Uwaga!!!

Masz wyłączoną obsługę JavaScript i plików cookie!

Aby strona działała poprawnie musisz je włączyć!

Aktywne łożyska magnetyczne

Aktywne łożyska magnetyczne (AMP)
(wyprodukowane przez S2M Société de Mécanique Magnétique SA, 2, rue des Champs, F-27950 St. Marcel, Francja)

Główne obszary zastosowań aktywnych łożysk magnetycznych stanowią części maszyn przepływowych. Koncepcja braku oleju w sprężarkach i turborozprężarkach umożliwia osiągnięcie najwyższej niezawodności również dzięki brakowi zużycia elementów maszyn. Aktywne łożyska magnetyczne (AMP) znajdą wszystko większe zastosowanie w wielu branżach. Aby poprawić właściwości dynamiczne, zwiększyć niezawodność i wydajność, stosuje się bezdotykowe aktywne łożyska magnetyczne.

Zasada działania łożysk magnetycznych opiera się na efekcie lewitacji w polu magnetycznym. Wał w takich łożyskach jest dosłownie słowa wiszące w silnym polu magnetycznym. System czujników stale monitoruje położenie wału i wysyła sygnały do ​​magnesów pozycjonujących stojana, regulując siłę przyciągania z jednej lub drugiej strony.

1 . Opis ogólny Systemy AMP

Aktywne zawieszenie magnetyczne składa się z 2 oddzielnych części:

Łożysko;

Elektroniczny system sterowania

Zawieszenie magnetyczne składa się z elektromagnesów (cewek zasilających 1 i 3), które przyciągają wirnik (2).

Komponenty AMP

1. Łożysko promieniowe

Wirnik z łożyskiem promieniowym, wyposażony w płytki ferromagnetyczne, utrzymywany jest w miejscu za pomocą pól magnetycznych wytwarzanych przez elektromagnesy umieszczone na stojanie.

Wirnik jest umieszczony w stanie zawieszonym pośrodku, bez kontaktu ze stojanem. Pozycja rotora jest kontrolowana czujniki indukcyjne. Wykrywają wszelkie odchylenia od położenia nominalnego i dostarczają sygnały sterujące prądem w elektromagnesach, aby przywrócić wirnik do jego położenia nominalnego.

4 cewki umieszczone wzdłuż osi V i W i przesunięty pod kątem 45° od osi X i Y , przytrzymaj wirnik na środku stojana. Nie ma kontaktu pomiędzy rotorem a stojanem. Luz promieniowy 0,5-1mm; luz osiowy 0,6-1,8 mm.

2. Łożysko oporowe

Łożysko oporowe działa na tej samej zasadzie. Elektromagnesy w postaci pierścienia stałego umieszczone są po obu stronach tarczy oporowej zamontowanej na wale. Elektromagnesy są przymocowane do stojana. Tarcza oporowa jest montowana na wirniku (na przykład metodą pasowania skurczowego). Czujniki położenia osiowego są zwykle umieszczone na końcach wału.

3. Pomocnicze (ubezpieczenie)

namiar

Łożyska pomocnicze służą do podparcia wirnika podczas postoju maszyny oraz w przypadku awarii układu sterowania AMS. Podczas normalnej pracy łożyska te pozostają nieruchome. Odległość między łożyskami pomocniczymi a wirnikiem jest zwykle równa połowie szczeliny powietrznej, jednak w razie potrzeby można ją zmniejszyć. Łożyska pomocnicze to głównie łożyska kulkowe ze stałym smarowaniem, ale można również zastosować inne typy łożysk, takie jak łożyska ślizgowe.

4. Elektroniczny układ sterowania

Elektroniczny układ sterowania steruje położeniem wirnika poprzez modulację prądu przepływającego przez elektromagnesy w zależności od wartości sygnału czujników położenia.

5. Elektroniczny system przetwarzania sygnały

Sygnał wysyłany przez czujnik położenia porównywany jest z sygnałem odniesienia, który odpowiada nominalnemu położeniu wirnika. Jeżeli sygnał odniesienia wynosi zero, położenie nominalne odpowiada środkowi stojana. Zmieniając sygnał odniesienia, można przesunąć położenie nominalne o połowę szczeliny powietrznej. Sygnał odchylenia jest proporcjonalny do różnicy pomiędzy położeniem nominalnym a położeniem wirnika w w tej chwili. Sygnał ten przekazywany jest do procesora, który z kolei wysyła sygnał korekcyjny do wzmacniacza mocy.

