Магнитные подшипники

27 ноября 2012г. - 10:12
Магнитные подшипники

Достоинства и недостатки магнитных подшипников
 

Магнитный подшипник (подвес) работает, основываясь на принципе левитации. Левитация создается магнитным и электрическим полем.

Магнитные подшипники осуществляют работу вала, его вращение, без физического контакта с какой-либо поверхностью.

Это позволяет полностью исключить систему смазки из работы данного механизма. Фактор отсутствия износа и трения, является основным достоинством данных подшипников.

Помимо этого качества, специалисты также оценивают и тот факт, что электромагнитные подшипники позволяют контролировать ротор. Магнитные подшипники бывают активными и пассивными.

Пассивные магнитные подшипники – это подшипники с постоянным магнитом. В силу технологического несовершенства на практике применяются редко.

Активные магнитные подшипники – это подшипники с переменным магнитным полем, то есть с полем создаваемым сердечником и обмоткой.

Магнитные подшипники


Общая характеристика магнитных подшипников
 

В активных магнитных подшипниках (АМП), ток в электромагнитах регулируется системой автоматического управления, которая получает сигналы от датчиков перемещения ротора. Обычно бесконтактный подвес ротора осуществляется с помощью либо двух конических, либо с помощью двух радиальных и одного осевого активного магнитного подшипника. Системы управления работают как на аналоговой, так и на более современной цифровой обработке сигналов.

 

Магнитные подшипники

К выделяющим их из ряда аналогов качествам, можно отнести следующие преимущества:

  1. Являются механически прочными.
  2. Обладают достаточно высокой грузоподъемностью.
  3. В широких диапазонах можно изменить демпфирование и жесткость.
  4. Конструкция подшипников позволяет использовать их в особых условиях (при низких и высоких температурах, в вакууме, при больших скоростях вращения, а также в стерильных условиях).
  5. Конструкция обеспечивает устойчивую неконтактную подвеску тела.
     

Однако помимо достоинств, у магнитных подшипников есть и свои недостатки. Во-первых, это нуждаемость магнитных подшипников во вспомогательных подшипниках. Обычно для этой цели используют подшипники качения. Вспомогательные подшипники используют в качестве страховочных для случая, если вдруг пропадет, по техническим причинам, магнитное поле. Поскольку в таком случае, если не будет страховочных подшипников, то потеря управления над ротором может повлечь за собой очень серьезные последствия.

Начиная от повреждения обмоток подшипника и заканчивая выводом из строя устройств находящихся внутри корпуса. Поэтому в магнитных подшипниках всегда предусмотрена такая система подшипников качения, которая выполняет защитную функцию и способна выдержать 1-2 отказа магнитных подшипников, после чего требуется их замена.

Во-вторых, это внутренняя неустойчивость магнитного поля. Для устранения этой неустойчивости, которая заключается в стабильном удерживании ротора магнитным полем, применяются специальные системы управления. Их устройство очень сложное и имеет в своем составе конструктивно слабые механизмы для исправления неполадок. В связи с этим, данную внутреннюю неустойчивость принято, в основном, ликвидировать вспомогательными подшипниками.

Третьим недостатком можно назвать повышенную температуру обмотки подшипника. Часто бывает так, что для лучшего контроля работы ротора необходим дополнительный ток. Тем самым повышенная сила тока, повышает температуру обмотки. А, как известно чем выше температура проводника, тем большее сопротивление он имеет.

Таким образом, температура обмотки увеличивается с каждым циклом, и избежать этого или отвести как-то тепло от отмотки, включив в конструкцию подшипника какой-либо элемент для этого, не представляется возможным. Единственное решение – это снабжение магнитного подшипника отдельной жидкостной системой охлаждения.

И последним весомым недостатком магнитного подшипника является его металлоемкость. Для того чтобы максимально преобразовать электрический ток в поддерживающую ротор магнитную силу, необходимо создание большой несущей поверхности и значительной силы тока. Это достигается путем увеличения сердечника. Помимо того что это вызывает падение резонансной частоты всей динамической системы ротора, это еще и влечет за собой увеличение массы подшипника в целом.

Кроме того, во многих магнитных подшипниках возможно явление насыщения. Это явление наблюдается, когда дополнительный ток перестает превращаться в дополнительную магнитную силу, вследствие чего подшипник уже не обладает необходимой силой для поддержания ротора. Это явление возникает вследствие появления токов Фуко в обмотке магнита. В зависимости от частоты вращения, потери на токи Фуко меняются.

Потери на токи Фуко, Нм

0,14

0,27

0,39

0,52

Частота вращения, 1/мин

1000

2000

3000

4000


Магнитные подшипники используются в таких системах как:

  1. Электрогенераторы высокоскоростные.
  2. Измерительные и контрольные приборы.
  3. Станки (шлифовальные, фрезерные, полировальные) с частотой вращения вала до 100000 об./мин.
  4. Высокотехнологичное оборудование для физических лабораторий.
  5. Криогенная техника.
  6. Вакуумные установки.
     

В настоящее время использование магнитных подшипников, наиболее перспективно в лазерных системах и оптике высокой точности. Ведущие компании по производству магнитных подшипников успешно работают над их разработкой уже с середины 50-х годов прошлого столетия.

Читайте также:
11 декабря 2012г. - 22:45
Заглушка фланцевая (глухой фланец) – элемент, служащий для герметизаци...
12 ноября 2012г. - 15:08
Определение   Заглушка поворотная, или как ее по другому называют -...