A mágneses csapágy a csapágycsoport többi mechanizmusához hasonlóan a forgó tengely támasztójaként szolgál. De a szokásos gördülő- és siklócsapágyakkal ellentétben a tengelyhez való csatlakozás mechanikusan érintésmentes, vagyis a levitáció elvét alkalmazzák.

Osztályozás és működési elv

A levitáció elvét alkalmazva a forgó tengely szó szerint erős mágneses térben lebeg. Az érzékelők komplex rendszere lehetővé teszi a tengely mozgásának vezérlését és a mágneses berendezés működésének koordinálását, amely folyamatosan figyeli a rendszer állapotát és szolgáltatja a szükséges vezérlőjeleket, megváltoztatva a vonzási erőt egyik vagy másik oldalon.

Mágneses csapágyak két nagy csoportra oszthatók - aktív és passzív. További részletek az egyes csapágytípusok kialakításáról alább.

1. Aktív mágneses csapágyak.

Aktív mágneses szuszpenzióknak is nevezik. Mint fentebb említettük, két részből állnak - magából a csapágyból, valamint egy elektronikus mágneses mező vezérlőrendszerből.

1, 3 – táptekercsek; 2 - tengely Vannak radiális és tolóerős mechanizmusok (az általuk észlelt terhelés típusa alapján), de működési elve ugyanaz. Speciális rotort használnak (a normál tengely nem működik), ferromágneses blokkokkal módosítva. Ez a forgórész az állórészen elhelyezkedő elektromágneses tekercsek által létrehozott mágneses mezőben „lóg”, azaz a tengely körül 360 fokban gyűrűt alkotva.

A forgórész és az állórész között légrés képződik, amely lehetővé teszi az alkatrészek minimális súrlódású forgását.

Az ábrázolt mechanizmust egy speciális elektronikus rendszer vezérli, amely érzékelők segítségével folyamatosan figyeli a forgórész helyzetét a tekercsekhez képest, és a legkisebb elmozdulás esetén vezérlőáramot szolgáltat a megfelelő tekercshez. Ez lehetővé teszi a rotor azonos pozícióban tartását.

Az ilyen rendszerek számítását a mellékelt dokumentációban lehet részletesebben tanulmányozni.

1. Passzív mágneses csapágyak.

Az aktív mágneses felfüggesztéseket széles körben használják az iparban, míg a passzív rendszerek még fejlesztés alatt és tesztelés alatt állnak. Ahogy a neve is sugallja, a legfontosabb különbség az aktív elemek hiánya, vagyis állandó mágnesek használatosak. De egy több állandó mágnesből álló rendszer nagyon instabil, így gyakorlati használat az ilyen rendszerek még kérdésesek. Az alábbi diagram nagyjából a passzív mechanikus felfüggesztések működési elvét mutatja be.

A forgórész az állórészhez hasonlóan állandó mágnessel van felszerelve, amely a rotor körül egy gyűrűben helyezkedik el. Az azonos nevű pólusok sugárirányban egymás mellett helyezkednek el, ami a tengely levitációjának hatását hozza létre. Egy ilyen rendszert akár saját kezűleg is összeállíthat.

Előnyök

Természetesen a fő előny a forgó rotor és az állórész (gyűrű) közötti mechanikai kölcsönhatás hiánya.

Ebből következik, hogy az ilyen csapágyak nagyon tartósak, vagyis megnövekedett kopásállósággal rendelkeznek. Ezenkívül a mechanizmus kialakítása lehetővé teszi agresszív környezetben történő használatát - magas/alacsony hőmérséklet, agresszív légköri viszonyok. Ezért a parlamenti képviselőket egyre gyakrabban használják az űriparban.

Hibák

Sajnos a rendszernek számos hátránya is van. Ezek tartalmazzák:

• Az aktív gimbalok vezérlésének nehézségei. Összetett, drága elektronikus kardánvezérlő rendszerre van szükség. Használata csak a „drága” iparágakban - űrben és katonai - indokolható.
• Biztonsági csapágyak használatának szükségessége. Egy hirtelen áramszünet vagy egy mágnestekercs meghibásodása katasztrofális következményekkel járhat az egész mechanikai rendszerre nézve. Ezért a biztosításnál a mechanikus csapágyakat is használják a mágneses csapágyakkal együtt. Ha a főbbek meghibásodnak, képesek lesznek felvenni a terhelést és elkerülni a súlyos károkat.
• A tekercs tekercseinek fűtése. A mágneses teret létrehozó áram áthaladása miatt a tekercsek tekercselése felmelegszik, ami sokszor kedvezőtlen tényező. Ezért speciális hűtőegységeket kell használni, ami tovább növeli a gimbal használatának költségeit.