Stosunek sygnału wyjściowego do sygnału odchyleniaokreślona przez funkcję przenoszenia. Funkcja przenoszenia jest tak dobrana, aby jak najdokładniej utrzymać wirnik w jego położeniu nominalnym oraz aby w przypadku zakłóceń szybko i płynnie powrócić do tego położenia. Funkcja przenoszenia określa sztywność i tłumienie zawieszenie magnetyczne.

6. Wzmacniacz mocy

Urządzenie to zasila elektromagnesy łożyskowe prądem niezbędnym do wytworzenia pole magnetyczne, który działa na wirnik. Moc wzmacniaczy zależy od maksymalnej siły elektromagnesu, szczeliny powietrznej i czasu reakcji układu automatyczne sterowanie(tj. prędkość, z jaką siła ta musi zostać zmieniona w przypadku napotkania zakłócenia). Wymiary fizyczne układu elektronicznego nie mają bezpośredniego związku z masą wirnika maszyny, najprawdopodobniej są związane ze stosunkiem wskaźnika pomiędzy wielkością zakłócenia a masą wirnika. Dlatego też w przypadku dużego mechanizmu wyposażonego w stosunkowo ciężki wirnik, narażony na niewielkie zakłócenia, wystarczy niewielka obudowa. Jednocześnie mechanizm narażony na większe zakłócenia musi być wyposażony w dużą szafkę elektryczną.

2. Niektóre cechy AMP

Szczelina powietrzna

Szczelina powietrzna to przestrzeń pomiędzy wirnikiem a stojanem. Wskazana wielkość luki mi, zależy od średnicy D wirnik lub łożysko.

Z reguły stosuje się następujące wartości:

D (mm)	mi(mm)
< 100	0,3 - 0,6
100 - 1 000	0,6 - 1,0

Prędkość obrotowa

Maksymalna prędkość obrotowa promieniowego łożyska magnetycznego zależy wyłącznie od charakterystyki elektromagnetycznych płytek wirnika, a mianowicie odporności płytek na siłę odśrodkową. Przy zastosowaniu standardowych płytek można osiągnąć prędkości obwodowe do 200 m/s. Prędkość obrotowa osiowego łożyska magnetycznego jest ograniczona przez opór tarczy oporowej ze staliwa. Przy użyciu wyposażenia standardowego można osiągnąć prędkość obwodową 350 m/s.

Obciążenie AMP zależy od użytego materiału ferromagnetycznego, średnicy wirnika i długości wzdłużnej stojana zawieszenia. Maksymalne obciążenie właściwe AMP wykonane z standardowy materiał, wynosi 0,9 N/cm². Ten maksymalne obciążenie jest mniejsza w porównaniu do odpowiednich wartości łożysk klasycznych, jednak duża dopuszczalna prędkość obwodowa pozwala na zwiększenie średnicy wału tak, aby uzyskać jak największą powierzchnię styku, a co za tym idzie taką samą granicę obciążenia jak w przypadku łożyska klasycznego bez konieczności aby zwiększyć jego długość.

Zużycie energii

Aktywne łożyska magnetyczne charakteryzują się bardzo niskim zużyciem energii. To zużycie energii wynika ze strat spowodowanych histerezą, prądami wirowymi (prądami Foucaulta) w łożysku (moc pobierana z wału) i stratami ciepła w obudowie elektroniki. AMP zużywają 10-100 razy mniej energii niż klasyczne mechanizmy porównywalnych rozmiarów. Zużycie energii układ elektroniczny sterowanie, które wymaga zewnętrznego źródła prądu, jest również bardzo niskie. Baterie służą do podtrzymania stanu pracy gimbala w przypadku awarii sieci - w tym przypadku włączają się automatycznie.

Warunki otoczenia

AMP można instalować bezpośrednio w środowisku pracy, całkowicie eliminując potrzebę stosowania odpowiednich złączy i urządzeń oraz przegród termoizolacyjnych. Obecnie najczęściej działają aktywne łożyska magnetyczne różne warunki: próżnia, powietrze, hel, węglowodór, tlen, woda morska i sześciofluorek uranu, a także w temperaturach od - 253° Od do + 450 ° Z.

