همه می دانند که آهنرباها تمایل به جذب فلزات دارند. همچنین، یک آهنربا می تواند دیگری را جذب کند. اما تعامل بین آنها به جاذبه محدود نمی شود، آنها می توانند یکدیگر را دفع کنند. نکته قطب های آهنربا است - برخلاف قطب ها جذب می شوند، مانند قطب ها دفع می شوند. این ویژگی اساس همه موتورهای الکتریکی و کاملاً قدرتمند است.

چیزی به نام شناور تحت تأثیر میدان مغناطیسی نیز وجود دارد، زمانی که جسمی که بالای آهنربا قرار می گیرد (دارای قطبی مشابه آن) در فضا معلق می ماند. این اثر در به اصطلاح بلبرینگ مغناطیسی به کار گرفته شد.

بلبرینگ مغناطیسی چیست؟

به وسیله ای از نوع الکترومغناطیسی که در آن شفت دوار (روتور) در قسمت ثابت (استاتور) توسط نیروهای شار مغناطیسی پشتیبانی می شود، یاتاقان مغناطیسی می گویند. هنگامی که یک مکانیسم در حال کار است، تحت تأثیر نیروهای فیزیکی است که تمایل به جابجایی محور دارند. برای غلبه بر آنها، بلبرینگ مغناطیسی مجهز به سیستم کنترلی بود که بار را کنترل می کند و سیگنالی را برای کنترل قدرت شار مغناطیسی ارسال می کند. آهنرباها به نوبه خود نیروی قوی تر یا ضعیف تری به روتور وارد می کنند و آن را در موقعیت مرکزی نگه می دارند.

بلبرینگ مغناطیسیکاربرد گسترده ای در صنعت پیدا کرده است. اینها عمدتاً توربوماشین های قدرتمند هستند. به دلیل عدم وجود اصطکاک و بر این اساس، نیاز به استفاده از روان کننده ها، قابلیت اطمینان دستگاه ها چندین برابر افزایش می یابد. عملاً هیچ سایشی روی قطعات وجود ندارد. کیفیت ویژگی های دینامیکی نیز بهبود می یابد و کارایی افزایش می یابد.

بلبرینگ های مغناطیسی فعال

یاتاقان مغناطیسی که در آن میدان نیرو با استفاده از آهنرباهای الکتریکی ایجاد می شود، فعال نامیده می شود. الکترومغناطیس های موقعیت در استاتور یاتاقان قرار دارند، روتور با یک شفت فلزی نشان داده می شود. کل سیستمی که تضمین می کند شفت در واحد نگه داشته می شود تعلیق مغناطیسی فعال (AMP) نامیده می شود. ساختار پیچیده ای دارد و از دو بخش تشکیل شده است:

• بلوک حامل؛
• سیستم های کنترل الکترونیکی

عناصر اساسی AMP

• بلبرینگ شعاعی. دستگاهی که دارای آهنرباهای الکتریکی روی استاتور است. روتور را نگه می دارند. روتور دارای صفحات فرومغناطیس مخصوص است. هنگامی که روتور در نقطه میانی معلق است، هیچ تماسی با استاتور وجود ندارد. سنسورهای القایی کوچکترین انحراف موقعیت روتور در فضا از اسمی را کنترل می کنند. سیگنال های آنها قدرت آهن ربا را در یک نقطه یا نقطه دیگر کنترل می کند تا تعادل را در سیستم بازگرداند. شکاف شعاعی 0.50-1.00 میلی متر است، شکاف محوری 0.60-1.80 میلی متر است.

• مغناطیسی به همان روش شعاعی عمل می کند. یک دیسک رانش به شفت روتور ثابت شده است که در دو طرف آن آهنرباهای الکتریکی روی استاتور نصب شده است.
• یاتاقان های ایمنی برای نگه داشتن روتور هنگام خاموش شدن دستگاه یا در شرایط اضطراری طراحی شده اند. در طول عملیات، از یاتاقان های مغناطیسی کمکی استفاده نمی شود. شکاف بین آنها و شفت روتور نصف یک یاتاقان مغناطیسی است. عناصر ایمنی بر اساس دستگاه های توپ یا
• الکترونیک کنترل شامل سنسورهای موقعیت محور روتور، مبدل ها و تقویت کننده ها است. کل سیستم بر اساس اصل تنظیم شار مغناطیسی در هر ماژول الکترومغناطیس جداگانه کار می کند.

بلبرینگ مغناطیسی غیرفعال

یاتاقان های مغناطیسی دائمی سیستم های نگهدارنده شفت روتور هستند که از مدار کنترلی که شامل می شود استفاده نمی کنند بازخورد. شناور فقط به دلیل نیروهای آهنرباهای دائمی پرانرژی انجام می شود.

نقطه ضعف چنین تعلیق نیاز به استفاده از توقف مکانیکی است که منجر به تشکیل اصطکاک و کاهش قابلیت اطمینان سیستم می شود. توقف مغناطیسی به معنای فنی هنوز در این مدار پیاده سازی نشده است. بنابراین، در عمل، از یاتاقان های غیرفعال به ندرت استفاده می شود. یک مدل ثبت اختراع وجود دارد، به عنوان مثال تعلیق نیکولایف، که هنوز تکرار نشده است.