Felhasználási területek

Bármilyen hőmérsékleten, vákuum és kenéshiányos működési képesség lehetővé teszi a szuszpenziók használatát az űriparban és az olajfinomító ipar szerszámgépeiben. Felhasználták urándúsítási gázcentrifugákban is. Különböző erőművek is használnak maglev-t termelő üzemeikben.

Az alábbiakban néhány érdekes videók ebben a témában.

Az alábbiakban megvizsgáljuk Nikolaev mágneses felfüggesztésének kialakítását, aki azt állította, hogy lehetséges az állandó mágnes lebegtetése megállás nélkül. Egy kísérletet mutatunk be az áramkör működésének tesztelésére.

Magukat a neodímium mágneseket árulják ebben a kínai boltban.

Mágneses levitáció energiafogyasztás nélkül – képzelet vagy valóság? Lehetséges egyszerű mágneses csapágyat készíteni? És valójában mit mutatott Nikolaev a 90-es évek elején? Nézzük ezeket a kérdéseket. Bárki, aki valaha is tartott a kezében mágnespárt, valószínűleg elgondolkodott: „Miért nem tudom az egyik mágnest a másik fölött lebegni külső támogatás nélkül? Egy olyan egyedi tulajdonsággal, mint az állandó mágneses tér, az azonos nevű pólusok teljesen energiafogyasztás nélkül taszítják őket. Ez remek alap a technikai kreativitáshoz! De ez nem ilyen egyszerű.

A 19. században Earnshaw brit tudós bebizonyította, hogy kizárólag állandó mágnesek használatával lehetetlen stabilan tartani egy lebegő tárgyat a gravitációs térben. A részleges levitáció, vagy más szóval pszeudo-levitáció csak mechanikus támogatással lehetséges.

Hogyan készítsünk mágneses felfüggesztést?

Egy egyszerű mágneses felfüggesztés néhány perc alatt elkészíthető. A tartóalap elkészítéséhez 4 db mágnesre lesz szükség az alapnál, illetve magára a lebegő tárgyra erősített mágnespárra, ami lehet például egy filctoll. Így a filctoll tengelyének mindkét oldalán instabil egyensúlyú úszószerkezetet kaptunk. A rendszeres mechanikus ütköző segít a helyzet stabilizálásában.

A legegyszerűbb mágneses felfüggesztés hangsúlyozással

Ez a kialakítás úgy konfigurálható, hogy a lebegő tárgy fő súlya a tartómágneseken nyugszik, és az oldalirányú tolóerő olyan kicsi, hogy a mechanikai súrlódás ott gyakorlatilag a nullához közelít.

Most logikus lenne a mechanikus ütközőt mágnesesre cserélni az abszolút mágneses levitáció elérése érdekében. De sajnos ezt nem lehet megtenni. Talán ez a tervezés primitív voltának köszönhető.

Alternatív kialakítás.

Gondolkodjunk tovább megbízható rendszer ilyen felfüggesztés. A gyűrűs mágneseket állórészként használják, amelyen a csapágy forgástengelye áthalad. Kiderült, hogy egy bizonyos ponton a gyűrűs mágnesek képesek stabilizálni más mágneseket a mágnesezési tengelyük mentén. De a többi ugyanaz. A forgástengely mentén nincs stabil egyensúly. Ezt állítható ütközővel kell kiküszöbölni.

Vegyünk egy merevebb szerkezetet.

Talán itt sikerül stabilizálni a tengelyt egy tartós mágnes segítségével. De még itt sem sikerült a stabilizációt elérni. Szükséges lehet tolómágnesek elhelyezése a csapágy forgástengelyének mindkét oldalán. A Nikolaev mágneses csapágyával készült videót sokáig vitatták az interneten. A képminőség nem engedi meg részletesen megvizsgálni ezt a konstrukciót, és úgy tűnik, pusztán állandó mágnesek segítségével sikerült stabil levitációt elérnie. Ebben az esetben az eszközdiagram megegyezik a fent láthatóval. Csak egy második mágneses ütköző került beépítésre.

Gennagyij Nikolaev tervének ellenőrzése.

Először nézze meg a teljes videót, amely Nikolaev mágneses felfüggesztését mutatja be. Ez a videó rajongók százait kényszerítette Oroszországban és külföldön, hogy megpróbáljanak olyan szerkezetet készíteni, amely megállás nélkül képes levitációt létrehozni. De sajnos jelenleg nincs létrehozva működő tervezés egy ilyen felfüggesztés. Ez kétségbe vonja Nikolaev modelljét.

