Rolamentos magnéticos sem contato: dispositivo, capacidades, vantagens e desvantagens

Falando de rolamentos magnéticos ou suspensões sem contato, não podemos deixar de destacar suas qualidades notáveis: nenhuma lubrificação necessária, nenhuma fricção de peças, portanto, nenhuma perda por atrito, nível de vibração extremamente baixo, alta velocidade relativa, baixo consumo de energia, controle automático e monitoramento de rolamento sistema, capacidade de vedação.

Todas essas vantagens tornam os rolamentos magnéticos as melhores soluções para muitas aplicações: para turbinas a gás, para tecnologia criogênica, em geradores elétricos de alta velocidade, para dispositivos de vácuo, para várias máquinas de corte de metal e outros equipamentos, incluindo alta precisão e alta velocidade (cerca de 100.000 rpm), onde é importante a ausência de perdas mecânicas, distúrbios e erros.

Basicamente, os mancais magnéticos são classificados em dois tipos: mancais magnéticos passivos e ativos. Os rolamentos magnéticos passivos são fabricados baseado em ímãs permanentes, mas essa abordagem está longe de ser ideal, por isso raramente é usada.Possibilidades técnicas mais flexíveis e amplas são abertas com rolamentos ativos, nos quais um campo magnético é criado por correntes alternadas nos enrolamentos do fio.

Como funciona o mancal magnético sem contato

A operação de uma suspensão ou rolamento magnético ativo é baseada no princípio da levitação eletromagnética — levitação usando campos elétricos e magnéticos. Aqui, a rotação do eixo no rolamento ocorre sem contato físico das superfícies entre si. Por esta razão, a lubrificação é completamente excluída e o desgaste mecânico ainda está ausente. Isso aumenta a confiabilidade e a eficiência das máquinas.

Os especialistas também observam a importância de monitorar a posição do eixo do rotor. O sistema de sensores monitora continuamente a posição do eixo e fornece sinais ao sistema de controle automático para posicionamento preciso ajustando o campo magnético de posicionamento do estator - a força de atração no lado desejado do eixo é fortalecida ou enfraquecida ajustando a corrente em os enrolamentos do estator dos mancais ativos.

Dois rolamentos ativos cônicos ou dois rolamentos ativos radiais e um axial permitem que o rotor seja suspenso sem contato literalmente no ar. O sistema de controle gimbal funciona continuamente, pode ser digital ou analógico. Isso fornece alta resistência de retenção, alta capacidade de carga e rigidez ajustável e absorção de choque. Essa tecnologia permite que os rolamentos trabalhem em baixas e altas temperaturas, no vácuo, em altas velocidades e em condições de maior exigência de esterilidade.

Dispositivo de rolamento magnético sem contato ativo

Do exposto, fica claro que as partes principais do sistema de suspensão magnética ativa são: rolamento magnético e sistema de controle eletrônico automático. Os eletroímãs atuam o tempo todo no rotor de diferentes lados e sua ação é subordinada a um sistema de controle eletrônico.

O rotor de rolamento magnético radial é equipado com placas ferromagnéticas, que são acionadas por um campo magnético retentivo dos enrolamentos do estator, como resultado do qual o rotor é suspenso no centro do estator sem tocá-lo. Sensores indutivos monitoram a posição de o rotor em todos os momentos. Qualquer desvio da posição correta resulta em um sinal que é enviado ao controlador para retornar o rotor à posição desejada. A folga radial pode estar entre 0,5 e 1 mm.

Um rolamento de suporte magnético funciona de maneira semelhante. Eletroímãs em forma de anel são fixados ao eixo do disco de tração. Os eletroímãs estão localizados no estator. Os sensores axiais estão localizados nas extremidades do eixo.

Para reter de forma confiável o rotor da máquina durante sua parada ou no momento da falha do sistema de retenção, são utilizados rolamentos de esferas de segurança, que são fixados de forma que a folga entre eles e o eixo seja igual à metade da do rolamento magnético .

O sistema de controle automático está localizado no gabinete e é responsável pela modulação correta da corrente que flui pelos eletroímãs de acordo com os sinais dos sensores de posição do rotor. A potência dos amplificadores está relacionada com a força máxima dos eletroímãs, o tamanho do entreferro e o tempo de reação do sistema a uma mudança na posição do rotor.

Possibilidades para mancais magnéticos sem contato

A velocidade máxima possível do rotor em um mancal magnético radial é limitada apenas pela capacidade das placas ferromagnéticas do rotor de resistir à força centrífuga. Normalmente, o limite para velocidade periférica é de 200 m / s, enquanto para rolamentos magnéticos axiais o limite é limitado pela resistência do aço fundido do batente - 350 m / s com materiais comuns.

Os ferromagnetos aplicados também determinam a carga máxima que um rolamento pode suportar com o diâmetro e comprimento do estator do rolamento correspondente. Para materiais padrão, a pressão máxima é de 0,9 N / cm2, que é menor que a dos mancais de contato convencionais, mas a perda de carga pode ser compensada pela alta velocidade periférica com aumento do diâmetro do eixo.

O consumo de energia do rolamento magnético ativo não é muito alto. As maiores perdas no rolamento são por correntes parasitas, mas isso é dez vezes menos que a energia que se perde ao usar rolamentos convencionais em máquinas. Excluindo acoplamentos, barreiras térmicas e outros dispositivos, os rolamentos funcionam efetivamente em vácuo, hélio, oxigênio, água do mar e muito mais. A faixa de temperatura é de -253 ° C a + 450 ° C.

Desvantagens relativas dos rolamentos magnéticos

Enquanto isso, rolamentos magnéticos também têm desvantagens.

Antes de tudo, é necessário usar rolamentos auxiliares de segurança, que podem suportar no máximo duas falhas, após o que devem ser substituídos por novos.

Em segundo lugar, a complexidade do sistema de controle automático, que, em caso de falha, exigirá reparos complexos.

Em terceiro lugar, a temperatura do enrolamento do estator do rolamento aumenta em altas correntes - os enrolamentos esquentam e precisam de seu próprio resfriamento, de preferência resfriamento líquido.

Finalmente, o consumo de material de um rolamento sem contato é alto porque a superfície do rolamento deve ser grande para suportar força magnética suficiente - o núcleo do estator do rolamento é grande e pesado. Mais o fenômeno da saturação magnética.

Mas, apesar das aparentes desvantagens, os rolamentos magnéticos são amplamente utilizados, inclusive em sistemas ópticos de alta precisão e em instalações de laser. De uma forma ou de outra, desde meados do século passado, os rolamentos magnéticos vêm melhorando o tempo todo.