نوار مغناطیسی در بلبرینگ چرخ

اصطلاح "مغناطیسی" به سیستم ASB اشاره دارد که به طور گسترده در خودروهای مدرن استفاده می شود. یاتاقان ASB از این جهت متمایز می شود که در داخل آن یک سنسور سرعت چرخ تعبیه شده است. این سنسور یک دستگاه فعال تعبیه شده در اسپیسر بلبرینگ است. این بر اساس یک حلقه مغناطیسی ساخته شده است که بر روی آن قطب های عنصری که تغییر شار مغناطیسی را حس می کند، متناوب هستند.

با چرخش بلبرینگ، یک تغییر ثابت در میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط حلقه مغناطیسی وجود دارد. سنسور این تغییر را ثبت می کند و یک سیگنال تولید می کند. سپس سیگنال به ریزپردازنده می رود. به لطف آن، سیستم هایی مانند ABS و ESP کار می کنند. آنها در حال حاضر در حال اصلاح عملکرد ماشین هستند. ESP وظیفه تثبیت الکترونیکی را بر عهده دارد، ABS چرخش چرخ را تنظیم می کند و سطح فشار در سیستم ترمز را کنترل می کند. عملکرد سیستم فرمان، شتاب جانبی را کنترل می کند و همچنین عملکرد گیربکس و موتور را تنظیم می کند.

مزیت اصلی بلبرینگ ASB توانایی کنترل سرعت چرخش حتی در سرعت های بسیار پایین است. در عین حال، پارامترهای وزن و اندازه توپی بهبود یافته و نصب بلبرینگ ساده شده است.

نحوه ساخت بلبرینگ مغناطیسی

ساختن یک بلبرینگ مغناطیسی ساده با دستان خود کار دشواری نیست. برای استفاده عملی مناسب نیست، اما قابلیت های نیروی مغناطیسی را به وضوح نشان می دهد. برای انجام این کار، به چهار آهنربای نئودیمیوم با همان قطر، دو آهنربا با قطر کمی کوچکتر، یک شفت، به عنوان مثال یک قطعه لوله پلاستیکی، و یک پایه، به عنوان مثال یک شیشه شیشه ای نیم لیتری نیاز دارید. آهنرباهایی با قطر کمتر با استفاده از چسب حرارتی به انتهای لوله متصل می شوند تا شبیه یک سیم پیچ به نظر برسد. یک توپ پلاستیکی به قسمت بیرونی یکی از این آهنرباها در وسط چسبانده شده است. قطب های یکسان باید رو به بیرون باشند. چهار آهنربا با قطب های یکسان رو به بالا به صورت جفت در فاصله ای از طول قطعه لوله قرار گرفته اند. روتور در بالای آهنرباهای خوابیده قرار می گیرد و در سمتی که توپ پلاستیکی چسبانده شده است، با یک شیشه پلاستیکی پشتیبانی می شود. اکنون بلبرینگ مغناطیسی آماده است.

در انواع محصولات الکترومکانیکی مدرن و محصولات فنی، بلبرینگ مغناطیسی جزء اصلی تعیین کننده مشخصات فنی و اقتصادی و افزایش دوره عملکرد بدون مشکل است. در مقایسه با یاتاقان های سنتی، بلبرینگ های مغناطیسی نیروی اصطکاک بین قطعات ثابت و متحرک را کاملاً از بین می برند. وجود این خاصیت امکان پیاده سازی سرعت های افزایش یافته را در طراحی سیستم های مغناطیسی فراهم می کند. یاتاقان های مغناطیسی از مواد فوق رسانا با دمای بالا ساخته شده اند که به طور منطقی بر خواص آنها تأثیر می گذارد. این ویژگی ها شامل کاهش قابل توجه هزینه ها برای طراحی مدل سیستم های خنک کننده و پارامتر مهمی مانند نگهداری طولانی مدت یاتاقان مغناطیسی در شرایط کاری است.

اصل عملکرد سیستم تعلیق مغناطیسی

اصل عملکرد سیستم تعلیق مغناطیسی مبتنی بر استفاده از شناور آزاد است که توسط میدان های مغناطیسی و الکتریکی ایجاد می شود. یک شفت چرخشی با استفاده از چنین سیستم تعلیق، بدون استفاده از تماس فیزیکی، به معنای واقعی کلمه در یک میدان مغناطیسی قدرتمند معلق است. سرعت نسبی آن بدون اصطکاک و سایش عبور می کند و بالاترین قابلیت اطمینان حاصل می شود. جزء اساسی یک سیستم تعلیق مغناطیسی سیستم مغناطیسی است. هدف اصلی آن ایجاد یک میدان مغناطیسی به شکل مورد نیاز است که ویژگی های کشش مورد نیاز در منطقه کار را با تغییر مکان کنترل خاص روتور و استحکام خود یاتاقان فراهم می کند. چنین پارامترهایی از یاتاقان های مغناطیسی به طور مستقیم به طراحی سیستم مغناطیسی بستگی دارد که باید بر اساس آن توسعه و محاسبه شود. وزن و اندازهجزء - یک سیستم خنک کننده برودتی گران قیمت. آنچه میدان الکترومغناطیسی تعلیق های مغناطیسی قادر به انجام آن هستند را می توان به وضوح در عملکرد اسباب بازی کودکان Levitron مشاهده کرد. در عمل، سیستم تعلیق مغناطیسی و الکتریکی در 9 نوع وجود دارد که در اصل عملکرد آنها متفاوت است:

