Molti consumatori di cuscinetti credono cuscinetti magnetici una sorta di "scatola nera", sebbene siano utilizzati nell'industria da molto tempo. Di solito vengono utilizzati nel trasporto o nella preparazione gas naturale, nei processi della sua liquefazione e così via. Sono spesso utilizzati dai complessi galleggianti di lavorazione del gas.
I cuscinetti magnetici funzionano mediante levitazione magnetica. Funzionano grazie alle forze generate da campo magnetico. In questo caso le superfici non entrano in contatto tra loro, quindi non è necessaria la lubrificazione. Questo tipo i cuscinetti sono in grado di funzionare anche in condizioni piuttosto difficili, vale a dire a temperature criogeniche, pressioni estreme, alte velocità e così via. Allo stesso tempo, i cuscinetti magnetici mostrano un'elevata affidabilità.
Il rotore con cuscinetti radiali, dotato di piastre ferromagnetiche, viene mantenuto nella posizione desiderata con l'aiuto di campi magnetici creati da elettromagneti posti sullo statore. Il funzionamento dei cuscinetti assiali si basa sugli stessi principi. In questo caso, di fronte agli elettromagneti sul rotore, è presente un disco montato perpendicolare all'asse di rotazione. La posizione del rotore è monitorata da sensori di induzione. Questi sensori rilevano rapidamente tutte le deviazioni dalla posizione nominale, creando così segnali che controllano le correnti nei magneti. Queste manipolazioni consentono di mantenere il rotore nella posizione desiderata.
Vantaggi dei cuscinetti magnetici innegabile: non necessitano di lubrificazione, non costituiscono pericolo ambiente, consumano poca energia e, grazie all'assenza di parti di contatto e di sfregamento, funzionano a lungo. Inoltre, i cuscinetti magnetici hanno bassi livelli di vibrazioni. Oggi esistono modelli con un sistema di monitoraggio e controllo delle condizioni integrato. SU al momento I cuscinetti magnetici vengono utilizzati principalmente nei turbocompressori e compressori per gas naturale, idrogeno e aria, nella tecnologia criogenica, nelle unità di refrigerazione, nei turboespansori, nella tecnologia del vuoto, nei generatori elettrici, nel controllo e apparecchiature di misurazione, in lucidatrici, fresatrici e rettificatrici ad alta velocità.
Lo svantaggio principale dei cuscinetti magnetici- dipendenza dai campi magnetici. La scomparsa del campo può portare a un guasto catastrofico del sistema, quindi vengono spesso utilizzati con cuscinetti di sicurezza. Tipicamente, vengono utilizzati come cuscinetti volventi in grado di sopportare due o un guasto dei modelli magnetici, dopodiché è necessaria la loro immediata sostituzione. Anche per cuscinetti magnetici, ingombranti e sistemi complessi controlli che complicano notevolmente il funzionamento e la riparazione del cuscinetto. Ad esempio, per controllare questi cuscinetti, vengono spesso installati gabinetto speciale gestione. Questo gabinettoè un controller che interagisce con i cuscinetti magnetici. Con il suo aiuto, viene fornita una corrente agli elettromagneti, che regola la posizione del rotore, ne garantisce la rotazione senza contatto e mantiene la sua posizione stabile. Inoltre, durante il funzionamento dei cuscinetti magnetici, può sorgere il problema del riscaldamento dell'avvolgimento di questa parte, che avviene a causa del passaggio di corrente. Pertanto, a volte vengono installati sistemi di raffreddamento aggiuntivi con alcuni cuscinetti magnetici.
Uno dei maggiori produttori di cuscinetti magnetici- Società S2M, che ha partecipato allo sviluppo del progetto completo ciclo vitale cuscinetti magnetici e motori a magneti permanenti: dallo sviluppo alla messa in servizio, produzione e soluzioni pratiche. S2M ha sempre cercato di mantenere una politica innovativa volta a semplificare la progettazione dei cuscinetti per ridurre i costi. Ha cercato di rendere i modelli magnetici più accessibili per un uso più ampio da parte del mercato di consumo industriale. Hanno collaborato con S2M aziende produttrici di vari compressori e pompe per vuoto, principalmente per industria del petrolio e del gas. Un tempo, la rete di servizi S2M si estendeva in tutto il mondo. I suoi uffici erano in Russia, Cina, Canada e Giappone. Nel 2007 la S2M è stata acquisita dal gruppo SKF per cinquantacinque milioni di euro. Oggi, i cuscinetti magnetici che utilizzano le loro tecnologie sono prodotti dalla divisione di produzione di A&MC Magnetic Systems.
