Bantalan magnet non-kontak: perangkat, kemampuan, kelebihan dan kekurangan

Berbicara tentang bantalan magnetik atau suspensi non-kontak, kami tidak dapat gagal untuk mencatat kualitasnya yang luar biasa: tidak diperlukan pelumasan, tidak ada bagian yang bergesekan, oleh karena itu tidak ada kerugian gesekan, tingkat getaran yang sangat rendah, kecepatan relatif tinggi, konsumsi energi rendah, kontrol otomatis dan pemantauan bantalan sistem, kemampuan penyegelan.

Semua keunggulan ini menjadikan bantalan magnet sebagai solusi terbaik untuk banyak aplikasi: untuk turbin gas, untuk teknologi cryogenic, untuk generator listrik berkecepatan tinggi, untuk perangkat vakum, untuk berbagai mesin pemotong logam dan peralatan lainnya, termasuk presisi tinggi dan kecepatan tinggi (sekitar 100.000 rpm ), di mana tidak adanya kehilangan mekanis, gangguan, dan kesalahan merupakan hal yang penting.

Pada dasarnya, bantalan magnet diklasifikasikan menjadi dua jenis: bantalan magnet pasif dan aktif. Bantalan magnetik pasif diproduksi berdasarkan magnet permanen, tetapi pendekatan ini jauh dari ideal, sehingga jarang digunakan.Kemungkinan teknis yang lebih fleksibel dan lebih luas dibuka dengan bantalan aktif, di mana medan magnet dibuat oleh arus bolak-balik di belitan kawat.

Cara kerja bantalan magnet non-kontak

Pengoperasian suspensi atau bantalan magnetik aktif didasarkan pada prinsip levitasi elektromagnetik - levitasi menggunakan medan listrik dan magnet. Di sini, rotasi poros pada bantalan terjadi tanpa kontak fisik permukaan satu sama lain. Untuk alasan ini, pelumasan benar-benar ditiadakan dan keausan mekanis masih tidak ada. Ini meningkatkan keandalan dan efisiensi mesin.

Para ahli juga mencatat pentingnya memantau posisi poros rotor. Sistem sensor terus memantau posisi poros dan memberikan sinyal ke sistem kontrol otomatis untuk penentuan posisi yang tepat dengan menyesuaikan posisi medan magnet stator - gaya tarik pada sisi poros yang diinginkan diperkuat atau dilemahkan dengan menyesuaikan arus di belitan stator bantalan aktif.

Dua bantalan aktif tirus atau dua bantalan aktif radial dan satu bantalan aktif aksial memungkinkan rotor ditangguhkan tanpa kontak secara harfiah di udara. Sistem kontrol gimbal bekerja terus menerus, bisa digital atau analog. Ini memberikan kekuatan retensi tinggi, kapasitas beban tinggi dan kekakuan yang dapat disesuaikan serta penyerapan goncangan. Teknologi ini memungkinkan bantalan bekerja pada suhu rendah dan tinggi, dalam ruang hampa, dengan kecepatan tinggi, dan dalam kondisi dengan persyaratan sterilitas yang meningkat.

Perangkat bantalan magnet non-kontak aktif

Dari penjelasan di atas jelas bahwa bagian utama dari sistem suspensi magnetik aktif adalah: bantalan magnetik dan sistem kontrol elektronik otomatis. Elektromagnet sepanjang waktu bekerja pada rotor dari sisi yang berbeda dan aksinya berada di bawah sistem kontrol elektronik.

Rotor bantalan magnet radial dilengkapi dengan pelat feromagnetik, yang ditindaklanjuti oleh medan magnet retentif dari belitan stator, akibatnya rotor ditangguhkan di tengah stator tanpa menyentuhnya. Sensor induktif memantau posisi rotor setiap saat. Setiap penyimpangan dari posisi yang benar menghasilkan sinyal yang dikirimkan ke pengontrol untuk mengembalikan rotor ke posisi yang diinginkan. Jarak bebas radial bisa antara 0,5 dan 1 mm.

Bantalan penyangga magnet berfungsi dengan cara yang sama. Elektromagnet berbentuk cincin melekat pada poros cakram traksi. Elektromagnet terletak di stator. Sensor aksial terletak di ujung poros.

Untuk mempertahankan rotor mesin dengan andal selama berhenti atau pada saat kegagalan sistem retensi, bantalan bola pengaman digunakan, yang dipasang sedemikian rupa sehingga jarak antara mereka dan poros diatur sama dengan setengah dari bantalan magnet. .

Sistem kontrol otomatis terletak di kabinet dan bertanggung jawab atas modulasi yang benar dari arus yang mengalir melalui elektromagnet sesuai dengan sinyal dari sensor posisi rotor. Kekuatan amplifier terkait dengan kekuatan maksimum elektromagnet, ukuran celah udara, dan waktu reaksi sistem terhadap perubahan posisi rotor.

Kemungkinan untuk bantalan magnet non-kontak

Kecepatan rotor maksimum yang mungkin dalam bantalan magnetik radial hanya dibatasi oleh kemampuan pelat rotor feromagnetik untuk menahan gaya sentrifugal. Biasanya batas kecepatan periferal adalah 200 m / s, sedangkan untuk bantalan magnet aksial, batasnya dibatasi oleh resistansi baja tuang stop — 350 m / s dengan bahan biasa.

Feromagnet yang diterapkan juga menentukan beban maksimum yang dapat ditahan bantalan dengan diameter dan panjang stator bantalan yang sesuai. Untuk material standar, tekanan maksimum adalah 0,9 N / cm2, yang lebih kecil dari bantalan kontak konvensional, tetapi kehilangan beban dapat dikompensasi dengan kecepatan periferal yang tinggi dengan peningkatan diameter poros.

Konsumsi daya bantalan magnet aktif tidak terlalu tinggi. Kerugian terbesar pada bantalan disebabkan oleh arus eddy, tetapi ini sepuluh kali lebih kecil dari energi yang hilang saat menggunakan bantalan konvensional pada mesin. Tidak termasuk kopling, penghalang termal, dan perangkat lain, bantalan bekerja secara efektif dalam ruang hampa, helium, oksigen, air laut, dan lainnya. Kisaran suhu dari -253 ° C hingga + 450 ° C.

Kerugian relatif dari bantalan magnetik

Sementara itu, bantalan magnet juga memiliki kelemahan.

Pertama-tama, perlu menggunakan bantalan gelinding pengaman tambahan, yang dapat menahan maksimal dua kegagalan, setelah itu harus diganti dengan yang baru.

Kedua, kompleksitas sistem kontrol otomatis, yang jika gagal akan membutuhkan perbaikan yang rumit.

Ketiga, suhu belitan stator bantalan naik pada arus tinggi - belitan memanas dan membutuhkan pendinginannya sendiri, sebaiknya pendinginan cair.

Terakhir, konsumsi material bantalan non-kontak tinggi karena permukaan bantalan harus besar untuk mendukung gaya magnet yang cukup—inti stator bantalan besar dan berat. Ditambah fenomena saturasi magnetik.

Namun terlepas dari kekurangannya, bantalan magnet sekarang banyak digunakan, termasuk dalam sistem optik presisi tinggi dan instalasi laser. Dengan satu atau lain cara, sejak pertengahan abad terakhir, bantalan magnet terus meningkat.