A teszteléshez pontosan ugyanazt a kialakítást készítették el. Az összes kiegészítés mellett ugyanazokat a ferritmágneseket szállították, mint Nikolaev. Gyengébbek a neodímiumnál, és nem nyomnak ki ilyenekkel óriási hatalom. A kísérletsorozatban végzett tesztelés azonban csak csalódást okozott. Sajnos ez a séma is instabilnak bizonyult.

Következtetés.

A probléma az, hogy a gyűrűs mágnesek, bármilyen erősek is, nem képesek egyensúlyban tartani a csapágy tengelyét az oldalsó tolómágnesekből származó erővel, amely az oldalirányú stabilizálásához szükséges. A tengely a legkisebb mozgásra egyszerűen oldalra csúszik. Más szóval, az az erő, amellyel a gyűrűs mágnesek stabilizálják a tengelyt magában, mindig kisebb lesz, mint a tengely oldalirányú stabilizálásához szükséges erő.

Tehát mit mutatott Nikolaev? Ha figyelmesebben megnézi ezt a videót, arra gyanakszik, hogy a videó rossz minősége miatt egyszerűen nem látszik a tű ütközője. Véletlenül Nikolaev próbálja bemutatni a legérdekesebb dolgokat? Az állandó mágnesek abszolút levitációjának lehetőségét itt nem sértjük meg. Talán még nem hoztak létre olyan mágnesformát, amely létrehozza a szükséges potenciált, amely megbízhatóan stabil egyensúlyban tart egy csomó más mágnest.

Az alábbiakban a mágneses felfüggesztés diagramja látható

Állandó mágnesekkel ellátott mágneses felfüggesztés rajza

Sok csapágyfogyasztó úgy véli mágneses csapágyak egyfajta „fekete doboz”, bár az iparban meglehetősen régóta használják őket. Általában szállításra vagy előkészítésre használják földgáz, cseppfolyósítási folyamataiban és így tovább. Gyakran használják őket úszó gázfeldolgozó komplexumok.

A mágneses csapágyak mágneses levitációval működnek. Az általuk generált erőknek köszönhetően működnek mágneses mező. Ilyenkor a felületek nem érintkeznek egymással, így nincs szükség kenésre. Ez a típus a csapágyak még meglehetősen zord körülmények között is képesek működni, nevezetesen kriogén hőmérsékleten, szélsőséges nyomáson, nagy sebességek stb. Ugyanakkor a mágneses csapágyak nagy megbízhatóságot mutatnak.

A ferromágneses lemezekkel ellátott radiális csapágyas forgórészt az állórészen elhelyezett elektromágnesek által létrehozott mágneses mezők segítségével tartják a kívánt helyzetben. Az axiális csapágyak működése ugyanezeken az elveken alapul. Ebben az esetben a rotor elektromágneseivel szemben van egy tárcsa, amely a forgástengelyre merőlegesen van felszerelve. A rotor helyzetét indukciós érzékelők figyelik. Ezek az érzékelők gyorsan érzékelnek minden eltérést a névleges helyzettől, aminek eredményeként olyan jeleket hoznak létre, amelyek szabályozzák a mágnesek áramát. Ezek a manipulációk lehetővé teszik, hogy a rotort a kívánt helyzetben tartsa.

A mágneses csapágyak előnyei tagadhatatlan: nem igényelnek kenést, nem fenyegetnek környezet, kevés energiát fogyaszt, és az érintkező és dörzsölő részek hiánya miatt hosszú ideig működik. Ezenkívül a mágneses csapágyaknak van alacsony szint rezgések Ma már léteznek olyan modellek, amelyek beépített felügyeleti és állapotellenőrző rendszerrel rendelkeznek. Tovább Ebben a pillanatban A mágneses csapágyakat elsősorban turbókompresszorokban és földgáz-, hidrogén- és levegőkompresszorokban, kriogéntechnológiában, hűtőberendezésekben, turbóexpanderekben, vákuum technológia, elektromos generátorokban, vezérlő- és mérőberendezésekben, nagy sebességű polírozó-, maró- és köszörűgépekben.