Nell'industria vengono sempre più utilizzati sistemi modulari compatti ed economici dotati di cuscinetti magnetici. Rispetto al solito tecnologie tradizionali hanno molti vantaggi. Grazie agli innovativi sistemi miniaturizzati motore/cuscinetto, è diventata possibile l'integrazione di tali sistemi nei moderni prodotti di serie. Oggi vengono utilizzati nelle industrie ad alta tecnologia (produzione di semiconduttori). Le recenti invenzioni e sviluppi nel campo dei cuscinetti magnetici sono chiaramente finalizzati a massimizzare la semplificazione strutturale di questo prodotto. L’obiettivo è ridurre i costi dei cuscinetti, rendendoli più accessibili al mercato industriale più ampio che chiaramente necessita di tale innovazione.
In una varietà di moderni prodotti elettromeccanici e prodotti tecnici, il cuscinetto magnetico è il componente principale che determina l'aspetto tecnico e caratteristiche economiche e aumenta il periodo operativo senza problemi. Rispetto ai cuscinetti tradizionali, i cuscinetti magnetici eliminano completamente la forza di attrito tra le parti fisse e quelle in movimento. La presenza di questa proprietà consente di implementare velocità maggiori nei progetti sistemi magnetici. I cuscinetti magnetici sono realizzati con materiali superconduttori ad alta temperatura, che influiscono razionalmente sulle loro proprietà. Queste proprietà includono una significativa riduzione dei costi per disegni di modelli sistemi di raffreddamento e simili parametro importante, come mantenimento a lungo termine di un cuscinetto magnetico in condizioni di lavoro.
Principio di funzionamento delle sospensioni magnetiche
Il principio di funzionamento delle sospensioni magnetiche si basa sull'uso della levitazione libera, creata dal magnetismo e campi elettrici. Un albero rotante che utilizza tali sospensioni, senza l'uso del contatto fisico, in letteralmente sospeso in un potente campo magnetico. Le sue relative rivoluzioni passano senza attrito e usura, pur raggiungendo massima affidabilità. Componente fondamentale sospensione magneticaè un sistema magnetico. Il suo scopo principale è creare un campo magnetico della forma richiesta, fornendo le caratteristiche di trazione richieste zona di lavoro ad un certo spostamento di controllo del rotore e della rigidità del cuscinetto stesso. Tali parametri dei cuscinetti magnetici dipendono direttamente dal design del sistema magnetico, che deve essere sviluppato e calcolato in base ad esso peso e dimensioni componente: un costoso sistema di raffreddamento criogenico. Ciò di cui è capace il campo elettromagnetico delle sospensioni magnetiche può essere visto chiaramente nel funzionamento del giocattolo per bambini Levitron. In pratica le sospensioni magnetiche ed elettriche esistono in nove tipologie, differenti per il principio di funzionamento:
- sospensioni magnetiche e idrodinamiche;
- sospensioni in lavorazione magneti permanenti;
- cuscinetti magnetici attivi;
- grucce per condizionamento;
- LC - tipi di sospensioni risonanti;
- cuscinetti a induzione;
- tipi di sospensioni diamagnetiche;
- cuscinetti superconduttori;
- sospensioni elettrostatiche.
