Μαγνητικά ρουλεμάν χωρίς επαφή: συσκευή, δυνατότητες, πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα

Μιλώντας για μαγνητικά ρουλεμάν ή αναρτήσεις χωρίς επαφή, δεν μπορούμε να παραλείψουμε να σημειώσουμε τις αξιοσημείωτες ιδιότητές τους: δεν απαιτείται λίπανση, δεν υπάρχουν μέρη τριβής, επομένως δεν υπάρχουν απώλειες τριβής, εξαιρετικά χαμηλό επίπεδο κραδασμών, υψηλή σχετική ταχύτητα, χαμηλή κατανάλωση ενέργειας, αυτόματος έλεγχος και παρακολούθηση ρουλεμάν σύστημα, δυνατότητα σφράγισης.

Όλα αυτά τα πλεονεκτήματα καθιστούν τα μαγνητικά ρουλεμάν τις καλύτερες λύσεις για πολλές εφαρμογές: για αεριοστρόβιλους, για κρυογονική τεχνολογία, σε ηλεκτρικές γεννήτριες υψηλής ταχύτητας, για συσκευές κενού, για διάφορες μηχανές κοπής μετάλλων και άλλο εξοπλισμό, συμπεριλαμβανομένου υψηλής ακρίβειας και υψηλής ταχύτητας (περίπου 100.000 rpm ), όπου η απουσία μηχανικών απωλειών, διαταραχών και σφαλμάτων είναι σημαντική.

Βασικά, τα μαγνητικά ρουλεμάν ταξινομούνται σε δύο τύπους: παθητικά και ενεργά μαγνητικά ρουλεμάν. Κατασκευάζονται παθητικά μαγνητικά ρουλεμάν βασίζεται σε μόνιμους μαγνήτες, αλλά αυτή η προσέγγιση απέχει πολύ από την ιδανική, επομένως χρησιμοποιείται σπάνια.Πιο ευέλικτες και ευρύτερες τεχνικές δυνατότητες ανοίγονται με ενεργά ρουλεμάν, στα οποία δημιουργείται μαγνητικό πεδίο από εναλλασσόμενα ρεύματα στις περιελίξεις του σύρματος.

Πώς λειτουργεί το μαγνητικό ρουλεμάν χωρίς επαφή

Η λειτουργία μιας ενεργής μαγνητικής ανάρτησης ή ρουλεμάν βασίζεται στην αρχή της ηλεκτρομαγνητικής αιώρησης — αιώρησης χρησιμοποιώντας ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία. Εδώ, η περιστροφή του άξονα στο ρουλεμάν γίνεται χωρίς φυσική επαφή των επιφανειών μεταξύ τους. Για το λόγο αυτό, η λίπανση αποκλείεται εντελώς και η μηχανική φθορά εξακολουθεί να απουσιάζει. Αυτό αυξάνει την αξιοπιστία και την αποτελεσματικότητα των μηχανών.

Οι ειδικοί σημειώνουν επίσης τη σημασία της παρακολούθησης της θέσης του άξονα του ρότορα. Το σύστημα αισθητήρων παρακολουθεί συνεχώς τη θέση του άξονα και παρέχει σήματα στο αυτόματο σύστημα ελέγχου για ακριβή τοποθέτηση ρυθμίζοντας το μαγνητικό πεδίο τοποθέτησης του στάτη - η δύναμη έλξης στην επιθυμητή πλευρά του άξονα ενισχύεται ή εξασθενεί ρυθμίζοντας το ρεύμα στο τις περιελίξεις του στάτη των ενεργών ρουλεμάν .

Δύο κωνικά ενεργά ρουλεμάν ή δύο ακτινικά και ένα αξονικό ενεργό έδρανο επιτρέπουν στον ρότορα να αναρτάται χωρίς επαφή κυριολεκτικά στον αέρα. Το σύστημα ελέγχου gimbal λειτουργεί συνεχώς, μπορεί να είναι ψηφιακό ή αναλογικό. Αυτό παρέχει υψηλή αντοχή συγκράτησης, υψηλή χωρητικότητα φορτίου και ρυθμιζόμενη ακαμψία και απορρόφηση κραδασμών. Αυτή η τεχνολογία επιτρέπει στα ρουλεμάν να λειτουργούν σε χαμηλές και υψηλές θερμοκρασίες, σε κενό, σε υψηλές ταχύτητες και σε συνθήκες αυξημένων απαιτήσεων για αποστείρωση.

Ενεργό μαγνητικό ρουλεμάν χωρίς επαφή

Από τα παραπάνω γίνεται σαφές ότι τα κύρια μέρη του συστήματος ενεργητικής μαγνητικής ανάρτησης είναι: μαγνητικό ρουλεμάν και αυτόματο ηλεκτρονικό σύστημα ελέγχου. Οι ηλεκτρομαγνήτες ενεργούν συνεχώς στον ρότορα από διαφορετικές πλευρές και η δράση τους υπόκειται σε ένα ηλεκτρονικό σύστημα ελέγχου.

Ο ακτινωτός μαγνητικός ρότορας είναι εξοπλισμένος με σιδηρομαγνητικές πλάκες, στις οποίες επενεργεί ένα συγκρατούμενο μαγνητικό πεδίο από τις περιελίξεις του στάτορα, με αποτέλεσμα ο ρότορας να αιωρείται στο κέντρο του στάτορα χωρίς να τον αγγίζει. Επαγωγικοί αισθητήρες παρακολουθούν τη θέση του ο ρότορας ανά πάσα στιγμή. Οποιαδήποτε απόκλιση από τη σωστή θέση οδηγεί σε ένα σήμα που αποστέλλεται στον ελεγκτή για να επιστρέψει ο ρότορας στην επιθυμητή θέση. Το ακτινωτό διάκενο μπορεί να είναι μεταξύ 0,5 και 1 mm.