A mágneses csapágyak fő hátránya- mágneses mezőktől való függés. A mező eltűnése a rendszer katasztrofális meghibásodásához vezethet, ezért gyakran használják biztonsági csapágyakkal. Általában gördülőcsapágyként használják őket, amelyek ellenállnak a mágneses modellek két vagy egy meghibásodásának, amely után azonnali cserére van szükség. Mágneses csapágyakhoz is, terjedelmes ill összetett rendszerek kezelőszervek, amelyek jelentősen megnehezítik a csapágy működését és javítását. Például ezeknek a csapágyaknak a vezérléséhez gyakran telepítik őket speciális szekrény menedzsment. Ez a szekrény egy vezérlő, amely kölcsönhatásba lép a mágneses csapágyakkal. Segítségével áramot juttatnak az elektromágnesekhez, amely szabályozza a forgórész helyzetét, garantálja annak érintésmentes forgását, és megőrzi stabil helyzetét. Ezenkívül a mágneses csapágyak működése során felmerülhet az alkatrész tekercsének melegítésének problémája, amely az áram áthaladása miatt következik be. Ezért néha további hűtőrendszereket szerelnek fel néhány mágneses csapággyal.

Az egyik legnagyobb mágneses csapágygyártó- S2M cég, amely részt vett a komplett fejlesztésében életciklus mágneses csapágyak, valamint motorok állandó mágnesek: A fejlesztéstől az üzembe helyezésig, a gyártásig és a gyakorlati megoldásokig. Az S2M mindig is elkötelezte magát egy olyan innovatív politika mellett, amelynek célja a csapágyak kialakításának egyszerűsítése a költségek csökkentése érdekében. Megpróbálta a mágneses modelleket hozzáférhetőbbé tenni az ipari fogyasztói piac szélesebb körű felhasználása érdekében. Különféle kompresszorokat és vákuumszivattyúkat gyártó cégek működtek együtt az S2M-mel, elsősorban a olaj- és gázipar. Egy időben az S2M szolgáltatások hálózata az egész világon elterjedt. Irodái Oroszországban, Kínában, Kanadában és Japánban voltak. 2007-ben az S2M-et ötvenöt millió euróért megvásárolta az SKF csoport. Ma az A&MC Magnetic Systems gyártási részlege gyártja a mágneses csapágyakat a saját technológiáikkal.

Kompakt és gazdaságos moduláris rendszerek, mágneses csapágyakkal felszerelt, egyre gyakrabban használják az iparban. A hagyományos hagyományos technológiákhoz képest számos előnnyel rendelkeznek. A miniatürizált innovatív motor/csapágyrendszereknek köszönhetően lehetővé vált az ilyen rendszerek integrálása a modern sorozattermékekbe. Napjainkban a csúcstechnológiás iparágakban használják (félvezetőgyártás). A mágneses csapágyak területén a legújabb találmányok és fejlesztések egyértelműen a maximális szerkezeti egyszerűsítést célozzák ebből a termékből. Ennek célja a viselési költségek csökkentése, és hozzáférhetőbbé tenni azokat a szélesebb ipari piac számára, amely egyértelműen ilyen innovációt igényel.