• تعلیق مغناطیسی و هیدرودینامیکی؛
• سیستم تعلیق که بر روی آهنرباهای دائمی کار می کنند.
• بلبرینگ های مغناطیسی فعال؛
• چوب لباسی حالت دهنده؛
• LC - انواع رزونانس تعلیق؛
• بلبرینگ القایی؛
• انواع دیامغناطیس تعلیق؛
• یاتاقان های ابررسانا؛
• سیستم تعلیق الکترواستاتیک

اگر همه این نوع تعلیق ها را از نظر محبوبیت آزمایش کنیم، در واقعیت های فعلی، یاتاقان های مغناطیسی فعال (AMP) جایگاه پیشرو را به خود اختصاص داده اند. در ظاهر، آنها یک سیستم دستگاه مکاترونیک را نشان می دهند که در آن حالت پایدار روتور توسط نیروهای جاذبه مغناطیسی موجود به دست می آید. این نیروها از سمت الکترومغناطیس بر روتور وارد می شوند. برقکه در آن توسط سیستم پیکربندی شده است کنترل خودکاردر سیگنال های حسگر از واحد کنترل الکترونیکی. چنین واحدهای کنترلی می توانند از یک سیستم پردازش سیگنال دیجیتال آنالوگ سنتی یا نوآورانه تر استفاده کنند. بلبرینگ های مغناطیسی فعال دارای ویژگی های دینامیکی عالی، قابلیت اطمینان و بازدهی بالا. قابلیت های منحصر به فرد یاتاقان های مغناطیسی فعال به پذیرش گسترده آنها کمک می کند. AMP ها به طور موثری به عنوان مثال در تجهیزات زیر استفاده می شوند:
- واحدهای توربین گاز؛
- سیستم های روتور با سرعت بالا؛
- موتورهای الکتریکی؛
- توربو اکسپندرها؛
- دستگاه های ذخیره انرژی اینرسی و غیره
در حال حاضر، یاتاقان های مغناطیسی فعال به یک منبع جریان خارجی و تجهیزات کنترلی گران قیمت و پیچیده نیاز دارند. در حال حاضر، توسعه دهندگان AMP به طور فعال برای ایجاد نوع غیرفعال یاتاقان های مغناطیسی کار می کنند.

توجه!!!

شما جاوا اسکریپت و کوکی ها را غیرفعال کرده اید!

برای اینکه سایت به درستی کار کند، باید آنها را فعال کنید!

بلبرینگ های مغناطیسی فعال

بلبرینگ های مغناطیسی فعال (AMP)
(تولید شده توسط S2M Société de Mécanique Magnétique SA, 2, rue des Champs, F-27950 St. Marcel, فرانسه)

زمینه های اصلی استفاده از یاتاقان های مغناطیسی فعال به عنوان بخشی از توربوماشین ها است. مفهوم بدون روغن در کمپرسورها و توربو اکسپندرها امکان دستیابی به آن را فراهم می کند بالاترین قابلیت اطمینانهمچنین به دلیل عدم سایش قطعات دستگاه. بلبرینگ های مغناطیسی فعال (AMP) همه چیز را پیدا می کنند کاربرد بیشتردر بسیاری از صنایع برای بهبود ویژگی های دینامیکی، افزایش قابلیت اطمینان و کارایی، از یاتاقان های مغناطیسی فعال غیر تماسی استفاده می شود.

اصل کار بلبرینگ های مغناطیسی بر اساس اثر شناور در میدان مغناطیسی است. شفت در چنین بلبرینگ ها به معنای واقعی کلمه در یک میدان مغناطیسی قدرتمند آویزان است. سیستم حسگر به طور مداوم موقعیت شفت را نظارت می کند و سیگنال هایی را به آهنرباهای موقعیت استاتور ارسال می کند و نیروی جاذبه را در یک طرف یا طرف دیگر تنظیم می کند.

1 . توضیحات کلیسیستم های AMP

سیستم تعلیق مغناطیسی فعال از 2 قسمت مجزا تشکیل شده است:

یاتاقان؛

سیستم کنترل الکترونیکی

سیستم تعلیق مغناطیسی از آهنرباهای الکتریکی (کویل های قدرت 1 و 3) تشکیل شده است که روتور (2) را جذب می کند.

اجزای AMP

1. یاتاقان شعاعی

روتور یاتاقان شعاعی، مجهز به صفحات فرومغناطیسی، توسط میدان های مغناطیسی ایجاد شده توسط آهنرباهای الکترومغناطیسی واقع در استاتور در جای خود ثابت می شود.

روتور بدون تماس با استاتور در حالت معلق در مرکز قرار می گیرد. موقعیت روتور توسط سنسورهای القایی کنترل می شود. آنها هر گونه انحراف از موقعیت اسمی را تشخیص می دهند و سیگنال هایی را ارائه می دهند که جریان الکترومغناطیس ها را کنترل می کند تا روتور به موقعیت اسمی خود بازگردد.

4 کویل در امتداد محورها قرار داده شده است V و W و با زاویه 45 درجه از محورها جابجا شد X و Y ، روتور را در مرکز استاتور نگه دارید. هیچ تماسی بین روتور و استاتور وجود ندارد. فاصله شعاعی 0.5-1 میلی متر؛ فاصله محوری 0.6-1.8 میلی متر.