3. Zalety łożysk magnetycznych

• Bezkontaktowy/bezpłynny
  - brak tarcia mechanicznego
  - bez oleju
  - zwiększona prędkość obwodowa
  
• Zwiększona niezawodność
  - niezawodność działania szafy sterowniczej > 52 000 godzin.
  - niezawodność eksploatacyjna łożysk EM > 200 000 godzin.
  - prawie całkowity brak konserwacji zapobiegawczej
  
• Mniejsze wymiary maszyn przepływowych
  - brak układu smarowania
  - mniejsze wymiary (P = K*L*D²*N)
  - mniejsza waga
  
• Monitorowanie
  - obciążenie łożyska
  - obciążenie turbiny
• Regulowane parametry
  - aktywny system kontroli łożyska magnetycznego
  - sztywność (zmienia się w zależności od dynamiki wirnika)
  - tłumienie (zmienia się w zależności od dynamiki wirnika)
  
• Praca bez uszczelnienia (sprężarka i napęd w jednej obudowie)
  - łożyska w gazie procesowym
  - szeroki zakres temperatur pracy
  - optymalizacja dynamiki wirnika poprzez jego skrócenie

Niezaprzeczalną zaletą łożysk magnetycznych jest całkowity brak powierzchni trących, a w konsekwencji zużycie, tarcie i co najważniejsze brak odbiegania od obszar roboczy cząstek powstających podczas pracy łożysk konwencjonalnych.

Aktywne łożyska magnetyczne charakteryzują się dużą nośnością i wytrzymałością mechaniczną. Można ich używać kiedy duże prędkości w ruchu obrotowym, a także w przestrzeni pozbawionej powietrza i w różnych temperaturach.

Materiały dostarczone przez firmę „S2M”, Francja ( www.s2m.fr).

Poniżej rozważamy projekt zawieszenia magnetycznego Nikołajewa, który argumentował, że możliwe jest zapewnienie lewitacji magnesu trwałego bez zatrzymania. Pokazano eksperyment sprawdzający działanie tego obwodu.

Same magnesy neodymowe sprzedawane są w tym chińskim sklepie.

Lewitacja magnetyczna bez zużycia energii - fantazja czy rzeczywistość? Czy da się zrobić proste łożysko magnetyczne? A co właściwie Nikołajew pokazał na początku lat 90.? Przyjrzyjmy się tym pytaniom. Każdy, kto kiedykolwiek trzymał w rękach parę magnesów, prawdopodobnie zastanawiał się: „Dlaczego nie mogę sprawić, aby jeden magnes unosił się nad drugim bez wsparcia z zewnątrz? Posiadając tak wyjątkowe, jak stałe pole magnetyczne, są odpychane przez bieguny o tej samej nazwie całkowicie bez zużycia energii. To doskonała podstawa do twórczość techniczna! Ale to nie jest takie proste.

Już w XIX wieku brytyjski naukowiec Earnshaw udowodnił, że stosując wyłącznie magnesy trwałe, nie da się stabilnie utrzymać lewitującego obiektu w polu grawitacyjnym. Częściowa lewitacja, czyli pseudolewitacja, możliwa jest jedynie przy wsparciu mechanicznym.

Jak zrobić zawieszenie magnetyczne?

Proste zawieszenie magnetyczne można wykonać w ciągu kilku minut. Do wykonania podstawy podporowej potrzebne będą 4 magnesy u podstawy oraz para magnesów przymocowana do samego lewitującego obiektu, którym może być na przykład flamaster. W ten sposób otrzymaliśmy konstrukcję pływającą z niestabilnym balansem po obu stronach osi pisaka. Regularny ogranicznik mechaniczny pomoże ustabilizować pozycję.

Najprostsze zawieszenie magnetyczne z naciskiem

Konstrukcja ta może być skonfigurowana w taki sposób, że główny ciężar lewitującego obiektu spoczywa na magnesach nośnych, a boczna siła ciągu jest tak mała, że ​​tarcie mechaniczne w tym miejscu praktycznie zbliża się do zera.

Teraz logiczne byłoby podjęcie próby zastąpienia mechanicznego ogranicznika magnetycznym, aby uzyskać absolutną lewitację magnetyczną. Ale niestety nie da się tego zrobić. Być może wynika to z prymitywności projektu.

Alternatywny projekt.

Rozważmy więcej niezawodny system takie zawieszenie. Magnesy pierścieniowe służą jako stojan, przez który przechodzi oś obrotu łożyska. Okazuje się, że w pewnym momencie magnesy pierścieniowe mają właściwość stabilizowania innych magnesów wzdłuż ich osi namagnesowania. Ale reszta jest taka sama. Wzdłuż osi obrotu nie ma stabilnej równowagi. Należy to wyeliminować za pomocą regulowanego ogranicznika.

