Մագնիսական լևիտացիայի շարժիչի ռոտորների երեք հիմնական մարտահրավերները և դրանց լուծումները

Մագնիսական կրող շարժիչներն իրենց առավելություններով՝ առանց շփման, առանց մաշվածության և բարձր արդյունավետության, արագորեն փոխարինում են ավանդական շարժիչներին այնպիսի ոլորտներում, ինչպիսիք են բարձր արագությամբ կոմպրեսորները, փչակները և թռչող անիվի էներգիայի պահեստավորումը: Այնուամենայնիվ, երբ ռոտացիայի արագությունը հասնում է տասնյակ հազարների կամ նույնիսկ ավելի քան հարյուր հազար պտույտի րոպեում, ռոտորի հուսալիությունը դառնում է արտադրանքի հաջողության որոշիչ գործոնը. թրթռումը և աննորմալ աղմուկը, մագնիսի անջատումը և բարձր արագության խափանումը երեք մշտական ​​խնդիրներ են, որոնք երկար ժամանակ անհանգստացրել են ոլորտի ինժեներներին: Այս հոդվածը սկսվում է հիմնական պատճառներից, վերլուծում է այս խնդիրների հետևում կանգնած ֆիզիկական մեխանիզմները և ներկայացնում ամենաարդյունավետ ընթացիկ լուծումը՝ ածխածնային մանրաթելերի ոլորման տեխնոլոգիան:

1. Վիբրացիա և աննորմալ աղմուկ. անտեսանելի «Ցածր հաճախականության մարդասպան»

1.1 Երևույթներ և վտանգներ

Շահագործման ընթացքում մագնիսական կրող շարժիչները երբեմն ցուցադրում են աննորմալ թրթռումներ և աղմուկ, որոնք անկախ են ռոտացիայի արագությունից: Ի տարբերություն սովորական պտտվող մեքենաների մեջ տարածված անհավասարակշռության թրթռման, այս թրթռման վրա չի ազդում արագության մակարդակը. այն պահպանվում է նույնիսկ կայուն արագությամբ: Նման թրթռումների երկարատև ազդեցությունը ոչ միայն արագացնում է առանցքակալների և կառուցվածքային մասերի հոգնածության վնասը, այլև առաջացնում է նյարդայնացնող աղմուկ՝ լրջորեն ազդելով սարքավորումների հուսալիության և օգտագործողի փորձի վրա:

1.2 Արմատային պատճառի վերլուծություն

Ուսումնասիրությունները ցույց են տալիս, որ ցածր հաճախականության թրթռումը Մագնիսական լևիտացիայի շարժիչի ռոտորը որոշվում է փակ հանգույցի կառավարման համակարգի բնական հաճախականությամբ և գրգռվում է արտաքին աղմուկից: Այլ կերպ ասած, սա զուտ մեխանիկական խնդիր չէ, այլ կառավարման համակարգի և մեխանիկական կառուցվածքի միջև կապող երևույթ:

Մասնավորապես, հետևյալ գործոնները կարող են առաջացնել ցածր հաճախականության թրթռում.

• Ռոտորի անհավասարակշռություն . զանգվածի կենտրոնի փոխհատուցում, որը առաջացել է հաստոցների և հավաքման սխալներով.

• Առանցքակալների մաքրում . անհամապատասխանություն մագնիսական առանցքակալների կառավարման պարամետրերի և ռոտորի դինամիկ բնութագրերի միջև.

• Կառավարման համակարգում միջանկյալ կապեր . ազդանշանների ստացման, մշակման և թողարկման ուշացումներ և ոչ գծայինություն:

1.3 Լուծումներ

Ցածր հաճախականության թրթռումների համար հիմնական տեխնիկական մոտեցումները ներառում են.