2. یاتاقان رانش

یک یاتاقان رانش بر اساس همان اصل کار می کند. الکترومغناطیس به شکل یک حلقه دائمی در دو طرف دیسک رانش نصب شده بر روی شفت قرار دارد. الکترومغناطیس ها به استاتور ثابت می شوند. دیسک رانش روی روتور نصب می شود (به عنوان مثال، با استفاده از فرود گرم). سنسورهای موقعیت محوری معمولاً در انتهای شفت قرار دارند.

3. کمکی (بیمه)

بلبرینگ ها

از یاتاقان های کمکی برای پشتیبانی از روتور در زمان توقف دستگاه و در صورت خرابی سیستم کنترل AMS استفاده می شود. در طول عملیات عادی، این بلبرینگ ها ثابت می مانند. فاصله بین بلبرینگ های کمکی و روتور معمولاً برابر با نصف شکاف هوا است، اما در صورت لزوم می توان آن را کاهش داد. یاتاقان های کمکی عمدتاً بلبرینگ های روانکاری جامد هستند، اما می توان از انواع دیگر یاتاقان ها مانند یاتاقان های ساده نیز استفاده کرد.

4. سیستم کنترل الکترونیکی

یک سیستم کنترل الکترونیکی موقعیت روتور را با تعدیل جریان عبوری از آهنرباهای الکتریکی بسته به مقادیر سیگنال سنسورهای موقعیت کنترل می کند.

5. سیستم پردازش الکترونیکی سیگنال ها

سیگنال ارسال شده توسط سنسور موقعیت با سیگنال مرجع مقایسه می شود که با موقعیت نامی روتور مطابقت دارد. اگر سیگنال مرجع صفر باشد، موقعیت اسمی مربوط به مرکز استاتور است. هنگام تغییر سیگنال مرجع، می توانید موقعیت اسمی را به نصف فاصله هوا تغییر دهید. سیگنال انحراف متناسب با تفاوت بین موقعیت اسمی و موقعیت فعلی روتور است. این سیگنال به پردازنده منتقل می شود که به نوبه خود سیگنال اصلاحی را به تقویت کننده قدرت ارسال می کند.

نسبت سیگنال خروجی به سیگنال انحرافتوسط تابع انتقال تعیین می شود. عملکرد انتقال به گونه ای انتخاب می شود که روتور را تا حد امکان با دقت در موقعیت اسمی خود حفظ کند و در صورت بروز اختلال، آن را سریع و روان به این موقعیت برگرداند. تابع انتقال سفتی و میرایی تعلیق مغناطیسی را تعیین می کند.

6. تقویت کننده قدرت

این دستگاه جریان الکتریکی لازم برای ایجاد میدان مغناطیسی را که بر روی روتور اثر می کند، به الکترومغناطیس های بلبرینگ می رساند. قدرت تقویت کننده ها به حداکثر نیروی مغناطیس الکترومغناطیس، شکاف هوا و زمان پاسخگویی سیستم کنترل خودکار بستگی دارد (یعنی سرعتی که این نیرو باید در هنگام مواجهه با تداخل تغییر کند). ابعاد فیزیکی سیستم الکترونیکی رابطه مستقیمی با وزن روتور ماشین ندارد، به احتمال زیاد به نسبت نشانگر بین بزرگی تداخل و وزن روتور مربوط می شود. بنابراین، یک پوسته کوچک برای یک مکانیسم بزرگ مجهز به روتور نسبتاً سنگین که در معرض اختلال کمی است، کافی خواهد بود. در عین حال، مکانیزمی که در معرض تداخل بیشتر است باید به یک کابینت الکتریکی بزرگ مجهز شود.

2. برخی از ویژگی های AMP

شکاف هوا

شکاف هوا فضای بین روتور و استاتور است. مقدار شکاف نشان داده شده است ه، بستگی به قطر دارد D روتور یا بلبرینگ

معمولاً از مقادیر زیر استفاده می شود:

D (mm)	ه(میلی متر)
< 100	0,3 - 0,6
100 - 1 000	0,6 - 1,0

سرعت چرخش

حداکثر سرعت چرخش یک یاتاقان مغناطیسی شعاعی فقط به ویژگی‌های صفحات روتور الکترومغناطیسی، یعنی مقاومت صفحات در برابر نیروی گریز از مرکز بستگی دارد. هنگام استفاده از درج های استاندارد، سرعت محیطی تا 200 متر بر ثانیه قابل دستیابی است. سرعت چرخش یاتاقان مغناطیسی محوری توسط مقاومت دیسک رانش فولادی ریختگی محدود می شود. با استفاده از تجهیزات استاندارد می توان به سرعت محیطی 350 متر بر ثانیه دست یافت.

