Coixinets magnètics sense contacte: dispositiu, capacitats, avantatges i desavantatges
Parlant de coixinets magnètics o suspensions sense contacte, no podem deixar de destacar les seves qualitats notables: no requereix lubricació, sense peces de fregament, per tant, no hi ha pèrdues per fricció, nivell de vibració extremadament baix, velocitat relativa alta, baix consum d'energia, control automàtic i monitorització dels coixinets. sistema, capacitat de segellat.
Tots aquests avantatges fan que els coixinets magnètics siguin les millors solucions per a moltes aplicacions: per a turbines de gas, per a tecnologia criogènica, en generadors elèctrics d'alta velocitat, per a dispositius de buit, per a diverses màquines de tall de metalls i altres equips, inclosos els d'alta precisió i d'alta velocitat. (unes 100.000 rpm ), on és important l'absència de pèrdues mecàniques, pertorbacions i errors.
Bàsicament, els coixinets magnètics es classifiquen en dos tipus: coixinets magnètics passius i actius. Es fabriquen coixinets magnètics passius basat en imants permanents, però aquest enfocament està lluny de ser ideal, per la qual cosa s'utilitza poques vegades.S'obren possibilitats tècniques més flexibles i àmplies amb els coixinets actius, en els quals es crea un camp magnètic per corrents alterns als bobinatges del cable.
Com funciona el coixinet magnètic sense contacte
El funcionament d'una suspensió o coixinet magnètic actiu es basa en el principi de levitació electromagnètica: levitació mitjançant camps elèctrics i magnètics. Aquí, la rotació de l'eix al coixinet es produeix sense contacte físic de les superfícies entre si. Per aquest motiu, la lubricació està totalment exclosa i el desgast mecànic encara és absent. Això augmenta la fiabilitat i l'eficiència de les màquines.
Els experts també assenyalen la importància de controlar la posició de l'eix del rotor. El sistema de sensors controla contínuament la posició de l'eix i proporciona senyals al sistema de control automàtic per a un posicionament precís ajustant el camp magnètic de posicionament de l'estator: la força d'atracció del costat desitjat de l'eix s'enforteix o es debilita ajustant el corrent en els bobinatges de l'estator dels coixinets actius.
Dos coixinets actius cònics o dos coixinets actius radials i un axial permeten suspendre el rotor sense contacte literalment a l'aire. El sistema de control del gimbal funciona contínuament, pot ser digital o analògic. Això proporciona una gran força de retenció, una gran capacitat de càrrega i una rigidesa ajustable i una absorció de cops. Aquesta tecnologia permet que els coixinets funcionin a baixes i altes temperatures, al buit, a altes velocitats i en condicions d'augment dels requisits d'esterilitat.
Dispositiu de coixinet magnètic actiu sense contacte
A partir de l'anterior, queda clar que les parts principals del sistema de suspensió magnètica activa són: coixinet magnètic i sistema de control electrònic automàtic. Els electroimants actuen constantment sobre el rotor des de diferents costats i la seva acció està subordinada a un sistema de control electrònic.
El rotor de coixinet magnètic radial està equipat amb plaques ferromagnètiques, sobre les quals actua un camp magnètic retentiu dels bobinats de l'estator, de manera que el rotor queda suspès al centre de l'estator sense tocar-lo. Els sensors inductius controlen la posició de l'estator. el rotor en tot moment. Qualsevol desviació de la posició correcta dóna lloc a un senyal que s'envia al controlador per tornar el rotor a la posició desitjada. El joc radial pot estar entre 0,5 i 1 mm.
Un coixinet de suport magnètic funciona de manera similar. Els electroimants en forma d'anell estan connectats a l'eix del disc de tracció. Els electroimants es troben a l'estator. Els sensors axials es troben als extrems de l'eix.
Per retenir de manera fiable el rotor de la màquina durant la parada o en el moment de la fallada del sistema de retenció, s'utilitzen coixinets de boles de seguretat, que es fixen de manera que l'espai entre ells i l'eix s'ajusti a la meitat del coixinet magnètic. .
El sistema de control automàtic està situat a l'armari i s'encarrega de la correcta modulació del corrent que flueix pels electroimants d'acord amb els senyals dels sensors de posició del rotor. La potència dels amplificadors està relacionada amb la força màxima dels electroimants, la mida de l'entrefer i el temps de reacció del sistema davant un canvi en la posició del rotor.
Possibilitats de coixinets magnètics sense contacte
La velocitat màxima possible del rotor en un coixinet magnètic radial només està limitada per la capacitat de les plaques del rotor ferromagnètic de resistir la força centrífuga. En general, el límit per a la velocitat perifèrica és de 200 m / s, mentre que per als coixinets magnètics axials el límit està limitat per la resistència de l'acer fos de la parada: 350 m / s amb materials normals.
Els ferroimants aplicats també determinen la càrrega màxima que pot suportar un coixinet amb el diàmetre i la longitud de l'estator del coixinet corresponent. Per als materials estàndard, la pressió màxima és de 0,9 N / cm2, que és inferior a la dels coixinets de contacte convencionals, però la pèrdua de càrrega es pot compensar amb una velocitat perifèrica elevada amb un diàmetre de l'eix augmentat.
El consum d'energia del coixinet magnètic actiu no és molt elevat. Les pèrdues més grans en el coixinet es deuen als corrents de Foucault, però aquesta és deu vegades menys que l'energia que es perd quan s'utilitzen coixinets convencionals a les màquines. Excloent els acoblaments, les barreres tèrmiques i altres dispositius, els coixinets funcionen amb eficàcia al buit, heli, oxigen, aigua de mar i molt més. El rang de temperatura és de -253 ° C a + 450 ° C.
Desavantatges relatius dels coixinets magnètics
Mentrestant, els coixinets magnètics també tenen desavantatges.
En primer lloc, cal utilitzar coixinets auxiliars de seguretat, que poden suportar un màxim de dues avaries, després dels quals s'han de substituir per de nous.
En segon lloc, la complexitat del sistema de control automàtic, que, si falla, requerirà reparacions complexes.
En tercer lloc, la temperatura del bobinat de l'estator del coixinet augmenta amb corrents altes: els bobinatges s'escalfen i necessiten el seu propi refredament, preferiblement refrigeració líquida.
Finalment, el consum de material d'un coixinet sense contacte és elevat perquè la superfície del coixinet ha de ser gran per suportar una força magnètica suficient: el nucli de l'estator del coixinet és gran i pesat. A més el fenomen de saturació magnètica.
Però, malgrat els aparents desavantatges, els coixinets magnètics s'utilitzen àmpliament, fins i tot en sistemes òptics d'alta precisió i en instal·lacions làser. D'una manera o altra, des de mitjans del segle passat, els coixinets magnètics han anat millorant constantment.