(499) 264-03-22
Внимание!!!

У вас отключены JavaScript и Cookies!

Для полноценной работы сайта Вам необходимо включить их!

Активные магнитные подшипники

 

Активные магнитные подшипники (АМП)
(производство компании «S2M Société de Mécanique Magnétique SA», 2, rue des Champs, F-27950 St.Marcel, Франция)

 

   

Основные области применения активных магнитных подшипников – в составе турбомашин. Концепция отсутствия масла в компрессорах и турбодетандерах позволяет достичь высочайшей надежности также и за счет отсутствия износа узлов машины.

Активные магнитные подшипники (АМП) находят все большее применение во многих отраслях промышленности. Для улучшения динамических характеристик, увеличения надежности и КПД применяются бесконтактные активные магнитные подшипники.

Принцип действия магнитных подшипников основывается на эффекте левитации в магнитном поле. Вал в таких подшипниках в прямом смысле слова висит в мощном магнитном поле. Система датчиков постоянно отслеживает положение вала, и подает сигналы на позиционные магниты статора, корректируя силу притяжения с той или иной стороны.

 

        1Общее описание системы АМП  

Активный магнитный подвес состоит из 2-х отдельных частей:

       - подшипник;

       - электронная система управления

 

 Магнитный подвес состоит из электромагнитов (силовых катушек 1 и 3), притягивающих ротор (2).   

 

 

Компоненты АМП

 

1. Радиальный подшипник 

       Ротор радиального подшипника, оснащенный ферромагнитными пластинами, удерживается магнитными полями, создаваемыми электромагнитами, расположенными на статоре.

Ротор переводится в подвешенное состояние  в центре, не соприкасаясь со статором. Положение ротора контролируется индуктивными датчиками. Они обнаруживают любое отклонение относительно номинального положения и подают сигналы, которые управляют током в электромагнитах для возвращения ротора в его номинальное положение.

4 катушки, размещенные по осям V и W, и смещенные под углом 45° от осей X и Y, удерживают ротор в центре статора. Нет контакта между ротором и статором. Радиальный зазор 0,5-1мм; осевой зазор 0,6-1,8 мм.

            2. Упорный подшипник

Упорный подшипник работает по такому же принципу. Электромагниты в форме несъемного кольца располагаются по обеим сторонам смонтированного на валу упорного диска. Электромагниты закрепляются на статоре. Упорный диск насаживается на ротор (например, методом горячей посадки). Осевые датчики положения, как правило, расположены на концах вала.

  

 

       

 

    3. Вспомогательные (страховочные)

    подшипники

Вспомогательные подшипники используются для поддерживания ротора во время остановки машины и в случае отказа системы управления АМП. В нормальном рабочем режиме данные подшипники остаются в неподвижном состоянии. Расстояние между вспомогательными подшипниками и ротором, как правило, равно половине воздушного зазора, однако, при необходимости, оно может быть уменьшено. Вспомогательные подшипники это, главным образом, шариковые подшипники с твердой смазкой, но могут использоваться и другие типы подшипников, такие, как подшипники скольжения.

             4. Электронная система управления

  

 Электронная система управления контролирует положение ротора, модулируя ток, который проходит по электромагнитам в зависимости от значений сигнала датчиков положения. 

               5. Электронная система обработки сигналов

    Сигнал, посылаемый датчиком положения, сравнивается с эталонным сигналом, который соответствует номинальному положению ротора. Если эталонный сигнал равен нулю, номинальное положение соответствует центру статора. При изменении эталонного сигнала можно переместить номинальное положение на половину воздушного зазора. Сигнал отклонения пропорционален разнице между номинальным положением и положением ротора в данный момент. Этот сигнал передается на процессор, который в свою очередь направляет корректирующий сигнал на усилитель мощности.

      Отношение выходного сигнала к сигналу отклонения определяется передаточной функцией. Передаточная функция выбирается для поддержания ротора с максимальной точностью в его номинальном положении и для его быстрого и гладкого возвращения в данное положение в случае помех. Передаточная функция определяет жесткость и амортизацию магнитного подвеса.