بار AMP به مواد فرومغناطیسی مورد استفاده، قطر روتور و طول طولی استاتور تعلیق بستگی دارد. حداکثر بار ویژه یک AMP ساخته شده از مواد استاندارد 0.9 N/cm² است. این حداکثر باردر مقایسه با مقادیر متناظر بلبرینگ‌های کلاسیک کوچک‌تر است، با این حال، سرعت بالای محیطی مجاز اجازه می‌دهد تا قطر شفت افزایش یابد تا بیشترین سطح تماس ممکن و در نتیجه همان محدودیت بار مانند یاتاقان‌های کلاسیک بدون نیاز باشد. برای افزایش طول آن

مصرف برق

بلبرینگ های مغناطیسی فعال مصرف انرژی بسیار کمی دارند. این مصرف انرژی ناشی از تلفات ناشی از هیسترزیس، جریان های گردابی (جریان های فوکو) در یاتاقان (قدرت گرفته شده از شفت) و تلفات حرارتی در پوسته الکترونیکی است. AMP ها 10-100 برابر کمتر از مکانیسم های کلاسیک با اندازه های مشابه انرژی مصرف می کنند. مصرف انرژی سیستم کنترل الکترونیکی که نیاز به منبع تغذیه خارجی دارد نیز بسیار کم است. باتری ها برای حفظ وضعیت عملکرد گیمبال در صورت خرابی شبکه استفاده می شوند - در این حالت آنها به طور خودکار روشن می شوند.

شرایط محیطی

AMP ها را می توان مستقیماً در محیط کار نصب کرد و به طور کامل نیاز به کوپلینگ ها و دستگاه های مناسب و همچنین موانع عایق حرارتی را از بین می برد. امروزه یاتاقان‌های مغناطیسی فعال در شرایط بسیار متنوعی کار می‌کنند: خلاء، هوا، هلیوم، هیدروکربن، اکسیژن، آب دریا و هگزا فلوراید اورانیوم و همچنین در دمای 253-.° از + 450 ° با.

3. مزایای یاتاقان های مغناطیسی

• بدون تماس/بدون مایع
  - بدون اصطکاک مکانیکی
  - بدون روغن
  - افزایش سرعت محیطی
  
• افزایش قابلیت اطمینان
  - قابلیت اطمینان عملیاتی کابینه کنترل > 52000 ساعت.
  - قابلیت اطمینان عملیاتی بلبرینگ های EM بیش از 200000 ساعت.
  - تقریبا غیبت کاملتعمیر و نگهداری پیشگیرانه
  
• ابعاد کوچکتر توربوماشین
  - نداشتن سیستم روغن کاری
  - ابعاد کوچکتر (P = K*L*D²*N)
  - وزن کمتر
  
• نظارت بر
  - تحمل بار
  - بار توربوماشین
• پارامترهای قابل تنظیم
  - سیستم کنترل یاتاقان مغناطیسی فعال
  - صلبیت (بسته به دینامیک روتور متفاوت است)
  - میرایی (بسته به دینامیک روتور متفاوت است)
  
• عملکرد بدون مهر و موم (کمپرسور و درایو در یک محفظه)
  - بلبرینگ در گاز فرآیند
  - محدوده دمای عملیاتی گسترده
  - بهینه سازی دینامیک روتور با کوتاه کردن آن

مزیت غیرقابل انکار بلبرینگ های مغناطیسی عدم وجود کامل سطوح مالشی و در نتیجه سایش، اصطکاک و مهمتر از همه عدم خروج از آن است. منطقه کارذرات تولید شده در حین کار بلبرینگ های معمولی.

یاتاقان های مغناطیسی فعال با ظرفیت بار بالا و استحکام مکانیکی مشخص می شوند. زمانی که می توان از آنها استفاده کرد سرعت های بالاچرخش، و همچنین در فضای بدون هوا و در دماهای مختلف.

مواد ارائه شده توسط شرکت "S2M" فرانسه ( www.s2m.fr).

بسیاری از مصرف کنندگان بلبرینگ معتقدند بلبرینگ های مغناطیسینوعی "جعبه سیاه" است، اگرچه آنها برای مدت طولانی در صنعت استفاده می شوند. آنها معمولاً در حمل و نقل یا آماده سازی استفاده می شوند گاز طبیعی، در فرآیندهای مایع شدن آن و غیره. آنها اغلب توسط مجتمع های پردازش گاز شناور استفاده می شوند.

یاتاقان های مغناطیسی با حرکت مغناطیسی کار می کنند. آنها به لطف نیروهای تولید شده توسط میدان مغناطیسی کار می کنند. در این حالت سطوح با یکدیگر تماس ندارند بنابراین نیازی به روغن کاری نیست. این نوع یاتاقان ها حتی در شرایط نسبتاً سخت، یعنی در دماهای برودتی، فشارهای شدید، سرعت های بالا و غیره نیز قادر به عملکرد هستند. در عین حال، بلبرینگ های مغناطیسی قابلیت اطمینان بالایی را نشان می دهند.

روتور یاتاقان شعاعی که مجهز به صفحات فرومغناطیسی است با کمک میدان های مغناطیسی ایجاد شده توسط آهنرباهای الکترومغناطیسی که روی استاتور قرار می گیرند در موقعیت مورد نظر قرار می گیرد. عملکرد بلبرینگ های محوری نیز بر اساس همین اصول است. در این حالت، در مقابل الکترومغناطیس های روی روتور، دیسکی وجود دارد که عمود بر محور چرخش نصب شده است. موقعیت روتور توسط سنسورهای القایی کنترل می شود. این حسگرها به سرعت تمام انحرافات از موقعیت اسمی را تشخیص می دهند، در نتیجه سیگنال هایی ایجاد می کنند که جریان های آهنربا را کنترل می کنند. این دستکاری ها به شما این امکان را می دهد که روتور را در موقعیت مورد نظر نگه دارید.