ELŐSZÓ

Sok gép fő eleme a csapágyakban forgó rotor. A forgógépek forgási sebességének és teljesítményének növekedése, egyidejűleg a tömeg- és az összméretek csökkentésére hajlamos, a csapágyegységek tartósságának növelésének problémáját helyezi előtérbe. Ráadásul számos területen modern technológia olyan csapágyakra van szükség, amelyek megbízhatóan működnek extrém körülmények: vákuumban, magas és alacsony hőmérsékletek, ultra-tiszta technológiák, agresszív környezetben stb. Az ilyen csapágyak kialakítása sürgető műszaki probléma is.
Ezekre a problémákra a megoldás a hagyományos gördülő- és csúszócsapágyak továbbfejlesztésével érhető el. valamint a nem hagyományos, eltérő fizikai működési elveket alkalmazó csapágyak létrehozása.
A hagyományos gördülő- és csúszócsapágyak (folyékony és gáz) mára magas műszaki szintet értek el. A bennük lezajló folyamatok természete azonban korlátozza, esetenként alapvetően lehetetlenné teszi ezen csapágyak felhasználását a fenti célok elérése érdekében. Így, jelentős hiányosságok A gördülőcsapágyak mechanikai érintkezése a mozgó és álló részek között, valamint a versenypályák kenésének szükségessége. A csúszócsapágyakban nincs mechanikus érintkezés, hanem egy periodikus rendszer kenőanyag kenőréteg létrehozásához és ennek a rétegnek a lezárásához. Nyilvánvaló, hogy a tömítőegységek fejlesztése csak csökkentheti, de nem teljesen megszünteti a kenőanyag és a kenőanyag kölcsönös behatolását. külső környezet.
Csapágyak, amelyek mágneses és elektromos mezők. Közülük az aktív mágneses csapágyak (AMP) a legnagyobb gyakorlati érdeklődésre tartanak számot. Az AMS munkája a ferromágneses test aktív mágneses felfüggesztésének jól ismert elvén alapul: a test stabilizálását egy adott helyzetben az irányított elektromágnesek által a testre ható mágneses vonzási erők végzik. Az elektromágnesek tekercsében lévő áramokat rendszer segítségével alakítják ki automatikus vezérlés, amely testmozgásérzékelőkből, elektronikus vezérlőből és külső forrásból táplált teljesítményerősítőkből áll elektromos energia.
Első példák gyakorlati használat Az aktív mágneses felfüggesztések a mérőműszerekben a 20. század 40-es éveire nyúlnak vissza. D. Beams és D. Hriesinger (USA), valamint O. G. Katsnelson és A. S. Edelstein (Szovjetunió) nevéhez fűződnek. Az első aktív mágneses csapágyat 1960-ban R. Sixsmith (USA) javasolta és kísérletileg tanulmányozta. Az AMS széles körű gyakorlati alkalmazása hazánkban és külföldön a 20. század 70-es éveinek elején kezdődött.
A mechanikus érintkezés hiánya és a kenés szükségessége az AMP-ket nagyon ígéretessé teszi a technológia számos területén. Ezek mindenekelőtt a következők: turbinák és szivattyúk vákuum- és kriogéntechnológiában; gépek ultra-tiszta technológiákhoz és agresszív környezetben való munkavégzéshez; gépek és műszerek nukleáris és űrlétesítményekhez; horoszkópok; inerciális energiatároló eszközök; valamint általános gépészeti és műszergyártási termékek - csiszoló és maró nagysebességű orsók, textilgépek. centrifugák, turbinák, kiegyensúlyozó gépek, vibrációs állványok, robotok, precíziós mérőműszerek stb.
E sikerek ellenére azonban az AMJI-k a gyakorlatban sokkal lassabban valósulnak meg, mint az 1970-es évek elején készült előrejelzések alapján várható volt. Ez mindenekelőtt azzal magyarázható, hogy az iparág lassan fogadja az innovációkat, beleértve az AMP-t is. Mint minden innovációnak, az AMP-knek is népszerűsíteni kell ahhoz, hogy keresettek legyenek.
Sajnos e sorok írásakor csak egy könyv foglalkozik az aktív mágneses csapágyakkal: G. Schweitzer. N. Bleulerand A. Traxler „Active magnetic bearings”, ETH Zurich, 1994, 244 p., angol nyelven és német nyelvek. Ez a kis volumenű könyv elsősorban azoknak az olvasóknak szól, akik az első lépéseket teszik meg az AMP létrehozása során felmerülő problémák megértésében. A szerzők nagyon szerény követelményeket támasztanak az olvasó mérnöki és matematikai hátterével szemben, és a főbb gondolatokat és koncepciókat olyan átgondolt sorrendbe rendezik, amely lehetővé teszi a kezdő számára, hogy könnyen felgyorsuljon és konceptuálisan elsajátíthasson egy új területet. Kétségtelenül figyelemre méltó jelenség ez a könyv, népszerűsítő szerepét aligha lehet túlbecsülni.