Se testiamo tutti questi tipi di sospensioni in termini di popolarità, nelle realtà attuali i cuscinetti magnetici attivi (AMP) hanno preso la posizione di leader. In apparenza rappresentano un sistema di dispositivi meccatronici in cui lo stato stabile del rotore è raggiunto dalle forze di attrazione magnetica presenti. Queste forze agiscono sul rotore dal lato degli elettromagneti, corrente elettrica in cui è configurato dal sistema controllo automatico sui segnali dei sensori provenienti dalla centralina elettronica. Tali centraline possono utilizzare sia un tradizionale sistema analogico che un più innovativo sistema di elaborazione del segnale digitale. I cuscinetti magnetici attivi hanno eccellenti caratteristiche dinamiche, affidabilità e alta efficienza. Opportunità uniche i cuscinetti magnetici attivi contribuiscono alla loro diffusa adozione. Gli AMP vengono effettivamente utilizzati, ad esempio, nelle seguenti apparecchiature:
- gruppi turbogas;
- sistemi di rotori ad alta velocità;
- motori elettrici;
- turboespansori;
- dispositivi di accumulo inerziale dell'energia, ecc.
Mentre i cuscinetti magnetici attivi richiedono fonte esterna apparecchiature di controllo attuali, costose e complesse. Al momento, gli sviluppatori AMP stanno conducendo lavoro attivo per creare un tipo passivo di cuscinetti magnetici.
Parlando di cuscinetti magnetici o sospensioni senza contatto, non si può non notare le loro notevoli qualità: non è necessaria alcuna lubrificazione, non ci sono parti di sfregamento, quindi nessuna perdita di attrito, livelli di vibrazione estremamente bassi, elevata velocità relativa, basso consumo energetico, sistema automatico di sistema di controllo e monitoraggio dello stato dei cuscinetti, della capacità di tenuta.
Tutti questi vantaggi rendono i cuscinetti magnetici le migliori soluzioni per molte applicazioni: per turbine a gas, per apparecchiature criogeniche, in generatori elettrici ad alta velocità, per dispositivi per il vuoto, per varie macchine e altre apparecchiature, comprese quelle ad alta precisione e ad alta velocità (circa 100.000 giri al minuto), dove è importante l'assenza di perdite meccaniche, interferenze ed errori.
Fondamentalmente, i cuscinetti magnetici si dividono in due tipologie: cuscinetti magnetici passivi e attivi. Vengono prodotti cuscinetti magnetici passivi, ma questo approccio è tutt'altro che ideale, quindi viene utilizzato estremamente raramente. Più flessibile e più ampio capacità tecniche aperto con cuscinetti attivi in cui si crea un campo magnetico correnti alternate negli avvolgimenti dei nuclei.
Come funziona un cuscinetto magnetico senza contatto?
Il funzionamento di una sospensione o cuscinetto magnetico attivo si basa sul principio della levitazione elettromagnetica - levitazione mediante campi elettrici e magnetici. In questo caso la rotazione dell'albero nel cuscinetto avviene senza contatto fisico delle superfici tra loro. È per questo motivo che la lubrificazione è completamente eliminata, ma è comunque assente l'usura meccanica. Ciò aumenta l’affidabilità e l’efficienza delle macchine.
Gli esperti sottolineano inoltre l'importanza di monitorare la posizione dell'albero del rotore. Un sistema di sensori monitora continuamente la posizione dell'albero e invia segnali al sistema di controllo automatico per un posizionamento preciso regolando il campo magnetico di posizionamento dello statore: la forza di attrazione sul lato desiderato dell'albero viene resa più forte o più debole regolando il corrente in avvolgimenti dello statore cuscinetti attivi.
Due cuscinetti attivi conici oppure due radiali e uno assiale cuscinetti attivi- consentono di sospendere senza contatto il rotore letteralmente in aria. Il sistema di controllo del gimbal funziona continuamente e può essere digitale o analogico. Ciò garantisce elevata forza di tenuta, elevata capacità di carico, rigidità regolabile e assorbimento degli urti. Questa tecnologia consente ai cuscinetti di funzionare in condizioni basse e alte temperature, sotto vuoto, ad alte velocità e in condizioni di maggiori requisiti di sterilità.
Da quanto sopra è chiaro che le parti principali del sistema di sospensione magnetica attiva sono: il cuscinetto magnetico e sistema automatico controllo elettronico. Gli elettromagneti agiscono costantemente sul rotore con lati diversi, e la loro azione è subordinata sistema elettronico controllare.