مزایای یاتاقان های مغناطیسی غیر قابل انکار: آنها نیاز به روغن کاری ندارند، تهدید نمی کنند محیط، انرژی کمی مصرف می کند و به دلیل عدم تماس و مالش قطعات، برای مدت طولانی کار می کند. علاوه بر این، بلبرینگ های مغناطیسی دارند سطح پایینارتعاشات امروزه مدل هایی با سیستم نظارت و کنترل وضعیت داخلی وجود دارد. در حال حاضر، یاتاقان های مغناطیسی عمدتاً در توربوشارژرها و کمپرسورها برای گاز طبیعی، هیدروژن و هوا، در فناوری برودتی، در واحدهای تبرید، در توربواکسپندرها، در فناوری خلاء، در ژنراتورهای الکتریکی، در تجهیزات کنترل و اندازه گیری، در پرداخت با سرعت بالا استفاده می شود. ماشین آلات آسیاب و آسیاب.

نقطه ضعف اصلی بلبرینگ های مغناطیسی- وابستگی به میدان های مغناطیسی ناپدید شدن میدان می تواند منجر به خرابی فاجعه بار سیستم شود، بنابراین اغلب با یاتاقان های ایمنی استفاده می شود. به طور معمول، آنها به عنوان یاتاقان های غلتشی استفاده می شوند که می توانند دو یا یک شکست مدل های مغناطیسی را تحمل کنند، پس از آن نیاز به تعویض فوری آنها است. همچنین برای یاتاقان های مغناطیسی، حجیم و سیستم های پیچیدهکنترل هایی که به طور قابل توجهی عملکرد و تعمیر بلبرینگ را پیچیده می کند. به عنوان مثال، برای کنترل این بلبرینگ ها اغلب یک کابینت کنترل مخصوص نصب می شود. این کابینت کنترل کننده ای است که با یاتاقان های مغناطیسی در تعامل است. با کمک آن، جریانی به آهنرباهای الکتریکی وارد می شود که موقعیت روتور را تنظیم می کند، چرخش بدون تماس آن را تضمین می کند و موقعیت پایدار آن را حفظ می کند. ضمناً در حین کار بلبرینگ های مغناطیسی ممکن است مشکل گرم شدن سیم پیچ این قطعه به وجود بیاید که در اثر عبور جریان ایجاد می شود. بنابراین، گاهی اوقات سیستم های خنک کننده اضافی با تعدادی بلبرینگ مغناطیسی نصب می شوند.

یکی از بزرگترین تولید کنندگان یاتاقان های مغناطیسی- شرکت S2M که در توسعه کامل شرکت داشت چرخه زندگیبلبرینگ های مغناطیسی و همچنین موتورهای آهنربای دائم: از توسعه تا راه اندازی، تولید و راه حل های عملی. S2M همیشه متعهد به سیاستی نوآورانه با هدف ساده سازی طرح های بلبرینگ برای کاهش هزینه ها بوده است. او سعی کرد مدل های مغناطیسی را برای استفاده گسترده تر توسط بازار مصرف صنعتی قابل دسترس تر کند. شرکت های تولید کننده انواع کمپرسورها و پمپ های خلاء، عمدتاً برای صنعت نفت و گاز، با S2M همکاری کردند. در یک زمان، شبکه خدمات S2M در سراسر جهان گسترش یافت. دفاتر آن در روسیه، چین، کانادا و ژاپن بود. در سال 2007، S2M توسط گروه SKF به مبلغ پنجاه و پنج میلیون یورو خریداری شد. امروزه یاتاقان های مغناطیسی با استفاده از فناوری های خود توسط بخش تولید A&MC Magnetic Systems تولید می شوند.

جمع و جور و مقرون به صرفه سیستم های مدولار، مجهز به یاتاقان های مغناطیسی، به طور فزاینده ای در صنعت استفاده می شود. در مقایسه با فناوری های سنتی مرسوم، آنها مزایای بسیاری دارند. به لطف سیستم های موتور/بیرینگ نوآورانه کوچک شده، ادغام چنین سیستم هایی در محصولات سری مدرن امکان پذیر شده است. امروزه در صنایع با تکنولوژی بالا (تولید نیمه هادی) استفاده می شود. اختراعات و پیشرفت های اخیر در زمینه یاتاقان های مغناطیسی به وضوح در جهت به حداکثر رساندن ساده سازی ساختاری این محصول است. این به منظور کاهش هزینه های تحمل است، و آنها را برای بازار صنعتی گسترده تر که به وضوح به چنین نوآوری نیاز دارد، قابل دسترس تر می کند.