Az olvasó felteheti a kérdést, hogy érdemes volt-e valódi monográfiát írni, és nem szorítkozunk a fent idézett könyv egyik orosz nyelvű fordítására sem. Először is, 1992-től felkérést kaptam, hogy előadásokat tartsak az AMS-ről orosz egyetemeken. Finnország és Svédország. Ezekből az előadásokból egy könyv nőtt ki. Másodszor, sok kollégám kifejezte vágyát, hogy kapjon egy könyvet az LMP-ről, amelyet az AMP-vel rendelkező gépek fejlesztői számára írtak. Harmadszor, arra is rájöttem, hogy sok olyan mérnöknek, aki nem az AMP területére specializálódott, szüksége van egy könyvre, amely egy olyan vezérlő objektumot vizsgál meg, mint az elektromágnes.
Ennek a könyvnek az a célja, hogy felkészítse a mérnököket az AMP-k matematikai modellezésére, szintézisére és elemzésére szolgáló módszerekkel, és ezáltal elősegítse az érdeklődés felkeltését a technológia ezen új területe iránt. Nincs kétségem afelől, hogy a könyv számos műszaki szakos hallgató számára is hasznos lesz, különösen a tanfolyamok és a diplomatervezés során. A könyv írásakor az AMP területén szerzett 20 éves tapasztalatomra támaszkodtam, mint a Szentpétervári Állami Pszkov Politechnikai Intézet mágneses támaszok kutatólaboratóriumának tudományos igazgatójaként. technikai Egyetem.
A könyv 10 fejezetet tartalmaz. Az 1. fejezet megadja Rövid leírás mindenki lehetséges típusok elektromágneses felfüggesztések, amelyek célja az olvasó látókörének szélesítése. Az AMP használóit célzó 2. fejezet az aktív mágneses csapágyak technológiájával – a fejlesztés történetével, a tervezéssel, a jellemzőkkel, a fejlesztési problémákkal és számos gyakorlati alkalmazási példával – ismerteti meg az olvasót. A 3. és 4. fejezet módszertant ad a csapágyas mágneses áramkörök kiszámításához. Az elektromágnest, mint vezérlőobjektumot az 5. fejezetben tanulmányozzuk. A 6. fejezetben a vezérlőszintézis problémáit és az egyteljesítményű mágneses felfüggesztés dinamikájának elemzését oldjuk meg. Ez a fejezet arról szól, hogyan vezérelheti a gimbalt, és mi akadályozhat meg abban, hogy elérje a szükséges dinamikus tulajdonságokat. A központi helyet a 7. fejezet foglalja el, amely egy öt szabadságfokú merev rotor felfüggesztésének szabályozási problémáit vizsgálja, megvizsgálja a felfüggesztés és a hajtómotor kölcsönhatását, valamint érinti a támaszték nélküli forgórészek létrehozásának kérdését is. elektromos gépek. A forgórész rugalmas hajlítási deformációinak a kardángyűrű dinamikájára gyakorolt ​​hatását a 8. fejezet tárgyalja. A 9. fejezet a kardángyűrű digitális vezérlésével foglalkozik. Az utolsó 10. fejezet számos dinamikus szempontot vizsgál, amelyek az AMP-kben a forgórészakasztók megvalósításához kapcsolódnak.
Ami a könyv végén található hivatkozási listát illeti, nem kíséreltem meg minden, az AMP-vel kapcsolatos történelmileg figyelemreméltó cikket beilleszteni, és elnézést kérek azoktól a kutatóktól, akiknek e területhez való hozzájárulását nem említik.
Mivel a problémák köre igen széles, lehetetlennek bizonyult egyetlen rendszer fenntartása szimbólumok az egész könyvben. Azonban minden fejezet következetes jelölést használ.
Hálás vagyok tanáraimnak, David Rakhmilevich Merknn és Anatolij Saulovnch Kelzon professzoroknak – nagyban hozzájárultak e könyv megjelenéséhez. Szeretnék köszönetet mondani kollégáimnak a mágneses tartók laboratóriumában és az egyetemen, különösen Fedor Georgievich Kochevinnek, Mihail Vadimovich Afanasyevnek. Valentin Vasziljevics Andreen, Szergej Vlagyimirovics Szmirnov, Szergej Gennagyijevics Stebikhov és Igor Ivanovics Morozov, akiknek erőfeszítései révén számos AMP-vel ellátott gép született. A Kamil Shamsuddnovich Khodzhaen professzorral, valamint Vlagyimir Alekszandrovics Andrejev, Valerij Georgijevics Bogov és Vjacseszlav Grigorjevics Macevics docensekkel folytatott beszélgetések és közös munka is hasznosak voltak számomra. Szeretném megköszönni azon végzős hallgatók és végzős hallgatók közreműködését, akik nagy lelkesedéssel dolgoztak velem az AMP területén – ezek Grigorij Mihajlovics Kraizman, Nyikolaj Vadimovics Khmilko, Arkagyij Grigorjevics Hrostickij, Nyikolaj Mihajlovics Iljin, Alekszandr Mihajlovics Vetvelnts Vasziljevics Kiszelev. Külön említést érdemel az Elena Vladimirovna Zhuravleva és Andrej Semenovich Leontiev által nyújtott technikai segítség a kézirat kiadásra való előkészítésében.
Szeretném megköszönni a Pskov Engineering Company és a Pskov Politechnikai Intézet segítségét a könyv megjelenésének finanszírozásában.