  6. Усилитель мощности  

        Данное устройство поставляет на электромагниты подшипников ток, необходимый для создания магнитного поля, которое воздействует на ротор. Мощность усилителей зависит от максимальной силы электромагнита, воздушного зазора и времени реакции системы автоматического управления (т.е. скорости, при которой эта сила должна быть изменена, когда она сталкивается с помехой). Физические размеры электронной системы не имеют прямой связи с весом ротора машины, они, скорее всего, связаны отношением показателя между величиной помехи и весом ротора. Следовательно, небольшая оболочка будет достаточной для большого механизма, оснащенного относительно тяжелым ротором, подвергаемым небольшим помехам. В то же время механизм, подверженный бóльшим помехам, должен быть оснащен большим электрошкафом.

 
2. Некоторые характеристики АМП

 

Воздушный зазор

 

 

Воздушный зазор – это пространство между ротором и статором. Величина зазора, обозначаемая е, зависит от диаметра D ротора или подшипника.

Как правило, обычно используют следующие значения:

 

D (мм)

е (мм)

< 100

0,3 - 0,6

100 – 1 000

0,6 – 1,0

 

Скорость вращения

Максимальная скорость вращения радиального магнитного подшипника зависит только от характеристики электромагнитных пластин ротора, а именно сопротивления пластин центробежной силе. При использовании стандартных пластин можно достичь значений окружной скорости до 200 м/с. Скорость вращения же осевого магнитного подшипника ограничена сопротивлением литой стали упорного диска. Окружная скорость в 350 м/с может быть достигнута при использовании стандартного оборудования.

Максимальная нагрузка

Нагрузка АМП зависит от используемого ферромагнитного материала, диаметра ротора и продольной длины статора подвеса. Максимальная удельная нагрузка АМП, изготовленного из стандартного материала, составляет 0,9 Н/см². Эта максимальная нагрузка является меньшей по сравнению с соответствующими значениями классических подшипников, однако, высокая допускаемая окружная скорость позволяет увеличивать диаметр вала так, чтобы получить максимально большую поверхность контакта и, следовательно, такой же предел нагрузки, как и для классического подшипника без необходимости увеличения его длины.

Потребление энергии

Активные магнитные подшипники имеют очень незначительный расход энергии. Данный расход энергии происходит от потерь на гистерезис, вихревые токи (токи Фуко) в подшипнике (мощность, которая взята на валу) и теплопотерь в электронной оболочке. АМП потребляют в 10-100 раз меньше энергии, чем классические для механизмов сопоставимых размеров. Потребление энергии электронной системой управления, для которой необходим внешний источник тока, также является очень низким. Аккумуляторы используются для поддержания рабочего состояния подвеса в случае отказа сети – в этом случае они включаются автоматически.

Окружающие условия

АМП могут устанавливаться непосредственно в среде эксплуатации, полностью исключая необходимость соответствующих муфт и устройств, а также барьеров для термоизоляции. На сегодняшний день активные магнитные подшипники работают в самых разнообразных условиях: вакуум, воздух, гелий, углеводород, кислород, морская вода и гексафторид урания, а также при температурах от – 253° С до + 450° С. 

 

3. Преимущества магнитных подшипников

 

  • Безконтактные / безжидкостные
    – отсутствие механического трения
    – отсутствие масла
    – повышение периферийной скорости
     
  • Повышение надежности
    – эксплуатационная надежность шкафа управления > 52 000 ч.
    – эксплуатационная надежность ЭМ подшипников > 200 000 ч.
    – почти полное отсутствие профилактического обслуживания
     
  • Меньшие размеры турбомашины
    – отсутствие системы смазки
    – меньшие размеры (P = K*L*D²*N)
    – меньший вес
     
  • Мониторинг
    – нагрузка подшипников
    – нагрузка турбомашины
    – технологическая нагрузка
     
  • Регулируемые параметры
    – активная система управления магнитными подшипниками
    – жесткость (меняется в зависимости от динамики ротора)
    – демпфирование (меняется в зависимости от динамики ротора)
     
  • Работа без уплотнений (компрессор и привод в едином корпусе)
    – подшипники в технологическом газе
    – широкий диапазон рабочих температур
    – оптимизация динамики ротора за счет его укорачивания

     Неоспоримым преимуществом магнитных подшипников является полное отсутствие трущихся поверхностей, а, следовательно, износа, трения, а главное отсутствие вылета из рабочей зоны частиц, образующихся в процессе работы обычных подшипников.

   Активные магнитные подшипники отличает высокая грузоподъемность и механическая прочность. Их можно использовать при высоких скоростях вращения, а также в безвоздушном пространстве и при различных температурах.

Материалы предоставлены компанией “S2M”, Франция (www.s2m.fr).