پیشگفتار

عنصر اصلی بسیاری از ماشین ها روتوری است که در یاتاقان ها می چرخد. افزایش سرعت چرخش و توان ماشین های دوار با تمایل همزمان به کاهش جرم و ابعاد کلی، مشکل افزایش دوام واحدهای بلبرینگ را در اولویت قرار می دهد. علاوه بر این، تعدادی از حوزه‌های فناوری مدرن به بلبرینگ‌هایی نیاز دارند که بتوانند به طور قابل اعتماد در آنها کار کنند شرایط شدید: در خلاء، در دماهای بالا و پایین، فناوری های فوق تمیز، در محیط های تهاجمی و غیره. ایجاد چنین بلبرینگ ها نیز یک مشکل فنی فوری است.
راه حل این مشکلات را می توان با بهبود بلبرینگ های نورد و کشویی سنتی به دست آورد. و ایجاد بلبرینگ های غیر سنتی که از اصول فیزیکی متفاوتی برای عملکرد استفاده می کنند.
بلبرینگ های نورد و کشویی سنتی (مایع و گاز) اکنون به سطح فنی بالایی رسیده اند. با این حال، ماهیت فرآیندهای رخ داده در آنها محدود می کند و گاهی اوقات استفاده از این یاتاقان ها را برای دستیابی به اهداف فوق غیرممکن می کند. بنابراین، کاستی های قابل توجهیاتاقان های غلتشی وجود تماس مکانیکی بین قطعات متحرک و ثابت و نیاز به روغن کاری مسیرهای مسابقه است. در بلبرینگ های کشویی تماس مکانیکی وجود ندارد، اما برای ایجاد یک لایه روان کننده و آب بندی این لایه به سیستم روان کننده ید نیاز است. بدیهی است که بهبود واحدهای آب بندی تنها می تواند نفوذ متقابل روان کننده و محیط خارجی را کاهش دهد، اما نه به طور کامل از بین ببرد.
بلبرینگ هایی که در آن ایجاد می شود واکنش های زمینیمیدان های مغناطیسی و الکتریکی استفاده می شود. در میان آنها، یاتاقان های مغناطیسی فعال (AMP) بیشترین علاقه عملی را دارند. کار AMS بر اساس اصل شناخته شده تعلیق مغناطیسی فعال یک جسم فرومغناطیسی است: تثبیت بدن در یک موقعیت معین توسط نیروهای جاذبه مغناطیسی اعمال شده بر روی بدن از آهنرباهای الکتریکی کنترل شده تعیین می شود. جریان در سیم پیچ آهنرباهای الکتریکی با استفاده از یک سیستم کنترل خودکار متشکل از سنسورهای حرکت بدن، یک کنترل کننده الکترونیکی و تقویت کننده های قدرت که از یک منبع خارجی تغذیه می شوند، ایجاد می شود. انرژی الکتریکی.
اولین نمونه های استفاده عملی از تعلیق های مغناطیسی فعال در ابزارهای اندازه گیری به دهه 40 قرن بیستم بازمی گردد. آنها با نام های D. Beams و D. Hriesinger (ایالات متحده آمریکا) و O. G. Katsnelson و A. S. Edelstein (اتحادیه شوروی) مرتبط هستند. اولین یاتاقان مغناطیسی فعال در سال 1960 توسط R. Sixsmith (ایالات متحده آمریکا) پیشنهاد و مورد مطالعه قرار گرفت. وسیع استفاده عملی AMS در کشور ما و خارج از کشور از اوایل دهه 70 قرن بیستم شروع شد.
عدم وجود تماس مکانیکی و نیاز به روغن کاری در AMP ها آنها را در بسیاری از زمینه های فناوری بسیار امیدوار کننده می کند. اینها اول از همه عبارتند از: توربین ها و پمپ ها در فناوری خلاء و برودتی. ماشین آلات برای فن آوری های فوق العاده تمیز و برای کار در محیط های تهاجمی. ماشین آلات و ابزار برای تاسیسات هسته ای و فضایی؛ طالع بینی; دستگاه های ذخیره انرژی اینرسی؛ و همچنین محصولاتی برای مهندسی مکانیک عمومی و ساخت ابزار - سنگ زنی و فرز دوک های پرسرعت، ماشین های نساجی. سانتریفیوژها، توربین ها، ماشین های متعادل کننده، پایه های ارتعاشی، روبات ها، دقیق ابزار اندازه گیریو غیره.
با این حال، علی رغم این موفقیت ها، AMJI ها بسیار کندتر از پیش بینی های انجام شده در اوایل دهه 1970 اجرا می شوند. اول از همه، این با پذیرش کند صنعت از نوآوری ها، از جمله AMP توضیح داده می شود. مانند هر نوآوری، برای اینکه AMP ها مورد تقاضا باشند، باید محبوب شوند.
متأسفانه، در زمان نگارش این سطور، تنها یک کتاب به یاتاقان های مغناطیسی فعال اختصاص داده شده است: G. Schweitzer. N. Bleulerand A. Traxler "Active magnetic bearings", ETH Zurich, 1994, 244 p., منتشر شده به زبان انگلیسی و زبان های آلمانی. این کتاب با حجم کم، در درجه اول برای خواننده ای است که اولین گام ها را در درک مشکلاتی که هنگام ایجاد یک AMP به وجود می آید برمی دارد. نویسندگان با ایجاد خواسته‌های بسیار معتدلی از پیشینه مهندسی و ریاضی خواننده، ایده‌ها و مفاهیم اصلی را به ترتیب متفکرانه‌ای ترتیب می‌دهند که به یک مبتدی اجازه می‌دهد به راحتی سرعت خود را بالا ببرد و از نظر مفهومی بر یک حوزه جدید تسلط یابد. بی‌تردید این کتاب پدیده‌ای قابل‌توجه است و نمی‌توان نقش محبوب‌کننده آن را دست‌کم گرفت.