Figyelem!!!

A JavaScript és a Cookie-k le vannak tiltva!

Az oldal megfelelő működéséhez engedélyezni kell őket!

Aktív mágneses csapágyak

Aktív mágneses csapágyak (AMP)
(gyártó: S2M Société de Mécanique Magnétique SA, 2, rue des Champs, F-27950 St. Marcel, Franciaország)

Az aktív mágneses csapágyak fő alkalmazási területei a turbógépek részei. Az olajmentesség koncepciója a kompresszorokban és a turbóexpanderekben a legnagyobb megbízhatóság elérését teszi lehetővé a gépalkatrészek kopásának hiánya miatt is. Az aktív mágneses csapágyakat (AMB) egyre inkább használják számos iparágban. A dinamikus jellemzők javítása, a megbízhatóság és a hatékonyság növelése érdekében érintésmentes aktív mágneses csapágyakat használnak.

A mágneses csapágyak működési elve a mágneses térben történő levitáció hatásán alapul. Az ilyen csapágyak tengelye szó szerint erős mágneses térben lóg. Az érzékelőrendszer folyamatosan figyeli a tengely helyzetét, és jeleket küld az állórész helyzet mágneseinek, beállítva a vonóerőt egyik vagy másik oldalon.

1 . Általános leírása AMP rendszerek

Az aktív mágneses felfüggesztés 2 különálló részből áll:

Csapágy;

Elektronikus vezérlőrendszer

A mágneses felfüggesztés elektromágnesekből (1. és 3. teljesítménytekercs) áll, amelyek vonzzák a rotort (2).

AMP összetevők

1. Radiális csapágy

A ferromágneses lemezekkel ellátott radiális csapágyazott forgórészt az állórészen elhelyezett elektromágnesek által létrehozott mágneses mezők tartják a helyükön.

A forgórész felfüggesztett állapotban van középen, anélkül, hogy az állórészhez érintkezne. A rotor helyzetét induktív érzékelők szabályozzák. Érzékelnek minden eltérést a névleges helyzettől, és olyan jeleket adnak, amelyek szabályozzák az elektromágnesek áramát, hogy visszaállítsák a forgórészt a névleges helyzetébe.

4 tekercs a tengelyek mentén elhelyezve V és W , és a tengelyektől 45°-os szögben eltolva X és Y , tartsa a forgórészt az állórész közepén. Nincs érintkezés a forgórész és az állórész között. Radiális hézag 0,5-1mm; axiális hézag 0,6-1,8 mm.

2. Nyomócsapágy

A nyomócsapágy ugyanezen az elven működik. A tengelyre szerelt nyomótárcsa mindkét oldalán állandó gyűrű alakú elektromágnesek találhatók. Az elektromágnesek az állórészhez vannak rögzítve. A nyomótárcsa a rotorra van szerelve (például a forró leszállás). Az axiális helyzetérzékelők általában a tengely végein találhatók.

3. Kisegítő (biztosítás)

csapágyak

A segédcsapágyak a forgórész megtámasztására szolgálnak, miközben a gép áll, és az AMS vezérlőrendszer meghibásodása esetén. Normál működés közben ezek a csapágyak álló helyzetben maradnak. A segédcsapágyak és a forgórész közötti távolság általában a légrés felével egyenlő, de szükség esetén csökkenthető. A segédcsapágyak főként szilárd kenésű golyóscsapágyak, de más típusú csapágyak, például siklócsapágyak is használhatók.

4. Elektronikus vezérlőrendszer

Egy elektronikus vezérlőrendszer szabályozza a forgórész helyzetét az elektromágneseken áthaladó áram modulálásával a helyzetérzékelők jelértékeitől függően.

5. Elektronikus feldolgozó rendszer jeleket

A helyzetérzékelő által küldött jelet összehasonlítja egy referenciajellel, amely megfelel a forgórész névleges helyzetének. Ha a referenciajel egyenlő nullával, a névleges helyzet az állórész középpontjának felel meg. A referenciajel megváltoztatásakor a névleges pozíciót a légrés felével mozgathatja. Az eltérés jele arányos a forgórész névleges helyzete és aktuális helyzete közötti különbséggel. Ezt a jelet továbbítják a processzornak, amely viszont egy korrekciós jelet küld a teljesítményerősítőnek.

A kimenő jel és az eltérés jel arányaaz átviteli függvény határozza meg. Az átviteli funkció a forgórész karbantartásához van kiválasztva maximális pontosság névleges helyzetében, és zavarok esetén gyors és zökkenőmentes visszatérése ebbe a pozícióba. Az átviteli funkció határozza meg a mágneses felfüggesztés merevségét és csillapítását.

6. Teljesítményerősítő

Ez az eszköz ellátja a csapágy elektromágneseit a rotorra ható mágneses tér létrehozásához szükséges árammal. Az erősítők teljesítménye függ az elektromágnes maximális erejétől, a légréstől és az automatikus vezérlőrendszer válaszidejétől (azaz attól, hogy milyen sebességgel kell ezt az erőt módosítani, ha interferenciát észlel). Fizikai méretek az elektronikus rendszereknek nincs közvetlen kapcsolata a gép forgórészének súlyával, ezek nagy valószínűséggel az interferencia nagysága és a rotor tömege közötti mutató arányához kapcsolódnak. Ezért egy kis héj elegendő egy viszonylag nehéz rotorral felszerelt nagy mechanizmushoz, amely kevés zavarásnak van kitéve. Ugyanakkor a nagyobb interferenciának kitett mechanizmust fel kell szerelni egy nagy elektromos szekrénnyel.

