Vòng bi từ tính không tiếp xúc: thiết bị, khả năng, ưu điểm và nhược điểm

Nói về vòng bi từ tính hoặc hệ thống treo không tiếp xúc, chúng ta không thể không lưu ý đến những phẩm chất vượt trội của chúng: không cần bôi trơn, không có bộ phận cọ xát, do đó không tổn thất do ma sát, độ rung cực thấp, tốc độ tương đối cao, tiêu thụ năng lượng thấp, điều khiển tự động và giám sát vòng bi hệ thống, khả năng niêm phong.

Tất cả những ưu điểm này làm cho vòng bi từ tính trở thành giải pháp tốt nhất cho nhiều ứng dụng: cho tua-bin khí, cho công nghệ đông lạnh, trong máy phát điện tốc độ cao, cho các thiết bị chân không, cho nhiều loại máy cắt kim loại và các thiết bị khác, bao gồm cả máy có độ chính xác cao và tốc độ cao (khoảng 100.000 vòng/phút), trong đó việc không có tổn thất cơ học, nhiễu loạn và lỗi là rất quan trọng.

Về cơ bản, vòng bi từ tính được phân thành hai loại: vòng bi từ tính thụ động và chủ động. Vòng bi từ tính thụ động được sản xuất dựa trên nam châm vĩnh cửu, nhưng cách tiếp cận này là không lý tưởng, vì vậy nó hiếm khi được sử dụng.Các khả năng kỹ thuật linh hoạt hơn và rộng hơn được mở ra với các vòng bi chủ động, trong đó một từ trường được tạo ra bởi các dòng điện xoay chiều trong cuộn dây.

Cách thức hoạt động của vòng bi từ tính không tiếp xúc

Hoạt động của hệ thống treo hoặc ổ trục từ tính chủ động dựa trên nguyên tắc bay điện từ — bay lên bằng cách sử dụng điện trường và từ trường. Ở đây, chuyển động quay của trục trong ổ trục xảy ra mà không có sự tiếp xúc vật lý của các bề mặt với nhau. Vì lý do này, việc bôi trơn hoàn toàn bị loại trừ và sự mài mòn cơ học vẫn không xảy ra. Điều này làm tăng độ tin cậy và hiệu quả của máy móc.

Các chuyên gia cũng lưu ý tầm quan trọng của việc theo dõi vị trí của trục cánh quạt. Hệ thống cảm biến liên tục theo dõi vị trí của trục và cung cấp tín hiệu cho hệ thống điều khiển tự động để định vị chính xác bằng cách điều chỉnh từ trường định vị của stato - lực hút ở phía mong muốn của trục được tăng cường hoặc suy yếu bằng cách điều chỉnh dòng điện trong cuộn dây stato của ổ trục chủ động.

Hai ổ trục chủ động hình côn hoặc hai ổ trục chủ động hướng tâm và một trục cho phép rôto được treo lơ lửng mà không tiếp xúc với không khí theo đúng nghĩa đen. Hệ thống điều khiển gimbal hoạt động liên tục, nó có thể là kỹ thuật số hoặc analog. Điều này mang lại độ bền giữ cao, khả năng chịu tải cao và độ cứng có thể điều chỉnh và khả năng hấp thụ sốc. Công nghệ này cho phép vòng bi hoạt động ở nhiệt độ thấp và cao, trong chân không, ở tốc độ cao và trong các điều kiện yêu cầu vô trùng ngày càng cao.

Thiết bị mang từ tính không tiếp xúc chủ động

Từ những điều trên, rõ ràng các bộ phận chính của hệ thống treo từ tính chủ động là: ổ đỡ từ tính và hệ thống điều khiển điện tử tự động. Các nam châm điện luôn tác động lên rôto từ các phía khác nhau và hoạt động của chúng phụ thuộc vào hệ thống điều khiển điện tử.

Rôto mang từ tính hướng tâm được trang bị các tấm sắt từ, được tác động bởi từ trường lưu giữ từ các cuộn dây của stato, do đó rôto được treo ở giữa stato mà không chạm vào nó. rôto mọi lúc. Bất kỳ sai lệch nào so với vị trí chính xác đều dẫn đến tín hiệu được gửi đến bộ điều khiển để đưa rôto trở lại vị trí mong muốn. Độ hở xuyên tâm có thể nằm trong khoảng từ 0,5 đến 1 mm.