(1) Դինամիկ հավասարակշռման ուղղում . օգտագործեք բարձր ճշգրտության հավասարակշռող սարքավորում՝ ռոտորը շտկելու համար՝ ավելացնելով կամ հեռացնելով հակակշիռներ՝ անհավասարակշռությունը թույլատրելի միջակայքում բերելու համար:

(2) Կառավարման ալգորիթմի օպտիմալացում . հետազոտողները առաջարկել են թրթռումների փոխհատուցման ռազմավարություններ՝ հիմնված ընդլայնված վիճակի դիտորդների վրա: Փորձարարական արդյունքները ցույց են տալիս, որ միևնույն սպիտակ աղմուկի գրգռման դեպքում ռոտորի առավելագույն թրթռումը փոխհատուցողի հետ կրճատվում է մոտ 21%-ով` համեմատած միայն PID հսկողության հետ: 30000 պտույտ/րոպեում ռոտորի առավելագույն թրթռումը կրճատվում է 26,6%-ով:

(3) Կառուցվածքային օպտիմալացում . օպտիմիզացնել ռոտորի կառուցվածքի դիզայնը՝ ռոտորային համակարգի կոշտության և խոնավացման բնութագրերը բարելավելու համար:

2. Մագնիսների անջատում. 'Կենտրոնախույս ցավ' բարձր արագությամբ

2.1 Երևույթներ և վտանգներ

Մագնիսների անջատումը մշտական ​​մագնիսների շարժիչների ամենալուրջ խափանումներից մեկն է: Տասնյակ հազարավոր պտույտ/րոպե արագության դեպքում մագնիսների վրա կենտրոնախույս ուժը կարող է հասնել հազարավոր անգամ իրենց քաշից: Երբ մագնիսը անջատվում է ռոտորի մակերեսից, լավագույն դեպքում շարժիչի աշխատանքը կտրուկ նվազում է. վատագույն դեպքում դա կարող է առաջացնել ռոտորի խցանում, ստատորի փորվածքի միավորում և այլ աղետալի հետևանքներ:

2.2 Արմատային պատճառների վերլուծություն

Մագնիսների անջատումը և եզրերի բարձրացումը կարելի է վերագրել հինգ հիմնական գործոնների.

(1) Անբավարար ամրություն . սոսինձի կտրվածքի ուժը ավելի ցածր է, քան կենտրոնախույս կամ հարվածային ուժը մագնիսի վրա, ուստի կապը չի կարող պահել:

(2) Բարձր և ցածր ջերմաստիճանի ձախողում . սոսինձը դառնում է փխրուն ցածր ջերմաստիճաններում կամ ձախողվում է բարձր ջերմաստիճանում՝ կտրուկ նվազեցնելով կապի աշխատանքը: Սովորական սոսինձները սովորաբար ունեն մոտ 120°C աշխատանքային ջերմաստիճան, մինչդեռ շարժիչի ներքին ջերմաստիճանի բարձրացումը հաճախ գերազանցում է այս միջակայքը:

(3) Ջերմային ընդարձակման գործակիցների անհամապատասխանությունը . մագնիսի (օրինակ՝ NdFeB) և ռոտորի նյութի (օրինակ՝ ալյումինի համաձուլվածքի) միջև ջերմային ընդարձակման տարբերությունները մեծ են, և ջերմաստիճանի փոփոխությունները առաջացնում են ներքին սթրես, որը ճաքում է կպչուն շերտը:

(4) Բարձր հաճախականության թրթռում . երկարաժամկետ բարձր հաճախականության թրթռումը շարունակաբար ճնշում է կպչուն շերտը, արագացնելով հոգնածության ձախողումը:

(5) Շրջակա միջավայրի կոռոզիա . խոնավություն, ջերմություն, աղի լակի և այլն, հարձակվում են սոսինձի շերտի վրա և թուլացնում կապը:

Բացի այդ, մագնիսների ոչ պատշաճ սեգմենտավորման ձևավորումը կարող է վատթարացնել խնդիրը: Երբ մեկ մագնիսական հատվածը չափազանց մեծ տարածք ունի ռոտորի հետ շփման մեջ, դրսից ածխածնի մանրաթելը կարող է հեշտությամբ ճեղքել մագնիսը; նույնիսկ եթե այն չի ճաքում ոլորման ժամանակ, այն կարող է ճաքել որոշ գործողություններից հետո:

2.3 Լուծումներ

(1) Օպտիմալացնել սոսինձի միացման գործընթացը . ընտրել բարձր արդյունավետության կառուցվածքային սոսինձներ, ապահովել մաքուր կապող մակերեսներ և խստորեն վերահսկել ամրացման պայմանները:

(2) Մագնիսների սեգմենտավորման ձևավորում . մագնիսները հորիզոնական ուղղությամբ բաժանեք ավելի փոքր հատվածների՝ յուրաքանչյուր կտորի մակերեսը նվազեցնելու և ճաքելու վտանգը նվազեցնելու համար:

(3) Ֆիզիկական սահմանափակումների ամրապնդում  . սա ամենահիմնական լուծումն է. մագնիսներից դուրս ավելացրեք բարձր ամրության թև՝ կենտրոնախույս ուժի նկատմամբ ֆիզիկական զսպում ապահովելու համար: Ածխածնային մանրաթելից ոլորուն ներկայումս ճանաչվում է որպես ամրապնդման լավագույն մեթոդ:

3. Բարձր արագության ձախողում. Երբ ռոտորը 'չի կարող պահել'

3.1 Երևույթներ և վտանգներ

Երբ շարժիչի արագությունը մոտենում է կամ գերազանցում է ռոտորի կառուցվածքային սահմանը, ռոտորը բախվում է աղետալի ձախողման: Տիպիկ դրսևորումները ներառում են ռոտորի դեֆորմացիան, մշտական ​​մագնիսների մասնատումը, թևի խզումը և ռոտորի անկումը: Երբ բարձր արագության խափանումը տեղի է ունենում, ոչ միայն սարքավորումը ջնջվում է, այլև դա կարող է առաջացնել անվտանգության լուրջ վթարներ:

3.2 Արմատային պատճառների վերլուծություն

Բարձր արագության ձախողման հիմնական պատճառը  կենտրոնախույս ուժի և նյութի ուժի հակասությունն է.

Որպես օրինակ վերցրեք NdFeB մշտական ​​մագնիսները: Չնայած նրանք ունեն չափազանց բարձր մագնիսական էներգիայի արտադրանք և հարկադրականություն, ինչը նրանց դարձնում է այսօր լավագույն կատարող մշտական ​​մագնիսական նյութը, նրանց առաձգական ուժը ցածր է (<80 ՄՊա), և նրանք ջերմաստիճանի նկատմամբ զգայուն են՝ վատ ջերմային կայունությամբ: Տասնյակ հազարավոր պտույտ/րոպե արագության դեպքում մշտական ​​մագնիսների վրա կենտրոնախույս լարվածությունը զգալիորեն գերազանցում է իրենց ուժի սահմանը, ուստի արտաքին թևը կարևոր է պաշտպանության համար:

Ավանդական լուծումը ոչ մագնիսական մետաղական թևերի օգտագործումն է (օրինակ, Inconel 718 կամ տիտանի խառնուրդ): Այնուամենայնիվ, մետաղական թևերն ունեն ճակատագրական թերություն՝  պտտվող հոսանքի կորուստներ : Որքան բարձր է թևի հաղորդունակությունը, այնքան ավելի մեծ է պտտվող հոսանքները, և այնքան ավելի լուրջ է պտտվող հոսանքի կորուստը, ինչը հանգեցնում է ռոտորի ջերմաստիճանի կտրուկ բարձրացմանը՝ ավելի խորացնելով մշտական ​​մագնիսների ապամագնիսացման վտանգը:

3.3 Լուծումներ

Ածխածնի մանրաթելից կոմպոզիտային թևերը  ներկայումս ճանաչվում են որպես լավագույն լուծում:

Ածխածնային մանրաթելերի թևերի առավելություններն են.

• Ցածր հաղորդունակություն . դրանք գրեթե չեն առաջացնում պտտվող հոսանքի կորուստներ, ինչը հանգեցնում է ռոտորի ջերմաստիճանի ամենացածր բարձրացմանը;

• Բարձր ամրություն . ածխածնային մանրաթելերի հատուկ ամրությունը շատ ավելի բարձր է, քան մետաղներինը՝ ապահովելով ավելի ուժեղ զսպվածություն ավելի թեթև քաշով;

• Բարձր մոդուլ . խեժի նյութերի և ոլորման գործընթացների օպտիմալացման միջոցով առաձգական մոդուլը կարող է աճել ավանդական 130-160 ԳՊա-ից մինչև 200 ԳՊա:

4. Վերջնական լուծում՝ ածխածնային մանրաթելերի ոլորման տեխնոլոգիա

Թրթռման աղմուկի, մագնիսների անջատման և բարձր արագության ձախողման երեք հիմնական խնդիրները միաժամանակ լուծելու համար ածխածնային մանրաթելերի ոլորումը անփոխարինելի հիմնական տեխնոլոգիա է: Դրա սկզբունքն է՝ բարձր ամրության ածխածնային մանրաթելային կոմպոզիտային նյութը մշտական ​​մագնիսների շուրջը փաթաթել՝ ռոտորի վրա ձևավորելով ամուր «զրահ», որը ապահովում է շարունակական շառավղային սահմանափակում բարձր արագությամբ պտտվող կենտրոնախույս ուժի դեմ:

4.1 Երկու հիմնական գործընթացներ

Ներկայումս ածխածնային մանրաթելային ռոտորների արտադրության երկու հիմնական մոտեցում կա.