Rozważmy bardziej sztywną konstrukcję.

Być może tutaj uda się ustabilizować oś za pomocą trwałego magnesu. Ale nawet tutaj nie udało się osiągnąć stabilizacji. Może zaistnieć konieczność umieszczenia magnesów wzdłużnych po obu stronach osi obrotu łożyska. Film z łożyskiem magnetycznym Nikołajewa jest omawiany w Internecie od dawna. Jakość obrazu nie pozwala na szczegółowe zbadanie tej konstrukcji i wydaje się, że udało mu się osiągnąć stabilną lewitację wyłącznie za pomocą magnesów trwałych. W tym przypadku schemat urządzenia jest identyczny jak pokazano powyżej. Dodano jedynie drugi ogranicznik magnetyczny.

Sprawdzanie projektu Giennadija Nikołajewa.

Najpierw obejrzyj cały film, który pokazuje zawieszenie magnetyczne Nikołajewa. Ten film zmusił setki entuzjastów w Rosji i za granicą do podjęcia próby stworzenia konstrukcji, która mogłaby bez przerwy wytwarzać lewitację. Ale niestety w chwili obecnej nie powstał żaden działający projekt takiego zawieszenia. Poddaje to w wątpliwość model Nikołajewa.

Do testów wykonano dokładnie ten sam projekt. Oprócz wszystkich dodatków dostarczono te same magnesy ferrytowe, co Nikołajew. Są słabsze od neodymowych i nie wypychają z tak ogromną siłą. Ale testy w serii eksperymentów przyniosły tylko rozczarowanie. Niestety i ten schemat okazał się niestabilny.

Wniosek.

Problem w tym, że magnesy pierścieniowe, niezależnie od ich siły, nie są w stanie utrzymać osi łożyska w równowadze z siłą pochodzącą od bocznych magnesów wzdłużnych, niezbędną do jego bocznej stabilizacji. Oś po prostu przesuwa się na bok przy najmniejszym ruchu. Innymi słowy, siła, z jaką magnesy pierścieniowe stabilizują oś w sobie, zawsze będzie mniejsza siła niezbędne do stabilizacji osi w kierunku bocznym.

Co więc pokazał Nikołajew? Jeśli przyjrzysz się temu filmowi uważniej, podejrzewasz, że ze względu na słabą jakość filmu zatrzymanie igły jest po prostu niewidoczne. Czy to przypadek, że Nikołajew próbuje pokazać najciekawsze rzeczy? Już sama możliwość absolutnej lewitacji magnesy trwałe, prawo zachowania energii nie jest tu naruszone. Być może nie stworzyli jeszcze magnesu, który wytworzy niezbędną studnię potencjału, która niezawodnie utrzyma grupę innych magnesów w stabilnej równowadze.

Poniżej znajduje się schemat zawieszenia magnetycznego

Rysunek zawieszenia magnetycznego z magnesami trwałymi

po obejrzeniu filmów niektórych towarzyszy, takich jak ten

Zdecydowałem i będę zaglądał do tego tematu. Moim zdaniem wideo jest dość niepiśmienne, więc całkiem możliwe jest gwizdanie na straganach.

Po przejrzeniu w głowie kilku schematów, przyjrzeniu się zasadzie zawieszenia w centralnej części w filmie Beletsky'ego, zrozumieniu działania zabawki Levitnona, wpadłem na prosty schemat. Oczywiste jest, że na jednej osi powinny znajdować się dwa kolce nośne, sam kolec jest wykonany ze stali, a pierścienie są sztywno zamocowane na osi. Zamiast solidnych pierścieni całkiem możliwe jest umieszczenie niezbyt dużych magnesów w kształcie pryzmatu lub cylindra rozmieszczonych na obwodzie. Zasada jest taka sama jak w słynnej zabawce „Livitron”. jedynie zamiast momentu geroskopowego zapobiegającego przewróceniu się blatu stosujemy „pchnięcie” pomiędzy podporami sztywno przymocowanymi do osi.

Poniżej film z zabawką „Livitron”

i oto schemat, który proponuję. w rzeczywistości jest to zabawka z powyższego filmu, ale jak już powiedziałem, potrzebuje czegoś, co zapobiegnie przewróceniu się skoku podpory. W powyższym filmie wykorzystano moment żyroskopowy, ja używam dwóch stojaków i przekładki pomiędzy nimi.