2. Az AMP néhány jellemzője

Légrés

A légrés a forgórész és az állórész közötti tér. A jelzett rés mértéke e, átmérőtől függ D rotor vagy csapágy.

Általában a következő értékeket használják:

D (mm)	e(mm)
< 100	0,3 - 0,6
100 - 1 000	0,6 - 1,0

Forgási sebesség

A radiális mágneses csapágy maximális forgási sebessége csak az elektromágneses forgórészlapok jellemzőitől, nevezetesen a lemezek centrifugális erővel szembeni ellenállásától függ. Normál lapkák használatával akár 200 m/s kerületi sebesség is elérhető. Az axiális mágneses csapágy forgási sebességét az öntött acél nyomótárcsa ellenállása korlátozza. Alapfelszereltséggel 350 m/s kerületi sebesség érhető el.

Az AMP terhelés a felhasznált ferromágneses anyagtól, a forgórész átmérőjétől és a felfüggesztés állórészének hosszirányú hosszától függ. A következőből készült AMP maximális fajlagos terhelése szabványos anyag, 0,9 N/cm². Ez maximum töltés kisebb a klasszikus csapágyak megfelelő értékeihez képest, azonban a nagy megengedett kerületi fordulatszám lehetővé teszi a tengely átmérőjének növelését, hogy a lehető legnagyobb érintkezési felületet és ezáltal a klasszikus csapágyakkal azonos terhelési határt kapjon, anélkül, hogy szükség lenne rá. hogy növelje a hosszát.

Energiafelhasználás

Az aktív mágneses csapágyak energiafogyasztása nagyon alacsony. Ez az energiafogyasztás a hiszterézisből eredő veszteségekből, a csapágyban lévő örvényáramok (Foucault-áramok) (a tengelyről vett teljesítmény) és az elektronikus burkolat hőveszteségéből adódik. Az AMP-k 10-100-szor kevesebb energiát fogyasztanak, mint a hasonló méretű klasszikus mechanizmusok. Energiafelhasználás elektronikus rendszer ellenőrzéshez, amelyhez ez szükséges külső forrás az áramerősség is nagyon alacsony. Az akkumulátorok a gimbal működési állapotának fenntartására szolgálnak hálózati hiba esetén – ilyenkor automatikusan bekapcsolnak.

Környezeti feltételek

Az AMP-k közvetlenül a működési környezetbe telepíthetők, így teljesen kiküszöbölhető a megfelelő tengelykapcsolók és eszközök, valamint a hőszigetelés akadályai. Ma az aktív mágneses csapágyak működnek leginkább különféle feltételek: vákuum, levegő, hélium, szénhidrogén, oxigén, tengervízés urán-hexafluorid, valamint -253 °C közötti hőmérsékleten° -tól + 450-ig ° VAL VEL.

3. A mágneses csapágyak előnyei

• Érintésmentes/folyadékmentes
  - a mechanikai súrlódás hiánya
  - nincs olaj
  - megnövelt perifériás sebesség
  
• Megnövelt megbízhatóság
  - a kapcsolószekrény üzembiztonsága > 52 000 óra.
  - az EM csapágyak működési megbízhatósága > 200 000 óra.
  - a megelőző karbantartás szinte teljes hiánya
  
• Kisebb turbógép méretek
  - a kenőrendszer hiánya
  - kisebb méretek (P = K*L*D²*É)
  - kisebb súly
  
• Monitoring
  - csapágyterhelés
  - turbógép terhelés
• Állítható paraméterek
  - aktív mágneses csapágyvezérlő rendszer
  - merevség (a rotor dinamikájától függően változik)
  - csillapítás (a rotor dinamikájától függően változik)
  
• Tömítésmentes működés (kompresszor és hajtás egy házban)
  - csapágyak technológiai gázban
  - széles üzemi hőmérséklet tartomány
  - a rotor dinamikájának optimalizálása lerövidítéssel

A mágneses csapágyak vitathatatlan előnye a dörzsölő felületek teljes hiánya, és ennek következtében a kopás, súrlódás, és ami a legfontosabb, hogy nincs eltérés munkaterület a hagyományos csapágyak működése során keletkező részecskék.

Az aktív mágneses csapágyakat nagy teherbírás és mechanikai szilárdság jellemzi. Használhatók nagy fordulatszámon, valamint levegőtlen helyeken és különböző hőmérsékleteken.

Anyagokat az „S2M” cég, Franciaország ( www.s2m.fr).