Մամուլի տեղադրման մեթոդ . նախ պատրաստեք ածխածնային մանրաթելից թևը, այնուհետև սեղմեք այն ռոտորի վրա կամ օգտագործեք կծկվող կցամասը: Կծկվող տեղադրման դեպքում ռոտորը սառչում է մինչև -190°C, իսկ թեւը կարող է տեղադրվել շատ փոքր առանցքային ուժով: Մամուլի տեղադրման մեթոդը համեմատաբար հասուն է, բայց այն պահանջում է միջամտության տեղակայման չափազանց ճշգրիտ վերահսկում. չափազանց մեծ միջամտությունը կարող է ճեղքել մագնիսները, մինչդեռ շատ քիչը ապահովում է անբավարար զսպվածություն:

Ուղղակի ոլորման մեթոդ . ածխածնային մանրաթելն ուղղակիորեն փաթաթեք մշտական ​​մագնիսական մակերեսի վրա, այնուհետև այն բուժեք: Այս մեթոդը պահանջում է չափազանց խիստ հսկողություն ոլորման լարվածության, ամրացման ջերմաստիճանի, միջշերտային կապի և գործընթացի այլ պարամետրերի նկատմամբ, սակայն այն կարող է հասնել ավելի միասնական նախնական լարվածության և նյութի ավելի բարձր օգտագործման:

4.2 Հիմնական տեխնիկական դժվարություններ

(1) Նախալարման հսկողություն . ոլորման ժամանակ պետք է կիրառվի համապատասխան սկզբնական լարվածություն, որպեսզի ածխածնային մանրաթելը շարունակական նախնական սեղմում գործադրի մագնիսների վրա ամրացումից հետո: Չափազանց լարվածությունը կարող է ճեղքել մագնիսները, մինչդեռ անբավարար լարվածությունը չի կարող ապահովել համապատասխան զսպում:

(2) Ջերմային համապատասխանություն . ածխածնային մանրաթելային կոմպոզիտային, մշտական ​​մագնիսների և լիսեռի նյութի ջերմային ընդարձակման գործակիցները պետք է ճշգրտորեն համապատասխանեն՝ ջերմաստիճանի փոփոխությունների պատճառով չափազանց ներքին սթրեսից խուսափելու համար:

(3) Լարվածության վերլուծություն. վերջավոր տարրերի վերլուծության ծրագրակազմը (օրինակ՝ MSC Patran/Nastran) պետք է օգտագործվի ռոտորի կառուցվածքի լարվածությունն ու դեֆորմացիան ճշգրիտ վերլուծելու համար՝ որոշելով ոլորման շերտի օպտիմալ հաստությունը, անկյունը և գործընթացի պարամետրերը:

Ուսումնասիրությունները ցույց են տվել, որ ածխածնային մանրաթելից ամրացնող օղակով մագնիսական լևիտացիոն շարժիչի ռոտորը կարող է բավարարել ուժի և դեֆորմացիայի պահանջները 72000 պտ/րոպե բարձր արագությամբ:

5. SDM-ի ածխածնային մանրաթելերի ոլորման գործընթացը

Մագնիսական առանցքակալների / բարձր արագությամբ շարժիչի ռոտորների համար ածխածնային մանրաթելերի ոլորման ոլորտում  SDM-ն  այն սակավաթիվ հայրենական ընկերություններից է, որը տիրապետում է հիմնական տեխնոլոգիային:

Մագնիսական առանցքակալների / բարձր արագությամբ շարժիչի ռոտորների ոլորտում SDM-ի ածխածնային մանրաթելերի ոլորման գործընթացն առանձնանում է հետևյալ ակնառու բնութագրերով.