Spróbujmy uzasadnić pracę tego projektu, tak jak ja to widzę:

magnesy są odpychane, co oznacza, że ​​jest słaby punkt - trzeba te kolce ustabilizować wzdłuż osi. tutaj zastosowałem następujący pomysł: magnes próbuje wepchnąć kolec w obszar o najniższym natężeniu pola, ponieważ kolec ma namagnesowanie przeciwne do pierścienia, a sam magnes ma kształt pierścienia, tam gdzie jest to wystarczające duży obszar umieszczone wzdłuż osi, napięcie jest mniejsze niż na obwodzie. te. Rozkład natężenia pola magnetycznego kształtem przypomina szkło – natężenie jest maksymalne w ścianie, a minimalne na osi.

kolec musi ustabilizować się wzdłuż osi, jednocześnie wypychając go z magnesu pierścieniowego w obszar o najniższym natężeniu pola. te. jeśli na jednej osi znajdują się dwa takie kolce, a magnesy pierścieniowe są sztywno zamocowane, oś powinna „zamarznąć”.

okazuje się, że przebywanie w strefie o mniejszym natężeniu pola jest najkorzystniejsze energetycznie.

Szperając w Internecie znalazłem podobny projekt:

tutaj również tworzy się strefa o niższym napięciu, jest ona również zlokalizowana wzdłuż osi pomiędzy magnesami i wykorzystuje się również kąt. Generalnie ideologia jest bardzo podobna, jednak jeśli mówimy o łożysku kompaktowym, to powyższa opcja wygląda lepiej, ale wymaga specjalnie ukształtowanych magnesów. te. Różnica pomiędzy schematami polega na tym, że część nośną wciskam w strefę o mniejszym naprężeniu, a na schemacie powyżej samo utworzenie takiej strefy zapewnia położenie na osi.
Aby porównanie było jaśniejsze, przerysowałem diagram:

są to zasadniczo odbicia lustrzane. W sumie pomysł nie jest nowy - wszystkie krążą wokół tego samego, mam nawet podejrzenia, że ​​autor powyższego filmu po prostu nie szukał proponowanych rozwiązań

tutaj jest prawie jeden do jednego, jeśli stożkowe ograniczniki nie są solidne, ale kompozytowe - rdzeń magnetyczny + magnes pierścieniowy, wtedy dostaniesz mój obwód. Powiedziałbym nawet, że pomysł początkowy niezoptymalizowany - zdjęcie poniżej. tylko zdjęcie powyżej działa na „przyciąganie” wirnika, ale początkowo planowałem „odpychanie”


Dla tych, którzy są szczególnie utalentowani, chcę zauważyć, że to zawieszenie nie narusza twierdzenia Earnshawa (zakazu). rzecz w tym, że o czym mówimy Nie chodzi tu o zawieszenie czysto magnetyczne, bez sztywnego mocowania środków na osi, czyli tj. jedna oś jest sztywno zamocowana, nic nie będzie działać. te. Chodzi o wybór punktu podparcia i nic więcej.

w rzeczywistości, jeśli obejrzysz film Beletsky'ego, zobaczysz, że w niektórych miejscach zastosowano już mniej więcej tę samą konfigurację pól, brakuje tylko ostatniego szlifu. stożkowy obwód magnetyczny rozkłada „odpychanie” wzdłuż dwóch osi, ale Earnshaw kazał inaczej zamocować trzecią oś, nie spierałem się i naprawiłem ją na sztywno mechanicznie. Nie wiem, dlaczego Beletsky nie wypróbował tej opcji. w rzeczywistości potrzebuje dwóch „livitronów” - podpory są zamocowane na osi i połączone z blatami miedzianą rurką.

Można również zauważyć, że zamiast magnesu o polaryzacji przeciwnej do magnetycznego pierścienia nośnego można zastosować końcówki z dowolnego wystarczająco mocnego materiału diamagnetycznego. te. wymień kombinację magnesu i stożkowego rdzenia magnetycznego na stożek diamagnetyczny. mocowanie na osi będzie pewniejsze, jednak diamagnetyki nie charakteryzują się silnym oddziaływaniem i duże natężenia pola i potrzebna jest duża „objętość” tego pola, aby to w jakikolwiek sposób zastosować. Dzięki temu, że pole jest osiowo równomierne względem osi obrotu, podczas obrotu nie będą zachodzić zmiany pola magnetycznego, tj. takie łożysko nie stwarza oporów obrotowych.

