Бесконтактни магнетни лежајеви: уређај, могућности, предности и мане
Говорећи о магнетним лежајевима или бесконтактним суспензијама, не можемо а да не приметимо њихове изузетне квалитете: није потребно подмазивање, нема делова који се трљају, дакле, нема губитака од трења, изузетно низак ниво вибрација, велика релативна брзина, ниска потрошња енергије, аутоматска контрола и праћење лежајева систем, способност заптивања.
Све ове предности чине магнетне лежајеве најбољим решењима за многе примене: за гасне турбине, за криогену технологију, у брзим електричним генераторима, за вакуум уређаје, за разне машине за сечење метала и другу опрему, укључујући високо прецизне и брзе (око 100.000 о/мин), при чему је важно одсуство механичких губитака, сметњи и грешака.
У основи, магнетни лежајеви су класификовани у два типа: пасивни и активни магнетни лежајеви. Производе се пасивни магнетни лежајеви на основу трајних магнета, али овај приступ је далеко од идеалног, па се ретко користи.Флексибилније и шире техничке могућности отварају се активним лежајевима, у којима се наизменичним струјама у намотајима жице ствара магнетно поље.
Како функционише бесконтактни магнетни лежај
Рад активне магнетне суспензије или лежаја заснива се на принципу електромагнетне левитације — левитације помоћу електричног и магнетног поља. Овде се ротација вратила у лежишту дешава без физичког контакта површина једна са другом. Из тог разлога, подмазивање је потпуно искључено и механичко хабање још увек одсутно. Ово повећава поузданост и ефикасност машина.
Стручњаци такође примећују важност праћења положаја осовине ротора. Сензорски систем континуирано прати положај осовине и даје сигнале аутоматском управљачком систему за прецизно позиционирање подешавањем позиционираног магнетног поља статора – сила привлачења на жељеној страни вратила се појачава или слаби подешавањем струје у намотаји статора активних лежајева .
Два конусна активна лежаја или два радијална и један аксијални активни лежај омогућавају да ротор буде обешен без контакта буквално у ваздуху. Систем управљања карданом ради непрекидно, може бити дигитални или аналогни. Ово обезбеђује високу чврстоћу задржавања, висок капацитет оптерећења и подесиву крутост и апсорпцију удара. Ова технологија омогућава да лежајеви раде на ниским и високим температурама, у вакууму, при великим брзинама иу условима повећаних захтева за стерилношћу.
Активни бесконтактни магнетни лежај
Из наведеног је јасно да су главни делови система активне магнетне суспензије: магнетни лежај и аутоматски електронски систем управљања. Електромагнети све време делују на ротор са различитих страна и њихово деловање је подређено електронском систему управљања.
Ротор радијалног магнетног лежаја је опремљен феромагнетним плочама, на које делује ретенционо магнетно поље из намотаја статора, услед чега је ротор обешен у центар статора без додиривања.Индуктивни сензори прате положај ротор у сваком тренутку . Свако одступање од исправног положаја резултира сигналом који се шаље контролеру да врати ротор у жељени положај. Радијални зазор може бити између 0,5 и 1 мм.
На сличан начин функционише и магнетни носећи лежај. Електромагнети у облику прстена су причвршћени за осовину вучног диска. Електромагнети се налазе на статору. Аксијални сензори се налазе на крајевима осовине.
За поуздано држање ротора машине током његовог заустављања или у тренутку квара система за задржавање, користе се сигурносни куглични лежајеви, који су фиксирани тако да је размак између њих и осовине једнак половини магнетног лежаја. .
Систем аутоматског управљања се налази у ормару и одговоран је за исправну модулацију струје која протиче кроз електромагнете у складу са сигналима са сензора положаја ротора. Снага појачавача је повезана са максималном снагом електромагнета, величином ваздушног зазора и временом реакције система на промену положаја ротора.
Могућности за бесконтактне магнетне лежајеве
Максимална могућа брзина ротора у радијалном магнетном лежају ограничена је само способношћу феромагнетних роторских плоча да се одупру центрифугалној сили. Обично је граница за периферну брзину 200 м/с, док је за аксијалне магнетне лежајеве граница ограничена отпором ливеног челика граничника — 350 м/с са обичним материјалима.
Примењени феромагнети такође одређују максимално оптерећење које лежај може да издржи са одговарајућим пречником и дужином статора лежаја. За стандардне материјале, максимални притисак је 0,9 Н / цм2, што је мање него код конвенционалних контактних лежајева, али се губитак оптерећења може компензовати великом периферном брзином са повећаним пречником осовине.
Потрошња енергије активног магнетног лежаја није велика. Највећи губици у лежишту су због вртложних струја, али то је десет пута мање од енергије која се губи при употреби конвенционалних лежајева у машинама. Изузимајући спојнице, термалне баријере и друге уређаје, лежајеви ефикасно раде у вакууму, хелијуму, кисеонику, морској води и још много тога. Температурни опсег је од -253 ° Ц до + 450 ° Ц.
Релативни недостаци магнетних лежајева
У међувремену, магнетни лежајеви такође имају недостатке.
Пре свега, потребно је користити помоћне сигурносне котрљајуће лежајеве, који могу да издрже највише два квара, након чега се морају заменити новим.
Друго, сложеност система аутоматског управљања, који ће, ако не успе, захтевати сложене поправке.
Треће, температура намотаја статора лежишта расте при великим струјама — намотаји се загревају и потребно им је сопствено хлађење, пожељно течно хлађење.
Коначно, потрошња материјала бесконтактног лежаја је велика јер површина лежаја мора бити велика да би издржала довољну магнетну силу - језгро статора лежишта је велико и тешко. Плус феномен магнетног засићења.
Али упркос очигледним недостацима, магнетни лежајеви се сада широко користе, укључујући у високо прецизним оптичким системима и ласерским инсталацијама. На овај или онај начин, од средине прошлог века, магнетни лежајеви се стално побољшавају.