Il rotore di un cuscinetto magnetico radiale è dotato di piastre ferromagnetiche, sulle quali agisce un campo magnetico di tenuta delle bobine dello statore, per cui il rotore è sospeso al centro dello statore senza toccarlo. Sensori induttivi Monitorare sempre la posizione del rotore. Qualsiasi deviazione da posizione corretta porta alla comparsa di un segnale che viene inviato al controller in modo che, a sua volta, riporti il rotore nella posizione desiderata. Il gioco radiale può variare da 0,5 a 1 mm.
Un cuscinetto reggispinta magnetico funziona in modo simile. Sull'albero del disco reggispinta sono fissati elettromagneti a forma di anello. Gli elettromagneti si trovano sullo statore. I sensori assiali si trovano alle estremità dell'albero.
Per trattenere in modo affidabile il rotore della macchina durante il suo arresto o al momento di guasto del sistema di trattenimento, vengono utilizzati cuscinetti a sfera di sicurezza, che sono fissati in modo tale che lo spazio tra loro e l'albero sia pari alla metà di quello nel magnetico cuscinetto.
Sistema regolazione automatica si trova nell'armadio ed è responsabile della corretta modulazione della corrente che passa attraverso gli elettromagneti in base ai segnali provenienti dai sensori di posizione del rotore. La potenza degli amplificatori è correlata alla forza massima degli elettromagneti, alla dimensione del traferro e al tempo di reazione del sistema ai cambiamenti nella posizione del rotore.
Capacità dei cuscinetti magnetici senza contatto
La massima velocità di rotazione possibile del rotore in un cuscinetto magnetico radiale è limitata solo dalla capacità delle piastre ferromagnetiche del rotore di resistere alla forza centrifuga. Tipicamente il limite di velocità periferica è 200 m/s, mentre per i cuscinetti magnetici assiali il limite è limitato dalla durabilità dell'acciaio fuso reggispinta - 350 m/s con materiali convenzionali.
Dipende anche dai ferromagneti utilizzati. carico massimo che può sopportare un cuscinetto del diametro e della lunghezza appropriati dello statore del cuscinetto. Per materiali standard la pressione massima è di 0,9 N/cm2, che è inferiore a quella dei cuscinetti a contatto convenzionali, tuttavia la perdita di carico può essere compensata dall'elevata velocità periferica con un diametro dell'albero maggiore.
Il consumo energetico di un cuscinetto magnetico attivo non è molto elevato. Le perdite maggiori nel cuscinetto si verificano a causa delle correnti parassite, ma si tratta di decine di volte inferiori all'energia sprecata quando si utilizzano cuscinetti convenzionali nelle macchine. Vengono eliminati accoppiamenti, barriere termiche e altri dispositivi, i cuscinetti funzionano efficacemente in condizioni di vuoto, elio, ossigeno, acqua di mare ecc. L'intervallo di temperatura va da -253°C a +450°C.
Svantaggi relativi dei cuscinetti magnetici
Nel frattempo, i cuscinetti magnetici presentano anche degli svantaggi.
Innanzitutto c'è la necessità di utilizzare cuscinetti a rulli ausiliari di sicurezza, che possono sopportare un massimo di due guasti, dopodiché devono essere sostituiti con altri nuovi.
In secondo luogo, la complessità del sistema di controllo automatico che, in caso di guasto, richiederà riparazioni complesse.
In terzo luogo, la temperatura dell'avvolgimento dello statore del cuscinetto a correnti elevate aumenta: gli avvolgimenti si surriscaldano e necessitano di raffreddamento personale, preferibilmente raffreddamento a liquido.
Infine, il consumo di materiale di un cuscinetto senza contatto risulta essere elevato, poiché la superficie del cuscinetto per mantenere una forza magnetica sufficiente deve essere estesa: il nucleo dello statore del cuscinetto risulta essere grande e pesante. Inoltre il fenomeno della saturazione magnetica.
Ma, nonostante le evidenti carenze, i cuscinetti magnetici sono già ampiamente utilizzati, anche in sistemi ottici alta precisione e installazioni laser. In un modo o nell'altro, dalla metà del secolo scorso, i cuscinetti magnetici sono stati continuamente migliorati.
dopo aver visto i video di certi compagni, come questi
Ho deciso e controllerò questo argomento. Secondo me, il video è piuttosto analfabeta, quindi è del tutto possibile fischiare dalla platea.
