Bezkontakta magnētiskie gultņi: ierīce, iespējas, priekšrocības un trūkumi
Runājot par magnētiskajiem gultņiem vai bezkontakta balstiekārtām, mēs nevaram nepieminēt to ievērojamās īpašības: nav nepieciešama eļļošana, nav berzes detaļu, tāpēc nav berzes zudumu, ārkārtīgi zems vibrācijas līmenis, liels relatīvais ātrums, zems enerģijas patēriņš, automātiska vadība un gultņu uzraudzība. sistēma, blīvēšanas iespēja.
Visas šīs priekšrocības padara magnētiskos gultņus par labākajiem risinājumiem daudziem lietojumiem: gāzes turbīnām, kriogēnām tehnoloģijām, ātrgaitas elektriskajos ģeneratoros, vakuumierīcēs, dažādām metāla griešanas mašīnām un citām iekārtām, tostarp augstas precizitātes un ātrgaitas ierīcēm. (apmēram 100 000 apgr./min.), kur ir svarīgi, lai nebūtu mehānisku zudumu, traucējumu un kļūdu.
Būtībā magnētiskos gultņus iedala divos veidos: pasīvie un aktīvie magnētiskie gultņi. Tiek ražoti pasīvie magnētiskie gultņi pamatojoties uz pastāvīgajiem magnētiem, taču šī pieeja ir tālu no ideāla, tāpēc to izmanto reti.Elastīgākas un plašākas tehniskās iespējas paver aktīvie gultņi, kuros vadu tinumos maiņstrāvas rada magnētisko lauku.
Kā darbojas bezkontakta magnētiskais gultnis
Aktīvās magnētiskās balstiekārtas jeb gultņa darbības pamatā ir elektromagnētiskās levitācijas princips — levitācija, izmantojot elektriskos un magnētiskos laukus. Šeit vārpstas griešanās gultnē notiek bez virsmu fiziska kontakta viena ar otru. Šī iemesla dēļ eļļošana ir pilnībā izslēgta, un mehāniskā nodiluma joprojām nav. Tas palielina iekārtu uzticamību un efektivitāti.
Eksperti arī atzīmē, cik svarīgi ir uzraudzīt rotora vārpstas stāvokli. Sensoru sistēma nepārtraukti uzrauga vārpstas stāvokli un sniedz signālus automātiskajai vadības sistēmai precīzai pozicionēšanai, regulējot statora pozicionēšanas magnētisko lauku - pievilkšanās spēks vēlamajā vārpstas pusē tiek pastiprināts vai vājināts, regulējot strāvu iekšā. aktīvo gultņu statora tinumi.
Divi koniski aktīvie gultņi vai divi radiālie un viens aksiālais aktīvais gultnis ļauj rotoru iekarināt bez saskares burtiski gaisā. Kardāna vadības sistēma darbojas nepārtraukti, tā var būt digitāla vai analoga. Tas nodrošina augstu aiztures izturību, augstu kravnesību un regulējamu stingrību un triecienu absorbciju. Šī tehnoloģija ļauj gultņiem strādāt zemā un augstā temperatūrā, vakuumā, lielā ātrumā un apstākļos, kad ir paaugstinātas prasības attiecībā uz sterilitāti.
Aktīvā bezkontakta magnētiskā gultņa ierīce
No iepriekš minētā ir skaidrs, ka aktīvās magnētiskās piekares sistēmas galvenās daļas ir: magnētiskais gultnis un automātiskā elektroniskā vadības sistēma. Elektromagnēti visu laiku iedarbojas uz rotoru no dažādām pusēm un to darbība ir pakārtota elektroniskai vadības sistēmai.
Radiālā magnētiskā gultņa rotors ir aprīkots ar feromagnētiskajām plāksnēm, uz kurām iedarbojas aizturošais magnētiskais lauks no statora tinumiem, kā rezultātā rotors tiek iekarināts statora centrā, tam nepieskaroties.Induktīvie sensori uzrauga statora stāvokli. visu laiku rotors. Jebkura novirze no pareizās pozīcijas rada signālu, kas tiek nosūtīts uz kontrolieri, lai atgrieztu rotoru vēlamajā pozīcijā. Radiālais klīrenss var būt no 0,5 līdz 1 mm.