(1) Ամբողջական շղթայի արտադրական կարողություն . ընկերությունն ունի մեկ կանգառի ամբողջական շղթայով արտադրություն մագնիսական նյութերից (փափուկ մագնիսական + կոշտ մագնիսական) մինչև շարժիչի ստատոր/ռոտոր բաղադրիչներ, այնուհետև լուծիչի սենսորային միկրոշարժիչային համակարգեր: Սա նշանակում է, որ մագնիսների ընտրությունից և ռոտորի ձևավորումից մինչև ածխածնային մանրաթելերի փաթաթում և վերջնական փորձարկում, ամեն ինչ արվում է տանը՝ ապահովելով չափազանց բարձր որակի հսկողություն:

(2) Չորրորդ սերնդի հազվագյուտ հողերի մշտական ​​մագնիսների հետազոտություն և զարգացում . ընկերությունը շարունակաբար ներդրումներ է կատարում չորրորդ սերնդի հազվագյուտ հողերի մշտական ​​մագնիսների նյութերի մշակման մեջ՝ ապահովելով ավելի լավ մագնիսական ենթաշերտեր ածխածնային մանրաթելերի ոլորման համար: Մագնիսների որակը, ներառյալ առաձգական ուժը, ջերմային կայունությունը և չափերի ճշգրտությունը, ուղղակիորեն որոշում են ածխածնային մանրաթելերի ոլորման վերջնական կատարումը:

(3) Ճշգրիտ մշակման հնարավորություն . ընկերությունը օգտագործում է ճշգրիտ մշակման գործընթացներ, ինչպիսիք են CNC գլանաձև հղկելը, որպեսզի ապահովի ռոտորների և թևերի չափերի ճշգրտությունը: Ածխածնային մանրաթելերի ոլորումը պահանջում է ռոտորի ենթաշերտի չափազանց բարձր կլորություն և համակցվածություն. ցանկացած աննշան մեքենայական սխալ կավելացվի բարձր արագությամբ:

(4) Մագնիսների սեգմենտավորման օպտիմիզացված ձևավորում . SDM-ը նախագծում է մագնիսական հատվածները՝ ամբողջությամբ հաշվի առնելով ածխածնային մանրաթելերի ոլորման բնութագրերը՝ ռացիոնալ բաժանելով մագնիսները՝ ապահովելով բավարար մագնիսական կատարում՝ միաժամանակ խուսափելով չափից դուրս մեծ անհատական ​​մագնիսական տարածքների պատճառով առաջացած ճաքերի վտանգից.

(5) Փաթաթման գործընթացի և նյութերի սիներգետիկ օպտիմիզացում . խեժի նյութերի շարունակական հետազոտությունների և ոլորման գործընթացի օպտիմալացման միջոցով ընկերությունը անշեղորեն մեծացրել է ածխածնային մանրաթելերի կոմպոզիտային առաձգական մոդուլը՝ նվազագույնի հասցնելով պտտվող հոսանքի կորուստները՝ միաժամանակ ապահովելով ամրությունը, այդպիսով հիմնովին լուծելով մետաղական թևերի հետ կապված ջերմաստիճանի չափազանց բարձրացման խնդիրը:

Եզրակացություն

թրթռման աղմուկը, մագնիսի անջատումը և բարձր արագության խափանումը Մագնիսական լևիտացիոն շարժիչի ռոտորի հիմնականում կենտրոնախույս ուժի և նյութերի, կառուցվածքի և կառավարման համակարգերի միջև հակասության դրսևորումներ են պտտման բարձր արագությամբ: Ածխածնային մանրաթելերի ոլորման տեխնոլոգիան, ապահովելով ուժեղ, ցածր կորստի ֆիզիկական զսպվածություն, դարձել է այս երեք հիմնական մարտահրավերների օպտիմալ լուծումը:

SDM-ը, իր 16 տարվա փորձով մագնիսական նյութերի արդյունաբերության մեջ, ամբողջական շղթայական արտադրության կարողությամբ, չորրորդ սերնդի հազվագյուտ հողի մագնիսների R&D ուժով և նուրբ ածխածնային մանրաթելերի ոլորման գործընթացով, ապահովում է ավելի հուսալի ռոտորային լուծումներ մագնիսական առանցքակալների / բարձր արագությամբ շարժիչների համար: Ապագայում, ածխածնային մանրաթելային նյութերի և ոլորման տեխնոլոգիաների շարունակական առաջընթացի հետ մեկտեղ, մագնիսական կրող շարժիչների արագության սահմաններն ու հուսալիությունը ավելի կխթանվեն: