu diametrul arborelui crescut.

Consumul de energie al rulmentului magnetic activ nu este foarte mare. Cele mai mari pierderi ale rulmentului se datorează curenților turbionari, dar aceasta este de zece ori mai mică decât energia care se pierde la utilizarea rulmenților convenționali la mașini. Excluzând cuplajele, barierele termice și alte dispozitive, rulmenții funcționează eficient în vid, heliu, oxigen, apă de mare și multe altele. Intervalul de temperatură este de la -253 ° C la + 450 ° C.

Dezavantaje relative ale rulmenților magnetici

Între timp, rulmenții magnetici au și dezavantaje.

În primul rând, este necesar să folosiți rulmenți auxiliari de siguranță, care pot rezista la maximum două defecțiuni, după care trebuie înlocuiți cu alții noi.

În al doilea rând, complexitatea sistemului de control automat, care, dacă eșuează, va necesita reparații complexe.

În al treilea rând, temperatura înfășurării statorului rulmentului crește la curenți mari - înfășurările se încălzesc și au nevoie de propria lor răcire, de preferință cu lichid.

În cele din urmă, consumul de material al unui rulment fără contact este mare, deoarece suprafața rulmentului trebuie să fie mare pentru a suporta o forță magnetică suficientă - miezul statorului al rulmentului este mare și greu. Plus fenomenul de saturație magnetică.

Dar, în ciuda dezavantajelor aparente, rulmenții magnetici sunt acum utilizați pe scară largă, inclusiv în sisteme optice de înaltă precizie și în instalațiile cu laser. Într-un fel sau altul, de la mijlocul secolului trecut, rulmenții magnetici s-au îmbunătățit tot timpul.