Vòng bi hỗ trợ từ tính hoạt động theo cách tương tự. Nam châm điện hình vòng được gắn vào trục đĩa lực kéo. Các nam châm điện được đặt trên stato. Cảm biến hướng trục được đặt ở hai đầu của trục.

Để giữ rôto của máy một cách đáng tin cậy trong quá trình dừng hoặc tại thời điểm hệ thống giữ bị hỏng, các ổ bi an toàn được sử dụng, được cố định sao cho khoảng cách giữa chúng và trục được đặt bằng một nửa so với ổ trục từ .

Hệ thống điều khiển tự động được đặt trong tủ và chịu trách nhiệm điều chỉnh chính xác dòng điện chạy qua nam châm điện theo tín hiệu từ các cảm biến vị trí rôto. Công suất của bộ khuếch đại liên quan đến cường độ tối đa của nam châm điện, kích thước của khe hở không khí và thời gian phản ứng của hệ thống đối với sự thay đổi vị trí của rôto.

Khả năng cho vòng bi từ tính không tiếp xúc

Tốc độ rôto tối đa có thể có trong ổ đỡ từ tính hướng tâm chỉ bị giới hạn bởi khả năng của các tấm rôto sắt từ chống lại lực ly tâm. Thông thường, giới hạn cho tốc độ ngoại vi là 200 m / s, trong khi đối với vòng bi từ tính hướng trục, giới hạn được giới hạn bởi điện trở của thép đúc của điểm dừng - 350 m / s với vật liệu thông thường.

Các nam châm sắt từ được áp dụng cũng xác định tải trọng tối đa mà ổ trục có thể chịu được với đường kính và chiều dài stato ổ trục tương ứng. Đối với vật liệu tiêu chuẩn, áp suất tối đa là 0,9 N / cm2, thấp hơn áp suất của ổ trục tiếp xúc thông thường, nhưng tổn thất tải có thể được bù bằng tốc độ ngoại vi cao với đường kính trục tăng.

Mức tiêu thụ điện năng của ổ trục từ hoạt động không cao lắm. Tổn thất lớn nhất trong ổ trục là do dòng điện xoáy, nhưng năng lượng này ít hơn mười lần so với năng lượng bị mất khi sử dụng ổ trục thông thường trong máy móc. Không bao gồm các khớp nối, tấm chắn nhiệt và các thiết bị khác, vòng bi hoạt động hiệu quả trong môi trường chân không, khí heli, oxy, nước biển, v.v. Phạm vi nhiệt độ từ -253 ° C đến + 450 ° C.

Nhược điểm tương đối của vòng bi từ tính

Trong khi đó, vòng bi từ tính cũng có nhược điểm.

Trước hết, cần sử dụng ổ lăn an toàn phụ trợ, có thể chịu được tối đa hai lần hỏng hóc, sau đó phải thay ổ mới.

Thứ hai, sự phức tạp của hệ thống điều khiển tự động, nếu hỏng hóc sẽ phải sửa chữa phức tạp.

Thứ ba, nhiệt độ của cuộn dây stato ổ trục tăng ở dòng điện cao — cuộn dây nóng lên và chúng cần làm mát riêng, tốt nhất là làm mát bằng chất lỏng.

Cuối cùng, mức tiêu thụ vật liệu của ổ trục không tiếp xúc cao vì bề mặt ổ trục phải lớn để hỗ trợ đủ lực từ—lõi stato của ổ trục lớn và nặng. Cộng với hiện tượng bão hòa từ trường.

Nhưng bất chấp những nhược điểm rõ ràng, vòng bi từ tính hiện đang được sử dụng rộng rãi, bao gồm cả trong các hệ thống quang học có độ chính xác cao và lắp đặt laser. Bằng cách này hay cách khác, kể từ giữa thế kỷ trước, vòng bi từ tính đã không ngừng được cải thiện.