Berøringsfrie magnetiske lejer: enhed, muligheder, fordele og ulemper

Når vi taler om magnetiske lejer eller berøringsfri suspensioner, kan vi ikke undgå at bemærke deres bemærkelsesværdige egenskaber: ingen smøring påkrævet, ingen gnidningsdele, derfor ingen friktionstab, ekstremt lavt vibrationsniveau, høj relativ hastighed, lavt energiforbrug, automatisk kontrol og lejeovervågning system, tætningsevne.

Alle disse fordele gør magnetiske lejer til de bedste løsninger til mange anvendelser: til gasturbiner, til kryogen teknologi, i højhastigheds elektriske generatorer, til vakuumanordninger, til forskellige metalskæringsmaskiner og andet udstyr, herunder højpræcision og højhastigheds (ca. 100.000 rpm), hvor fraværet af mekaniske tab, forstyrrelser og fejl er vigtigt.

Grundlæggende er magnetiske lejer klassificeret i to typer: passive og aktive magnetiske lejer. Der fremstilles passive magnetiske lejer baseret på permanente magneter, men denne tilgang er langt fra ideel, så den bruges sjældent.Mere fleksible og bredere tekniske muligheder åbnes med aktive lejer, hvor et magnetfelt skabes af vekselstrømme i ledningsviklingerne.

Hvordan det berøringsfrie magnetiske leje fungerer

Driften af ​​et aktivt magnetisk ophæng eller leje er baseret på princippet om elektromagnetisk levitation - levitation ved hjælp af elektriske og magnetiske felter. Her sker rotationen af ​​akslen i lejet uden fysisk kontakt af overfladerne med hinanden. Af denne grund er smøring fuldstændig udelukket, og mekanisk slid er stadig fraværende. Dette øger maskinernes pålidelighed og effektivitet.

Eksperter bemærker også vigtigheden af ​​at overvåge rotorakslens position. Sensorsystemet overvåger løbende akslens position og giver signaler til det automatiske styresystem for præcis positionering ved justering af statorens positionerende magnetfelt - tiltrækningskraften på den ønskede side af akslen forstærkes eller svækkes ved at justere strømmen i de aktive lejers statorviklinger.

To koniske aktive lejer eller to radiale og et aksialt aktive lejer gør det muligt at ophænge rotoren uden kontakt bogstaveligt talt i luften. Kardankontrolsystemet fungerer kontinuerligt, det kan være digitalt eller analogt. Dette giver høj fastholdelsesstyrke, høj belastningskapacitet og justerbar stivhed og stødabsorbering. Denne teknologi gør det muligt for lejerne at arbejde ved lave og høje temperaturer, i vakuum, ved høje hastigheder og under forhold med øgede krav til sterilitet.

Aktiv berøringsfri magnetisk lejeanordning

Fra ovenstående er det klart, at hoveddelene af det aktive magnetiske ophængssystem er: magnetisk leje og automatisk elektronisk kontrolsystem. Elektromagneterne virker hele tiden på rotoren fra forskellige sider, og deres virkning er underordnet et elektronisk styresystem.

Den radialmagnetiske lejerotor er udstyret med ferromagnetiske plader, som påvirkes af et tilbageholdende magnetfelt fra statorviklingerne, hvorved rotoren er ophængt i midten af ​​statoren uden at røre den. Induktive sensorer overvåger positionen af ​​statoren. rotoren til enhver tid. Enhver afvigelse fra den korrekte position resulterer i et signal, der sendes til regulatoren om at returnere rotoren til den ønskede position. Den radiale frigang kan være mellem 0,5 og 1 mm.

Et magnetisk støtteleje fungerer på samme måde. Ringformede elektromagneter er fastgjort til trækskiveakslen. Elektromagneterne er placeret på statoren. Aksiale sensorer er placeret i enderne af akslen.

For pålideligt at fastholde maskinens rotor under dens standsning eller på tidspunktet for svigt af fastholdelsessystemet, anvendes sikkerhedskuglelejer, som er fastgjort, så afstanden mellem dem og akslen er indstillet til halvdelen af ​​det magnetiske leje. .

Det automatiske styresystem er placeret i kabinettet og er ansvarlig for den korrekte modulering af strømmen, der løber gennem elektromagneterne i overensstemmelse med signalerne fra rotorpositionssensorerne. Forstærkernes effekt er relateret til elektromagneternes maksimale styrke, størrelsen af ​​luftgabet og systemets reaktionstid på en ændring i rotorens position.

Muligheder for berøringsfri magnetiske lejer

Den maksimalt mulige rotorhastighed i et radial magnetisk leje er kun begrænset af de ferromagnetiske rotorpladers evne til at modstå centrifugalkraften. Normalt er grænsen for periferihastighed 200 m / s, mens grænsen for aksiale magnetiske lejer er begrænset af modstanden af ​​det støbte stål af stoppet - 350 m / s med almindelige materialer.

De anvendte ferromagneter bestemmer også den maksimale belastning, som et leje kan modstå med den tilsvarende lejestatordiameter og længde. For standardmaterialer er det maksimale tryk 0,9 N/cm2, hvilket er mindre end for konventionelle kontaktlejer, men belastningstabet kan kompenseres af høj periferihastighed med øget akseldiameter.

Strømforbruget af det aktive magnetiske leje er ikke særlig højt. De største tab i lejet skyldes hvirvelstrømme, men det er ti gange mindre end den energi, der går tabt ved brug af konventionelle lejer i maskiner. Bortset fra koblinger, termiske barrierer og andre enheder, fungerer lejerne effektivt i vakuum, helium, oxygen, havvand og mere. Temperaturområdet er fra -253 ° C til + 450 ° C.

Relative ulemper ved magnetiske lejer

I mellemtiden har magnetiske lejer også ulemper.

Først og fremmest er det nødvendigt at bruge hjælpesikkerhedsrullelejer, som maksimalt kan modstå to fejl, hvorefter de skal udskiftes med nye.

For det andet kompleksiteten af ​​det automatiske kontrolsystem, som, hvis det fejler, vil kræve komplekse reparationer.

For det tredje stiger temperaturen på den lejede statorvikling ved høje strømme - viklingerne opvarmes, og de har brug for deres egen køling, helst væskekøling.

Endelig er materialeforbruget for et berøringsfrit leje højt, fordi lejefladen skal være stor for at understøtte tilstrækkelig magnetisk kraft - lejets statorkerne er stor og tung. Plus fænomenet magnetisk mætning.

Men på trods af de tilsyneladende ulemper, er magnetiske lejer nu meget brugt, herunder i højpræcisionsoptiske systemer og i laserinstallationer. På en eller anden måde, siden midten af ​​forrige århundrede, har magnetiske lejer hele tiden været bedre.