Dopo aver esaminato una serie di diagrammi nella mia testa, guardando il principio di sospensione nella parte centrale del video di Beletsky e capendo come funziona il giocattolo Levitnon, mi è venuto in mente un semplice diagramma. È chiaro che dovrebbero esserci due punte di supporto su un asse, la punta stessa è in acciaio e gli anelli sono fissati rigidamente sull'asse. Invece di anelli solidi, è del tutto possibile posizionare magneti non molto grandi a forma di prisma o cilindro situati attorno alla circonferenza. Il principio è lo stesso del famoso giocattolo "Livitron". solo che invece di un momento geroscopico che impedisce il ribaltamento del piano, si utilizza una “spinta” tra supporti fissati rigidamente all'asse.
Di seguito è riportato un video con il giocattolo "Livitron"
ed ecco lo schema che vi propongo. in effetti questo è il giocattolo del video qui sopra ma, come ho già detto, necessita di qualcosa che impedisca il ribaltamento della punta di supporto. Nel video sopra viene utilizzato il momento giroscopico, utilizzo due supporti e un distanziatore tra di loro.
Proviamo a giustificare il lavoro di questo progetto, per come lo vedo io:
i magneti vengono allontanati, il che significa che c'è un punto debole: è necessario stabilizzare questi picchi lungo l'asse. qui ho usato la seguente idea: il magnete cerca di spingere la punta nell'area con l'intensità di campo più bassa, perché la punta ha una magnetizzazione opposta all'anello e il magnete stesso ha la forma di un anello, ove sufficiente vasta area situato lungo l'asse, la tensione è inferiore rispetto alla periferia. quelli. La distribuzione dell'intensità del campo magnetico in forma ricorda un bicchiere: l'intensità è massima nel muro e minima sull'asse.
la punta deve essere stabilizzata lungo l'asse e contemporaneamente spinta fuori dall'anello magnetico nella zona con l'intensità di campo più bassa. quelli. se sono presenti due picchi di questo tipo su un asse e gli anelli magnetici sono fissati rigidamente, l'asse dovrebbe “congelarsi”.
si scopre che trovarsi in una zona con un'intensità di campo inferiore è la più favorevole dal punto di vista energetico.
Frugando su internet ho trovato un disegno simile:
anche qui si forma una zona con tensione inferiore, anch'essa si trova lungo l'asse tra i magneti e viene utilizzato anche l'angolo. In generale, l'ideologia è molto simile, ma se parliamo di un cuscinetto compatto, l'opzione sopra sembra migliore, ma richiede magneti dalla forma speciale. quelli. La differenza tra gli schemi è che stringo la parte portante in una zona con meno tensione, e nello schema sopra la formazione stessa di tale zona garantisce la posizione sull'asse.
Per rendere più chiaro il confronto, ho ridisegnato il mio diagramma: 
sono essenzialmente immagini speculari. In generale, l'idea non è nuova: ruotano tutte attorno alla stessa cosa, ho addirittura il sospetto che l'autore del video sopra semplicemente non abbia cercato le soluzioni proposte 
qui è quasi uno a uno, se i fermi conici non sono solidi, ma compositi: un nucleo magnetico + un anello magnetico, otterrai il mio circuito. Direi anche l'idea iniziale non ottimizzata: l'immagine qui sotto. solo la foto sopra funziona per “attrarre” il rotore, ma inizialmente avevo previsto la “repulsione” 
Per coloro che sono particolarmente dotati, tengo a sottolineare che questa sospensione non viola il teorema di Earnshaw (divieto). il fatto è questo stiamo parlando Non si tratta di una sospensione puramente magnetica, senza fissare rigidamente i centri sull'asse, ad es. un asse è fissato rigidamente, niente funzionerà. quelli. Si tratta di scegliere un fulcro e niente più.
infatti, se guardi il video di Beletsky, puoi vedere che in alcuni punti è già utilizzata più o meno la stessa configurazione di campi, manca solo il tocco finale. il circuito magnetico conico distribuisce la “repulsione” lungo due assi, ma Earnshaw ha ordinato di fissare diversamente il terzo asse, non ho discusso e l'ho fissato rigidamente meccanicamente. Non so perché Beletsky non abbia provato questa opzione. infatti gli occorrono due “livitron”: i supporti sono fissati sull'asse, e collegati ai piani con un tubo di rame.
