Magnetni ležaj

Magnetni ležaj je ležaj koji omogućuje vođenje pokretnih mašinskih elemenata, kao što su osovine i vratila, korišćenjem magnetne levitacije. Osovine i vratila tokom okretanja „plivaju” bez ikakvog fizičkog dodira, a trenje i trošenje delova je izuzetno malo. Koristi se kod elektrana, alatnih mašina, kod naftnih bušotina i cevovoda prirodnog gasa. Koristi se u postupku dobivanja obogaćenog uranijuma.^[1] Koristi se i kod turbomolekularnih pumpi, jer bi uljno podmazivanje zagadilo uzorak. Magnetni ležaj omogućuje najveće brzine okretanja ležaja, koje su ostvarene u praksi.

Način rada

Još 1842. je britanski matematičar Samjuel Ernshou postavio je Ernshouovu teoremu, koji vredi za klasičnu fiziku, da se pomoću statičkih magnetskih polja (permanentni magneti) i električnih naboja ne može postići statičko lebdenje (magnetska levitacija). Srećom, to ne znači da nije moguće ostvariti magnetsku levitaciju za što postoje brojni primeri.

Postoje dve vrste glavnih nestabilnosti koje su vezane za magnetne ležaje. Prvo, privlačna magnetska sila je nestabilna statička sila koja zavisi od rastojanja između pokretnog delova (rotor) i nepokretnog dela (stator). Što je taj razmak veći, to je sila manja. Drugo, magnetizam je konzervativna sila, a to znači da ona ne omogućuje prigušenje i zato oscilacije u sistemu rotora i statora može onemogućiti uspešnu nosivost.

MAGLEV voz je posebna, moderna vrsta železničkog vozila, koja lebdi nad šinama, kad je u pokretu, pomoću magnetske sile. Posebnost ovakvog načina rada je ta, što u pokretu voz sam ne dodiruje podlogu, nego lebdi na vrlo tankom razmaku od šina pomoću magnetoodbojne sile. To smanjuje trenje i time troškove održavanja voznog puta. Pogon se vrši pomoću principa linearnog motora, što se ne može iskoristiti za primenu na magnetnom ležaju.^[2]

Vrste magnetnih ležaja

Aktivni magnetni ležaj

Aktivni magnetni ležaj radi na osnovu elektromagnetskog vešanja i sastoji se od sklopa elektromagneta i niza elektronskih pojačala, koji dobavljaju električnu struju elektromagnetima. U sisitemu radi i kontrolna jedinica, koja je povezana s davačem (senzor) razmaka između rotora i statora, i koji daje povratnu vezu kontrolnoj jedinici, da bi na osnovu toga mogla poslati odgovarajuću električnu struju. Kontrolna jedinica radi uglavnom s promenom širine impulsa. Kontrola zatvorenog kruga s povratnom vezom se obavlja s mikroprocesorom ili procesorom digitalnog signala (DSP). Ova tehnologija se razvijala još za vreme Drugog svetskog rata, ali nije bila uspešna zbog nedovoljnog razvoja elektronskih delova. Tek 1987. se nastavilo s razvojem konstrukcije aktivnog magnetnog ležaja u Australiji, ali se izrada nije provela zbog velikih troškova izrade. Deo te tehnologije ipak su iskoristile japanske elektronske firme da bi postigli veliki broj okretaja za neke delove. Prva primena aktivnog magnetnog ležaja je ostvarena 1992, na gasnompolju u Alberti (Kanada). 1996. Holanđani su na svojim naftnim i gasnim poljima ugradili 20 elektromotora s aktivnim magnetnim ležajima.^[3]

Elektrodinamički magnetni ležaj

Elektrodinamički magnetni ležaj je vrsta ležaja koja je još u ispitivanju. Za razliku od aktivnog magnetnog ležaja, konstrukcija je jednostavnija, bez složenih kontrolnih jedinica i njegovih delova. Način rada se zasniva na indukciji vrtložnih struja na električnom provodniku koji se okreće. Kada se električni provodnik kreće u homogenom magnetskom polju, onda se u provodniku indukuje električna struja (Lenzov zakon). Tako dobivena električna struja će stvoriti magnetno polje, koje će biti suprotno magnetskom polju koje je indukovalo električnu struju u provodniku. Taj se način rada naziva magnetno ogledalo.^[4]^[5]^[6]

Primena

Magnetni ležaji su se već počeli primenjivati za industrijske mašine kao što su kompresori, turbine, pumpe, motori i električni generatori. Uobičajena primena magnetnog ležaja je u brojilu električne energije. Oni se dosta koriste za precizne merne instrumente, koji rade u vakuumu, jer je podmazivanje ležaja u takvim uslovima vrlo otežano. Nedostatak je visoka cena i veličina koja zauzima dosta prostora. Najnovija primena magnetnog ležaja je za centrifugalne pumpe kod ugradnje veštačkog srca.

Reference

^ Charles D.: Spinning a Nuclear Comeback, Science, 2007.
^ [1] skfmagneticbearings.com
^ Kasarda M.: An Overview of Active Magnetic Bearing Technology and Applications, The Shock and Vibration Digest, Naval Research Laboratory, 2000.
^ [2] "Design and Analysis of a Novel Low Loss Homopolar Electrodynamic Bearing." Lembke Torbjörn, Stockholm: Universitetsservice US AB, 2005.
^ [3] Arhivirano na sajtu Wayback Machine (8. jun 2011) "3D-FEM Analysis of a Low Loss Homopolar Induction Bearing" Lembke Torbjörn, 9th International Symposium on Magnetic Bearings, 2004.
^ [4] Arhivirano 2012-05-25 na sajtu Archive.today Seminar at KTH – the Royal Institute of Technology, Stockholm, 2010.

Izvori

SKF bilten, pp. 1^{[mrtva veza]}

[1] Charles D.: Spinning a Nuclear Comeback, Science, 2007.

[2] [1] skfmagneticbearings.com

[3] Kasarda M.: An Overview of Active Magnetic Bearing Technology and Applications, The Shock and Vibration Digest, Naval Research Laboratory, 2000.

[4] [2] "Design and Analysis of a Novel Low Loss Homopolar Electrodynamic Bearing." Lembke Torbjörn, Stockholm: Universitetsservice US AB, 2005.

[5] [3] Arhivirano na sajtu Wayback Machine (8. jun 2011) "3D-FEM Analysis of a Low Loss Homopolar Induction Bearing" Lembke Torbjörn, 9th International Symposium on Magnetic Bearings, 2004.

[6] [4] Arhivirano 2012-05-25 na sajtu Archive.today Seminar at KTH – the Royal Institute of Technology, Stockholm, 2010.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]