Magnētiskais atbalsta gultnis darbojas līdzīgi. Pie vilces diska vārpstas ir piestiprināti gredzenveida elektromagnēti. Elektromagnēti atrodas uz statora. Aksiālie sensori atrodas vārpstas galos.
Lai droši noturētu mašīnas rotoru tā apstāšanās vai aiztures sistēmas bojājuma laikā, tiek izmantoti drošības lodīšu gultņi, kas ir fiksēti tā, lai atstarpe starp tiem un vārpstu būtu vienāda ar pusi no magnētiskā gultņa. .
Automātiskā vadības sistēma atrodas skapī un ir atbildīga par pareizu caur elektromagnētiem plūstošās strāvas modulāciju atbilstoši signāliem no rotora pozīcijas sensoriem. Pastiprinātāju jauda ir saistīta ar elektromagnētu maksimālo stiprumu, gaisa spraugas lielumu un sistēmas reakcijas laiku uz rotora stāvokļa maiņu.
Bezkontakta magnētisko gultņu iespējas
Maksimālo iespējamo rotora ātrumu radiālajā magnētiskajā gultnē ierobežo tikai feromagnētiskā rotora plākšņu spēja pretoties centrbēdzes spēkam. Parasti perifērijas ātruma ierobežojums ir 200 m / s, savukārt aksiālajiem magnētiskajiem gultņiem ierobežojumu ierobežo atduras tērauda pretestība - 350 m / s ar parastajiem materiāliem.
Izmantotie feromagnēti nosaka arī maksimālo slodzi, ko gultnis var izturēt ar atbilstošo gultņa statora diametru un garumu. Standarta materiāliem maksimālais spiediens ir 0,9 N / cm2, kas ir mazāks nekā parastajiem kontaktgultņiem, bet slodzes zudumu var kompensēt ar lielu perifēro ātrumu ar palielinātu vārpstas diametru.
Aktīvā magnētiskā gultņa enerģijas patēriņš nav ļoti augsts. Lielākie zaudējumi gultnē ir virpuļstrāvu dēļ, taču tas ir desmit reizes mazāks par enerģiju, kas tiek zaudēta, mašīnās izmantojot parastos gultņus. Izņemot savienojumus, termiskās barjeras un citas ierīces, gultņi efektīvi darbojas vakuumā, hēlijā, skābeklī, jūras ūdenī un citur. Temperatūras diapazons ir no -253 ° C līdz + 450 ° C.
Magnētisko gultņu relatīvie trūkumi
Tikmēr magnētiskajiem gultņiem ir arī trūkumi.
Pirmkārt, ir jāizmanto papildu drošības rites gultņi, kas var izturēt ne vairāk kā divus bojājumus, pēc kuriem tie jānomaina pret jauniem.
Otrkārt, automātiskās vadības sistēmas sarežģītība, kas, ja tā neizdosies, prasīs sarežģītus remontdarbus.
Treškārt, pie lielām strāvām paaugstinās gultņa statora tinuma temperatūra — tinumi uzsilst un tiem ir nepieciešama sava dzesēšana, vēlams šķidruma dzesēšana.
Visbeidzot, bezkontakta gultņa materiāla patēriņš ir liels, jo gultņa virsmai jābūt lielai, lai atbalstītu pietiekamu magnētisko spēku — gultņa statora serde ir liela un smaga. Plus magnētiskā piesātinājuma fenomens.
Bet, neskatoties uz acīmredzamajiem trūkumiem, magnētiskie gultņi tagad tiek plaši izmantoti, tostarp augstas precizitātes optiskajās sistēmās un lāzera instalācijās. Tā vai citādi, kopš pagājušā gadsimta vidus magnētiskie gultņi visu laiku ir uzlabojušies.