خواننده ممکن است بپرسد که آیا ارزش نوشتن یک تک نگاری واقعی را داشته و خود را به ترجمه هر یک از زبان روسی کتاب ذکر شده در بالا محدود نکنیم. اولاً از سال 1992 از من برای ارائه سخنرانی در مورد AMS در دانشگاه های روسیه دعوت شد. فنلاند و سوئد از این سخنرانی ها یک کتاب رشد کرد. ثانیا، بسیاری از همکاران من تمایل به دریافت کتابی در مورد LMP، که برای توسعه دهندگان ماشین های دارای AMP نوشته شده است، ابراز کردند. سوم، من همچنین متوجه شدم که بسیاری از مهندسانی که در زمینه AMP تخصص ندارند، به کتابی نیاز دارند که جسم کنترلی یک آهنربای الکتریکی را بررسی کند.
هدف این کتاب تجهیز مهندسان به روش‌هایی برای مدل‌سازی ریاضی، سنتز و تجزیه و تحلیل AMPها و در نتیجه کمک به تحریک علاقه به این حوزه جدید فناوری است. شک ندارم که این کتاب برای بسیاری از دانش آموزان نیز مفید خواهد بود تخصص های فنیبه خصوص در طول دوره و طراحی دیپلم. هنگام نگارش کتاب، به عنوان مدیر علمی آزمایشگاه تحقیقاتی پشتیبان‌های مغناطیسی در انستیتو پلی‌تکنیک اسکوف در ایالت سن پترزبورگ، بر 20 سال تجربه در زمینه AMP تکیه کردم. دانشگاه فنی.
کتاب شامل 10 فصل است. فصل 1 می دهد توضیح کوتاههمه انواع تعلیق الکترومغناطیسی ممکن است که هدف آنها گسترش افق خواننده است. فصل 2، با هدف کاربران AMP ها، خواننده را با فناوری بلبرینگ های مغناطیسی فعال آشنا می کند - تاریخچه توسعه، طراحی ها، ویژگی ها، مشکلات توسعه و چندین نمونه از کاربردهای عملی. فصل 3 و 4 روشی برای محاسبه مدارهای مغناطیسی یاتاقان ارائه می کند. یک آهنربای الکتریکی به عنوان یک جسم کنترلی در فصل 5 مورد مطالعه قرار می گیرد. در فصل 6، مشکلات سنتز کنترل کننده و تجزیه و تحلیل دینامیک یک سیستم تعلیق مغناطیسی تک توانی حل شده است. این فصل در مورد نحوه کنترل گیمبال و آنچه می تواند شما را از دستیابی به کیفیت های دینامیکی مورد نیاز باز دارد است. مکان مرکزی توسط فصل 7 اشغال شده است که به بررسی مشکلات کنترل تعلیق یک روتور صلب با پنج درجه آزادی می پردازد، تعامل سیستم تعلیق و موتور محرک را بررسی می کند و همچنین به موضوع ایجاد ماشین های الکتریکی بدون پایه می پردازد. تاثیر تغییر شکل های خمشی الاستیک روتور بر دینامیک گیمبال در فصل 8 مورد بحث قرار گرفته است. فصل 9 به کنترل دیجیتال گیمبال اختصاص دارد. فصل پایانی 10 تعدادی از جنبه های دینامیکی مرتبط با اجرای آویز روتور در AMP ها را بررسی می کند.
با توجه به فهرست منابع در پایان کتاب، من سعی نکرده ام تمام مقالات تاریخی قابل توجه در مورد AMP را درج کنم و از آن دسته از محققانی که سهم آنها در این زمینه ذکر نشده است پوزش می خواهم.
از آنجایی که دامنه موضوعات بسیار گسترده است، حفظ یک سیستم از قراردادها در سراسر کتاب غیرممکن است. با این حال، هر فصل از یک نماد ثابت استفاده می کند.
من از معلمانم، استادان دیوید راخمیلویچ مرکن و آناتولی ساولونچ کلزون سپاسگزارم - آنها کمک زیادی به ظهور این کتاب کردند. مایلم از همکارانم در آزمایشگاه پشتیبانی مغناطیسی و دانشگاه، به ویژه فدور جورجیویچ کوچوین، میخائیل وادیموویچ آفاناسیف تشکر کنم. والنتین واسیلیویچ آندرین، سرگئی ولادیمیرویچ اسمیرنوف، سرگئی گنادیویچ استبیخوف و ایگور ایوانوویچ موروزوف، که با تلاش آنها ماشین های بسیاری با AMP ایجاد شد. گفتگوها و کار مشترک با پروفسور کمیل شمسودنوویچ خوجین و دانشیاران ولادیمیر الکساندرویچ آندریف، والری جورجیویچ بوگوف و ویاچسلاو گریگوریویچ ماتسویچ نیز برای من مفید بود. من همچنین می خواهم از مشارکت دانشجویان فارغ التحصیل و دانشجویان فارغ التحصیل که با اشتیاق فراوان در زمینه AMP با من کار کرده اند قدردانی کنم - اینها گریگوری میخایلوویچ کرایزمن، نیکولای وادیموویچ خمیلکو، آرکادی گریگوریویچ کروستیتسکی، نیکولای میخایلوویچ ایلینوویچ و الکساندر ویتسیولک هستند. واسیلیویچ کیسلف. کمک فنی ارائه شده توسط النا ولادیمیرونا ژوراولووا و آندری سمنوویچ لئونتیف در تهیه نسخه خطی برای انتشار شایسته ذکر ویژه است.
مایلم از شرکت مهندسی پسکوف و موسسه پلی تکنیک اسکوف به خاطر کمک هایشان در تامین مالی انتشار کتاب تشکر کنم.