Ένα μαγνητικό ρουλεμάν στήριξης λειτουργεί με παρόμοιο τρόπο. Οι ηλεκτρομαγνήτες σε σχήμα δακτυλίου είναι προσαρτημένοι στον άξονα του δίσκου έλξης. Οι ηλεκτρομαγνήτες βρίσκονται στον στάτορα. Οι αξονικοί αισθητήρες βρίσκονται στα άκρα του άξονα.

Για την αξιόπιστη συγκράτηση του ρότορα του μηχανήματος κατά τη διακοπή του ή κατά τη στιγμή της βλάβης του συστήματος συγκράτησης, χρησιμοποιούνται ρουλεμάν ασφαλείας, τα οποία είναι στερεωμένα έτσι ώστε το διάκενο μεταξύ τους και του άξονα να είναι ίσο με το μισό του μαγνητικού ρουλεμάν. .

Το σύστημα αυτόματου ελέγχου βρίσκεται στο ερμάριο και είναι υπεύθυνο για τη σωστή διαμόρφωση του ρεύματος που διαρρέει τους ηλεκτρομαγνήτες σύμφωνα με τα σήματα από τους αισθητήρες θέσης του ρότορα. Η ισχύς των ενισχυτών σχετίζεται με τη μέγιστη ισχύ των ηλεκτρομαγνητών, το μέγεθος του διακένου αέρα και τον χρόνο αντίδρασης του συστήματος σε μια αλλαγή στη θέση του ρότορα.

Δυνατότητες για μαγνητικά ρουλεμάν χωρίς επαφή

Η μέγιστη δυνατή ταχύτητα του ρότορα σε ένα ακτινωτό μαγνητικό έδρανο περιορίζεται μόνο από την ικανότητα των πλακών του σιδηρομαγνητικού ρότορα να αντιστέκονται στη φυγόκεντρη δύναμη. Συνήθως το όριο για την περιφερειακή ταχύτητα είναι 200 ​​m / s, ενώ για τα αξονικά μαγνητικά ρουλεμάν το όριο περιορίζεται από την αντίσταση του χυτού χάλυβα του στοπ — 350 m / s με συνηθισμένα υλικά.

Οι εφαρμοζόμενοι σιδηρομαγνήτες καθορίζουν επίσης το μέγιστο φορτίο που μπορεί να αντέξει ένα ρουλεμάν με την αντίστοιχη διάμετρο και μήκος στάτορα ρουλεμάν. Για τυπικά υλικά, η μέγιστη πίεση είναι 0,9 N / cm2, η οποία είναι μικρότερη από αυτή των συμβατικών ρουλεμάν επαφής, αλλά η απώλεια φορτίου μπορεί να αντισταθμιστεί από υψηλή περιφερειακή ταχύτητα με αυξημένη διάμετρο άξονα.

Η κατανάλωση ισχύος του ενεργού μαγνητικού ρουλεμάν δεν είναι πολύ υψηλή. Οι μεγαλύτερες απώλειες στο ρουλεμάν οφείλονται σε δινορεύματα, αλλά αυτή είναι δέκα φορές μικρότερη από την ενέργεια που χάνεται κατά τη χρήση συμβατικών ρουλεμάν σε μηχανές. Εξαιρουμένων των συνδέσμων, των θερμικών φραγμών και άλλων συσκευών, τα ρουλεμάν λειτουργούν αποτελεσματικά στο κενό, το ήλιο, το οξυγόνο, το θαλασσινό νερό και άλλα. Το εύρος θερμοκρασίας είναι από -253 ° C έως + 450 ° C.

Σχετικά μειονεκτήματα των μαγνητικών ρουλεμάν

Εν τω μεταξύ, τα μαγνητικά ρουλεμάν έχουν επίσης μειονεκτήματα.

Πρώτα απ 'όλα, είναι απαραίτητο να χρησιμοποιηθούν βοηθητικά ρουλεμάν κύλισης, τα οποία μπορούν να αντέξουν το πολύ δύο αστοχίες, μετά τις οποίες πρέπει να αντικατασταθούν με νέα.

Δεύτερον, η πολυπλοκότητα του συστήματος αυτόματου ελέγχου, το οποίο, εάν αποτύχει, θα απαιτήσει πολύπλοκες επισκευές.

Τρίτον, η θερμοκρασία της περιέλιξης του στάτορα του ρουλεμάν αυξάνεται σε υψηλά ρεύματα - οι περιελίξεις θερμαίνονται και χρειάζονται τη δική τους ψύξη, κατά προτίμηση υγρή ψύξη.

Τέλος, η κατανάλωση υλικού ενός ρουλεμάν χωρίς επαφή είναι υψηλή επειδή η επιφάνεια έδρασης πρέπει να είναι μεγάλη για να υποστηρίζει επαρκή μαγνητική δύναμη - ο πυρήνας του στάτορα του ρουλεμάν είναι μεγάλος και βαρύς. Συν το φαινόμενο του μαγνητικού κορεσμού.

Όμως, παρά τα προφανή μειονεκτήματα, τα μαγνητικά ρουλεμάν χρησιμοποιούνται πλέον ευρέως, συμπεριλαμβανομένων των οπτικών συστημάτων υψηλής ακρίβειας και των εγκαταστάσεων λέιζερ. Με τον ένα ή τον άλλο τρόπο, από τα μέσα του περασμένου αιώνα, τα μαγνητικά ρουλεμάν βελτιώνονται συνεχώς.