È inoltre possibile utilizzare punte di qualsiasi materiale diamegnetico sufficientemente resistente al posto di un magnete con polarità opposta all'anello di supporto magnetico. quelli. sostituire la combinazione magnete + circuito magnetico conico, semplicemente con un cono in materiale diamagnetico. la fissazione sull'asse sarà più affidabile, ma i diamagneti non si distinguono per la forte interazione e le elevate intensità di campo e per applicarlo in qualsiasi modo è necessario un grande "volume" di questo campo. Dato che il campo è assialmente uniforme rispetto all'asse di rotazione, durante la rotazione non si verificano cambiamenti nel campo magnetico, ad es. tale cuscinetto non crea resistenza alla rotazione.
Secondo la logica delle cose, questo principio dovrebbe essere applicabile anche alla sospensione del plasma: una "bottiglia magnetica" rattoppata (corktron), quindi aspetta e vedi.
Perché sono così fiducioso nel risultato? beh, perché non può fare a meno di esistere :) l'unica cosa possibile è realizzare nuclei magnetici a forma di cono e coppa per una configurazione di campo più “dura”.
Bene, puoi anche trovare un video con una sospensione simile:
qui l'autore non utilizza alcun circuito magnetico e si concentra sull'ago, come generalmente necessario, comprendendo il teorema di Earnshaw. ma gli anelli sono già fissati rigidamente all'asse, il che significa che è possibile allargare l'asse tra di loro, cosa che può essere facilmente ottenuta utilizzando nuclei magnetici conici su magneti sull'asse. quelli. Finché non viene penetrato il “fondo” della “tazza magnetica”, diventa sempre più difficile spingere il circuito magnetico nell’anello perché la permeabilità magnetica dell'aria è inferiore a quella del circuito magnetico: una diminuzione del traferro porterà ad un aumento dell'intensità del campo. quelli. un asse è fissato rigidamente meccanicamente, quindi non sarà necessario il supporto sull'ago. quelli. vedere la primissima immagine.
PS
Ecco cosa ho trovato. della serie, la testa cattiva continua a non mollare - l'autore è ancora Beletsky - è incasinato lì, mamma, non preoccuparti - la configurazione del campo è piuttosto complessa, inoltre, non è uniforme lungo l'asse di rotazione, cioè durante la rotazione si verifica una variazione dell'induzione magnetica nell'asse con tutte le sporgenze... prestare attenzione alla sfera nell'anello magnetico, invece nell'anello magnetico si trova un cilindro. quelli. la persona ha stupidamente rovinato il principio di sospensione qui descritto.
Bene, o saldato la sospensione nella foto, ad es. i peperoni nella foto usano un supporto per l'ago, e al posto dell'ago ha appeso una pallina - oh shaitan - ha funzionato - chi l'avrebbe mai detto (ricordo che mi hanno dimostrato che non avevo capito bene il teorema di Earnshaw), ma appendere due palline e usare solo due anelli a quanto pare non è abbastanza intelligente. quelli. il numero di magneti nel dispositivo nel video può essere facilmente ridotto a 4, ed eventualmente a 3, cioè il funzionamento di una configurazione con un cilindro in un anello e una sfera nell'altro può essere considerato sperimentalmente dimostrato, vedere l'immagine dell'idea originale. lì ho usato due fermi simitrici e un cilindro + cono, anche se penso che il cono e parte della sfera dal polo al diametro funzionino allo stesso modo.
quindi, la fermata stessa appare così: è un circuito magnetico (cioè ferro, nichel, ecc.) è semplicemente
è installato un anello magnetico. la controparte è la stessa, solo al contrario :) e due fermate nel lavoro sul distanziatore - compagno 
Earnshaw ha proibito di lavorare su una sola fermata.