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磁浮軸承是什么?

磁浮軸承,是一種新型高性能軸承,是靠磁場力支承載荷或懸浮轉子的一種支承形式。與傳統滾珠軸承、滑動軸承以及油膜軸承相比,磁浮軸承不存在機械接觸,轉子可以達到很高的運轉速度,具有機械磨損小、能耗低、噪聲小、壽命長、無需潤滑、無油污染等優點,特別適用高速、真空、超凈等特殊環境。


可廣泛用于機械加工、渦輪機械、航空航天、真空技術、轉子動力學特性辨識與測試等領域,被公認為極有前途的新型軸承。


磁浮軸承介紹


磁浮軸承如何工作?



電磁鐵布置成徑向軸承和軸向軸承的形式,并提供磁拉力以抬起旋轉機器的轉軸。電磁鐵中的電流由一個精確的數字式控制柜調節,提供磁力隨時應對外部負載的變化以保持轉軸良好居中。這樣,轉軸被無接觸抬起,而且軸承的剛度和阻尼均可由一個數字式控制柜來調節。這些特點增強了高速旋轉機器的性能,使設備具有高可靠性、低能耗的顯著特點。



磁浮軸承類型



磁浮軸承根據其控制方式、磁能來源、結構形式等分類。此外,還可以按磁場類型劃分為永久型、電磁鐵型和永久磁鐵—電磁鐵混合型。也可按軸承懸浮力類型劃分為吸力型和斥力型。超導磁力軸承還分為低溫超導和高溫超導兩種


以上各種分類中不同類型之間還存在一些特殊限制,應特別注意:



①永磁型軸承只能是無源型(被動型),而無源型軸承不可能在3個方向上都穩定,至少有1個方向應采用有源型。

②直流激勵型軸承只能是有源型(主動型)。

③純電磁鐵型軸承只能是5自由度控制型軸承,其體積、質量和功耗都比較大。

④斥力型磁力軸承,由于磁力利用率低,結構較吸力型復雜,一般很少采用。


磁浮軸承的特點



(1)無接觸、無磨損、無潤滑:磁懸浮軸承工作時,處于懸浮狀態,相對運動表面之間無接觸,不產生機械摩擦和接觸疲勞,解決了機組部件損耗和更換問題。同時省掉了潤滑系統等一系列裝置,即節省了空間又不存在前述裝置對環境的污染問題。

(2)低振動、低噪聲、低功耗:磁懸浮軸承轉子避免了傳統軸承在運行時的接觸碰撞引起的大幅振動以及高分貝噪聲,提高了穩定性,降低了維護費用,延長了其使用壽命,同時懸浮磁懸浮軸承的低功耗,僅是傳統機械軸承功耗的6%~25%。在轉速為10000r/min時,其功耗只有機械軸承的15%左右。

(3)高轉速、高精度、高可靠性:允許轉子高速旋轉,其轉速主要受材料強度的限制,可以在超臨界,每分鐘數十萬轉的工況下工作,而且轉子的回轉精度已經達到微米級甚至更高,這是普通機械軸承遠遠達不到的轉速和精度,而且電子元器件的可靠性在很大程度上高于傳統的機械零部件。

(4)可控性、可在線工況監測、可測試診斷:我們可以對磁懸浮軸承的靜態和動態性能進行在線控制。事實上,其本身系統就實現了集工況監測、故障診斷和在線調節的一體化。

磁浮軸承在經濟性分析


技術性分析



隨著科技的不斷進步與發展,磁浮軸承性能在不斷地提升,同時受電子元件的集成化也促使其成本逐年降低。雖然國內外經過多年的探索,磁懸浮產品在不少領域成功地應用,但是該項技術領域仍然存在很多難題,如控制系統的優化設計以及材料轉子軸系動力特性問題等。為了更有效地改進控制方法和策略,需要在深人研究控制系統的同時,著重研究轉子系統的動力學特性,從而達到對復雜轉子的理想控制。

目前空調風機多采用機械軸承,風機主軸與軸承之間會產生機械摩擦,而電機必需克服這部分摩擦才能驅動風葉旋轉,同時造成電機發熱,產生較大幅度的振動,使得風機壽命降低。要想實現風機長時間的運行,還需軸承潤滑系統和冷卻系統的改進。如果采用磁浮軸承,定、轉子之間沒有機械摩擦,磁浮軸承運轉阻力為零,不會發熱,從而省去了冷卻系統和潤滑系統,減少了體積重量,提高了可靠性和壽命,懸浮運轉大大減少了機械噪聲同時也大大減少了機械振動,振動幅度遠遠小于普通風機,提高了整個空調的穩定性。


從目前國內的磁浮軸承技術水平來看,雖然已經具備了應用在常溫設備上的條件,但是仍然存在兩方面的間題:一方面由于較難實現磁懸軸承轉子的高精度控制,因而造成系統可靠性差以及故障率高;另一方面,欠缺標準化的產品工藝。


經濟性分析



上述磁浮軸承的各種優點的實現是建立在一套復雜的電子控制系統上。因為構成系統重要組成部分的傳感器費用比較高,再加上控制系統的設計費用,整體成本是普通機械軸承的數十倍以上,所以這在很大程度上限制了它在工業上的應用和推廣。

從長遠看,傳統風機和泵類設備能耗高,其在整個能耗中占很大比重,長時間的工作運行,電力成本昂貴,尤其是中后期的維護和損耗特別明顯,導致整個系統的能耗以及開支增加。采用磁浮軸承還可以節省一些裝置的配置費用,如:潤滑系統、齒輪傳動裝置、冷卻系統等。如果折算成磁浮軸承的費用,數目相當可觀。

(來源:軸承百科、泵友圈、KEBA



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