Безконтактни магнитни лагери: устройство, възможности, предимства и недостатъци

Говорейки за магнитни лагери или безконтактни окачвания, не можем да не отбележим техните забележителни качества: не е необходимо смазване, няма триещи се части, следователно няма загуби от триене, изключително ниско ниво на вибрации, висока относителна скорост, ниска консумация на енергия, автоматично управление и система за наблюдение на лагери, възможност за уплътняване.

Всички тези предимства правят магнитните лагери най-добрите решения за много приложения: за газови турбини, за криогенна технология, във високоскоростни електрически генератори, за вакуумни устройства, за различни металорежещи машини и друго оборудване, включително високоточни и високоскоростни (около 100 000 об / мин), където липсата на механични загуби, смущения и грешки е важна.

По принцип магнитните лагери се класифицират в два вида: пасивни и активни магнитни лагери. Произвеждат се пасивни магнитни лагери на базата на постоянни магнити, но този подход далеч не е идеален, затова рядко се използва. По -гъвкави и по -широки технически възможности се отварят с активни лагери, в които магнитно поле се създава чрез променливи токове в намотките на жилата.

Как работи безконтактният магнитен лагер

Работата на активно магнитно окачване или лагер се основава на принципа на електромагнитна левитация — левитация с помощта на електрически и магнитни полета. Тук въртенето на вала в лагера става без физически контакт на повърхностите помежду си. Поради тази причина смазването е напълно изключено и механичното износване все пак отсъства. Това увеличава надеждността и ефективността на машините.

Експертите също отбелязват важността от наблюдение на положението на вала на ротора. Сензорната система непрекъснато следи положението на вала и подава сигнали към системата за автоматично управление за прецизно позициониране чрез коригиране на позициониращото магнитно поле на статора — силата на привличане от желаната страна на вала се засилва или отслабва чрез регулиране на ток в намотките на статора на активните лагери.

Два конусно активни лагера или два радиални и един аксиален активен лагер позволяват роторът да бъде окачен без контакт буквално във въздуха. Системата за управление на кардана работи непрекъснато, може да бъде цифрова или аналогова. Това осигурява висока якост на задържане, висока товароносимост и регулируема коравина и абсорбция на удари. Тази технология позволява на лагерите да работят при ниски и високи температури, във вакуум, при високи скорости и в условия на повишени изисквания за стерилност.

Активно безконтактно магнитно лагерно устройство

От горното става ясно, че основните части на активната система за магнитно окачване са: магнитен лагер и автоматична електронна система за управление. Електромагнитите през цялото време действат върху ротора от различни страни и тяхното действие е подчинено на електронна система за управление.

Роторът на радиален магнитен лагер е снабден с феромагнитни плочи, върху които се действа чрез задържащо магнитно поле от намотките на статора, в резултат на което роторът е окачен в центъра на статора, без да го докосва.Индуктивните сензори следят позицията на ротора през цялото време. Всяко отклонение от правилното положение води до сигнал, който се изпраща до контролера за връщане на ротора в желаното положение. Радиалният просвет може да бъде между 0,5 и 1 мм.

Магнитният носещ лагер функционира по подобен начин. Към вала на тяговия диск са прикрепени пръстеновидни електромагнити. Електромагнитите се намират на статора. Аксиални сензори са разположени в краищата на вала.

За надеждно задържане на ротора на машината по време на нейното спиране или в момента на повреда на системата за задържане, се използват предпазни сачмени лагери, които са фиксирани така, че пролуката между тях и вала е настроена равна на половината от тази на магнитния лагер .

Системата за автоматично управление се намира в шкафа и отговаря за правилното модулиране на тока, протичащ през електромагнитите, в съответствие със сигналите от сензорите за положение на ротора. Мощността на усилвателите е свързана с максималната сила на електромагнитите, размера на въздушната междина и времето за реакция на системата при промяна в положението на ротора.

Възможности за безконтактни магнитни лагери

Максималната възможна скорост на ротора в радиален магнитен лагер е ограничена само от способността на плочите на феромагнитния ротор да устоят на центробежната сила. Обикновено границата за периферната скорост е 200 m / s, докато за аксиални магнитни лагери границата е ограничена от съпротивлението на отлитата стомана на ограничителя — 350 m / s с обикновени материали.

Приложените феромагнетици също определят максималното натоварване, което може да издържи лагер със съответния диаметър и дължина на статора на лагера. За стандартните материали максималното налягане е 0,9 N / cm2, което е по -малко от това при конвенционалните контактни лагери, но загубата на натоварване може да бъде компенсирана с висока периферна скорост с увеличен диаметър на вала.

Консумацията на енергия на активния магнитен лагер не е много висока. Най -големите загуби в лагера се дължат на вихрови токове, но това е десет пъти по -малко от енергията, която се губи при използване на конвенционални лагери в машини. Изключени са съединители, термични бариери и други устройства, лагерите работят ефективно във вакуум, хелий, кислород, морска вода и др. Температурният диапазон е от -253 ° C до + 450 ° C.

Относителни недостатъци на магнитните лагери

Междувременно магнитните лагери имат и недостатъци.

На първо място е необходимо да се използват помощни предпазни търкалящи лагери, които могат да издържат на максимум две повреди, след което те трябва да бъдат заменени с нови.

Второ, сложността на автоматичната система за управление, която, ако не успее, ще изисква сложни ремонти.

Трето, температурата на намотката на статора на лагера се повишава при високи токове — намотките се нагряват и те се нуждаят от лично охлаждане, за предпочитане течно охлаждане.

И накрая, разходът на материали за безконтактен лагер е висок, тъй като лагерната повърхност трябва да бъде голяма, за да поддържа достатъчна магнитна сила — сърцевината на статора на лагера е голяма и тежка. Плюс явлението магнитно насищане.

Но въпреки привидните недостатъци, магнитните лагери вече са широко използвани, включително във високоточни оптични системи и в лазерни инсталации. По един или друг начин, от средата на миналия век, магнитните лагери се подобряват през цялото време.