Zgodnie z logiką rzeczy zasada ta powinna mieć zastosowanie także w przypadku zawiesiny plazmowej – załatanej „butelki magnetycznej” (corktron), więc poczekaj i zobacz.

Dlaczego jestem tak pewny wyniku? no cóż, bo nie może nie istnieć :) jedyne, co jest możliwe, to wykonanie rdzeni magnetycznych w kształcie stożka i miseczki dla bardziej „twardej” konfiguracji pola.
Cóż, można też znaleźć filmik z podobnym zawieszeniem:

tutaj autor nie używa żadnych obwodów magnetycznych i skupia się na igle, co jest ogólnie konieczne, rozumiejąc twierdzenie Earnshawa. ale pierścienie są już sztywno przymocowane do osi, co oznacza, że ​​można rozsunąć oś między nimi, co można łatwo osiągnąć za pomocą stożkowych rdzeni magnetycznych na magnesach na osi. te. Dopóki „dno” „kubka magnetycznego” nie zostanie przebite, wepchnięcie obwodu magnetycznego do pierścienia staje się coraz trudniejsze, ponieważ przenikalność magnetyczna powietrza jest mniejsza niż przepuszczalność obwodu magnetycznego - zmniejszenie szczeliny powietrznej doprowadzi do wzrostu natężenia pola. te. jedna oś jest sztywno zamocowana mechanicznie – wtedy nie będzie potrzeby podpierania się igłą. te. spójrz na pierwsze zdjęcie.

P.S.
Oto, co znalazłem. z serii zła głowa nie puszcza jeszcze rąk - autorem jest wciąż Beletsky - tam jest pochrzanione, mamo, nie martw się - konfiguracja pola jest dość złożona, w dodatku niejednolita wzdłuż osi obrotu, tj. podczas obracania nastąpi zmiana indukcji magnetycznej w osi przy wszystkich wystających elementach... zwróć uwagę na kulkę w magnesie pierścieniowym, z drugiej strony w magnesie pierścieniowym znajduje się cylinder. te. osoba głupio zrujnowała opisaną tutaj zasadę zawieszenia.

No albo przylutowałem zawieszenie ze zdjęcia tj. papryczki na zdjęciu mają podpórkę pod igłę, a w miejsce igły powiesił kulkę - o szaitanie - zadziałało - kto by pomyślał (pamiętam, że udowodnili mi, że źle zrozumiałem twierdzenie Earnshawa), ale powieszenie dwóch piłek i użycie tylko dwóch pierścieni najwyraźniej nie jest wystarczająco inteligentne. te. liczbę magnesów w urządzeniu na filmie można łatwo zmniejszyć do 4, a ewentualnie do 3, tj. konfigurację z cylindrem w jednym pierścieniu i kulą w drugim można uznać za eksperymentalnie udowodnioną, że działa, patrz zdjęcie oryginalnego pomysłu. tam zastosowałem dwa przystanki simitryczne i walec + stożek, chociaż myślę, że stożek i część kuli od bieguna do średnicy działają tak samo.

dlatego sam przystanek wygląda tak - to obwód magnetyczny (tj. żelazo, nikiel itp.) to po prostu

zainstalowany jest magnes pierścieniowy. część odpowiedzi jest taka sama, tylko w odwrotnej kolejności :) i dwa przystanki w przekładce - towarzyszu Earnshaw zabronił pracować na jednym przystanku.

Wielu konsumentów łożysk wierzy łożyska magnetyczne swego rodzaju „czarną skrzynkę”, choć w przemyśle stosowane są już od dłuższego czasu. Zwykle wykorzystuje się je do transportu lub przygotowania gaz ziemny, w procesach jego upłynniania i tak dalej. Są one często wykorzystywane przez pływające kompleksy przetwarzania gazu.

Łożyska magnetyczne działają na zasadzie lewitacji magnetycznej. Działają dzięki siłom generowanym przez pole magnetyczne. W tym przypadku powierzchnie nie stykają się ze sobą, więc nie ma potrzeby smarowania. Ten typłożyska są w stanie pracować nawet w dość trudnych warunkach, a mianowicie w temperaturach kriogenicznych, ekstremalnych ciśnieniach, dużych prędkościach i tak dalej. Jednocześnie łożyska magnetyczne wykazują wysoką niezawodność.

