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磁懸浮軸承究竟是什么?

2019/7/19 8:52:08 次瀏覽 分類:新聞資訊

磁懸浮軸承究竟是什么?
磁懸浮軸承是靠磁場力支承載荷或懸浮轉子的一種支承形式。近年來,這種軸承發展很快,特別在高速、低摩阻、高(低)溫及真空環境下的應用。磁懸浮軸承與其他支承形式相比有其獨特的優越性,非常有發展前景。
磁懸浮軸承如何工作?
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INA軸承器的轉軸。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。
磁懸浮軸承的類型
磁懸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磁鐵型、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。
磁懸浮軸承的特點
(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NSK軸承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。
磁懸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,磁懸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NTN軸承和冷卻系統的改進。如果采用磁懸浮軸承,定、轉子之間沒有機械摩擦,磁懸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。
從目前國內的磁懸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浮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
上述磁懸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。采用磁懸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。如果折算成磁懸浮軸承的費用,數目相當可觀。
近年來,綠色節能是低碳經濟發展的主旋律,也是全球FAG軸承機電行業未來發展的方向。中國政府確定了建設資源節約型、環境友好型社會的奮斗目標,全面推進綠色低碳經濟的發展。從2012年起,財政部、發改委、工信部決定將消費品領域的高效節能臺式計算機和高效節能單元式空調以及工業品領域的風機、水泵、壓縮機、變壓器燈6大類產品列人新一輪節能補貼覆蓋范圍內,納人國家財政補貼范圍。這將會率先拉開對節能空調的推廣普及的大幕。
國外已經開始將磁懸浮軸承技術應用于空調,如在美國磁懸浮中央空調的市場份額已經達到10%,然而在中國,同類產品的市場份額卻尚不足1%,因此具有很大的利潤空間。如前所述,雖然磁懸浮軸承的經濟效益和前景很好,但是由于其控制系統的價格偏高,因此如何降低其成本就成為了當前技術領域所研究的熱點之一。
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