Wirnik z łożyskiem promieniowym, wyposażony w płytki ferromagnetyczne, utrzymywany jest w żądanym położeniu za pomocą pól magnetycznych wytwarzanych przez elektromagnesy umieszczone na stojanie. Działanie łożysk osiowych opiera się na tych samych zasadach. W tym przypadku naprzeciw elektromagnesów na wirniku znajduje się tarcza zamontowana prostopadle do osi obrotu. Położenie wirnika monitorowane jest za pomocą czujników indukcyjnych. Czujniki te szybko wykrywają wszelkie odchylenia od położenia nominalnego, w wyniku czego tworzą sygnały sterujące prądami w magnesach. Te manipulacje pozwalają utrzymać wirnik w żądanej pozycji.

Zalety łożysk magnetycznych niezaprzeczalny: nie wymagają smarowania, nie zagrażają środowisko, zużywają mało energii, a dzięki brakowi stykających się i trących części działają długo. Ponadto łożyska magnetyczne charakteryzują się niskim poziomem wibracji. Obecnie istnieją modele z wbudowanym systemem monitorowania i kontroli stanu. Obecnie łożyska magnetyczne znajdują zastosowanie głównie w turbosprężarkach i sprężarkach gazu ziemnego, wodoru i powietrza, w technologii kriogenicznej, w agregatach chłodniczych, w turborozprężarkach, w technice próżniowej, w generatorach elektrycznych, w sterowaniu i sprzęt pomiarowy, w wysokoobrotowych maszynach polerskich, frezarskich i szlifierskich.

Główna wada łożysk magnetycznych- zależność od pól magnetycznych. Zanik pola może doprowadzić do katastrofalnej awarii układu, dlatego często stosuje się je z łożyskami zabezpieczającymi. Zwykle stosuje się je jako łożyska toczne, które wytrzymują dwie lub jedną awarię modeli magnetycznych, po czym wymagana jest ich natychmiastowa wymiana. Również do łożysk magnetycznych, nieporęcznych i złożone systemy elementy sterujące, które znacznie komplikują obsługę i naprawę łożyska. Na przykład, aby kontrolować te łożyska, często je instalują specjalna szafka kierownictwo. Ta szafka to sterownik współpracujący z łożyskami magnetycznymi. Za jego pomocą do elektromagnesów doprowadzany jest prąd, który reguluje położenie wirnika, gwarantuje jego bezdotykowy obrót i utrzymuje jego stabilne położenie. Ponadto podczas pracy łożysk magnetycznych może pojawić się problem nagrzewania się uzwojenia tej części, który występuje na skutek przepływu prądu. Dlatego czasami instaluje się dodatkowe układy chłodzenia z niektórymi łożyskami magnetycznymi.

Jeden z największych producentów łożysk magnetycznych- Firma S2M, która brała udział w opracowaniu całości cykl życiałożyska magnetyczne i silniki z magnesami trwałymi: od opracowania po uruchomienie, produkcję i praktyczne rozwiązania. S2M zawsze starała się utrzymać innowacyjną politykę mającą na celu uproszczenie konstrukcji łożysk w celu zmniejszenia kosztów. Starała się uczynić modele magnetyczne bardziej dostępnymi do szerszego zastosowania na rynku konsumentów przemysłowych. Firmy produkujące różne sprężarki i pompy próżniowe współpracowały z S2M, głównie w zakresie przemysł naftowy i gazowy. W pewnym momencie sieć usług S2M rozprzestrzeniła się na cały świat. Jej biura znajdowały się w Rosji, Chinach, Kanadzie i Japonii. W 2007 roku firma S2M została przejęta przez grupę SKF za pięćdziesiąt pięć milionów euro. Obecnie łożyska magnetyczne wykorzystujące ich technologie są produkowane przez oddział produkcyjny A&MC Magnetic Systems.

Kompaktowe i ekonomiczne systemy modułowe wyposażone w łożyska magnetyczne są coraz częściej stosowane w przemyśle. W porównaniu do zwykłego tradycyjne technologie mają wiele zalet. Dzięki zminiaturyzowanym innowacyjnym układom silnik/łożysko możliwa stała się integracja takich układów z nowoczesnymi produktami seryjnymi. Są one dziś stosowane w gałęziach przemysłu zaawansowanych technologii (produkcja półprzewodników). Ostatnie wynalazki i osiągnięcia w dziedzinie łożysk magnetycznych mają wyraźnie na celu maksymalizację uproszczenia konstrukcyjnego tego produktu. Ma to na celu zmniejszenie kosztów łożysk i uczynienie ich bardziej dostępnymi dla szerszego rynku przemysłowego, który wyraźnie potrzebuje takich innowacji.

W wielu nowoczesnych produktach elektromechanicznych i produktach technicznych łożysko magnetyczne jest głównym elementem określającym parametry techniczne i cechy ekonomiczne i wydłuża bezawaryjny okres eksploatacji. W porównaniu do tradycyjnych łożysk, łożyska magnetyczne całkowicie eliminują siłę tarcia pomiędzy częściami stacjonarnymi i ruchomymi. Obecność tej właściwości umożliwia realizację zwiększonych prędkości w projektach systemy magnetyczne. Łożyska magnetyczne wykonane są z wysokotemperaturowych materiałów nadprzewodzących, co racjonalnie wpływa na ich właściwości. Właściwości te obejmują znaczną redukcję kosztów projekty modeli systemy chłodzenia i tym podobne ważny parametr, jak długoterminowe utrzymanie łożyska magnetycznego w stanie roboczym.

Zasada działania zawieszeń magnetycznych

Zasada działania zawieszeń magnetycznych opiera się na wykorzystaniu swobodnej lewitacji, która powstaje pod wpływem pola magnetycznego i pola elektryczne. Wał obrotowy wykorzystujący takie zawieszenia, bez użycia kontaktu fizycznego, jest dosłownie zawieszony w silnym polu magnetycznym. Jego względne obroty przechodzą bez tarcia i zużycia, osiągając najwyższa niezawodność. Podstawowym elementem zawieszenia magnetycznego jest układ magnetyczny. Jego głównym celem jest wytworzenie pola magnetycznego o wymaganym kształcie, zapewniającego wymagane właściwości trakcyjne w obszar pracy przy pewnym kontrolnym przemieszczeniu wirnika i sztywności samego łożyska. Takie parametry łożysk magnetycznych są bezpośrednio zależne od projektu układu magnetycznego, który należy na jego podstawie opracować i obliczyć waga i rozmiar komponent - drogi kriogeniczny układ chłodzenia. Do czego zdolne jest pole elektromagnetyczne zawieszeń magnetycznych, widać wyraźnie w działaniu dziecięcej zabawki Levitron. W praktyce zawieszenia magnetyczne i elektryczne występują w dziewięciu rodzajach, różniących się zasadą działania:

• zawieszenia magnetyczne i hydrodynamiczne;
• zawieszenia działające na magnesach trwałych;
• aktywne łożyska magnetyczne;
• wieszaki na klimatyzatory;
• LC - rezonansowe typy zawieszeń;
• łożyska indukcyjne;
• zawiesiny diamagnetyczne;
• łożyska nadprzewodzące;
• zawieszenia elektrostatyczne.

Jeśli przetestujemy wszystkie tego typu zawieszenia pod kątem popularności, to w obecnych realiach wiodącą pozycję zajmują aktywne łożyska magnetyczne (AMP). Z wyglądu reprezentują one układ urządzeń mechatronicznych, w którym stabilny stan wirnika osiągany jest dzięki obecnym siłom przyciągania magnetycznego. Siły te działają na wirnik od strony elektromagnesów, prąd elektryczny w którym jest on regulowany przez automatyczny system sterowania oparty na sygnałach czujników z elektronicznej jednostki sterującej. Takie jednostki sterujące mogą wykorzystywać tradycyjny analogowy lub bardziej innowacyjny cyfrowy system przetwarzania sygnału. Aktywne łożyska magnetyczne mają doskonałe właściwości dynamiczne, niezawodność i wysoka wydajność. Unikalne funkcje aktywne łożyska magnetyczne przyczyniają się do ich powszechnego przyjęcia. AMP są skutecznie stosowane na przykład w następującym sprzęcie:
- zespoły turbin gazowych;
- systemy wirników o dużej prędkości;
- silniki elektryczne;
- turboekspandery;
- inercyjne urządzenia do magazynowania energii itp.
Chociaż wymagają tego aktywne łożyska magnetyczne źródło zewnętrzne obecnym, drogim i złożonym sprzętem sterującym. W tej chwili programiści AMP prowadzą aktywna praca w celu stworzenia pasywnego typu łożysk magnetycznych.