W pompowni zakładów chemicznych w Szanghaju pompa z napędem magnetycznym, wyposażona w sprzęgło z magnesem trwałym, pracuje nieprzerwanie od dwóch lat bez ani jednej nieszczelności. Przed modernizacją pompa uszczelniona mechanicznie wymagała konserwacji przynajmniej raz na kwartał.
W świecie urządzeń mechanicznych połączenie dwóch obracających się wałów w celu przenoszenia mocy zawsze stanowiło kluczową kwestię. Sprzęgła mechaniczne, jako rozwiązanie tradycyjne, służą przemysłowi od ponad wieku. Jednakże nowa technologia oparta na zasadach magnetycznych – sprzęgło z magnesem trwałym – odgrywa coraz większą rolę w kluczowych dziedzinach ze względu na swoje unikalne zalety.
Podstawowa różnica między dwoma typami sprzęgieł
Sprzęgła mechaniczne to elementy mechaniczne przenoszące moc poprzez połączenia fizyczne. Ich wspólną cechą jest potrzeba bezpośredniego lub pośredniego kontaktu fizycznego. Można je podzielić na trzy główne typy: sprzęgła sztywne (do zastosowań, w których można precyzyjnie ustawić dwa wały), sprzęgła elastyczne (zdolne do kompensacji względnego przemieszczenia pomiędzy wałami) i sprzęgła bezpieczeństwa (wyposażone w zabezpieczenie przed przeciążeniem).
Z drugiej strony sprzęgła z magnesami trwałymi to nowy typ sprzęgła, który wykorzystuje siłę magnetyczną magnesów trwałych do połączenia głównego urządzenia napędowego i napędzanej maszyny. Ich podstawową zasadą jest „transmisja bezkontaktowa” – wykorzystująca interakcję między magnesami trwałymi ziem rzadkich i właściwością pól magnetycznych w zakresie penetracji przestrzeni i materii w celu przesyłania energii mechanicznej.
Wymiar porównawczy |
Sprzęgło mechaniczne |
Sprzęgło z magnesem trwałym |
Metoda połączenia |
Połączenie kontaktu fizycznego |
Bezdotykowe połączenie magnetyczne |
Główne komponenty |
Korpus sprzęgła, śruby, elementy elastyczne itp. |
Wirnik zewnętrzny, wirnik wewnętrzny, osłona zabezpieczająca |
Ryzyko wycieku |
Możliwy wyciek na uszczelnieniach dynamicznych |
Całkowicie uszczelnione, zero wycieków |
Możliwość kompensacji |
Sprzęgła elastyczne mają ograniczoną kompensację |
Kompensacja wielokierunkowa (osiowa, promieniowa, kątowa) |
Potrzeby konserwacyjne |
Wymaga regularnych przeglądów, smarowania, wymiany zużytych części |
Bezobsługowy, bezsmarowy |
Funkcja ochrony |
Dostępne w niektórych złączach bezpieczeństwa |
Wbudowane zabezpieczenie przed przeciążeniem |
Tradycja i ograniczenia sprzęgieł mechanicznych
Rodzina sprzęgieł mechanicznych składa się z wielu członków. Na przykład sprzęgła zębate szeroko stosowane w ciężkich maszynach mogą przenosić ogromny moment obrotowy i kompensować całkowite przemieszczenie. Tymczasem elastyczne sprzęgła sworzniowe o prostej konstrukcji opierają się na gumowych elastycznych tulejach zapewniających amortyzację i tłumienie drgań, dzięki czemu nadają się do zastosowań z częstym rozruchem.
Jednak ich wspólną wadą jest sam „kontakt”. Bezpośredni kontakt fizyczny oznacza ciągłe tarcie i zużycie , wymagające regularnej konserwacji lub wymiany części. Co ważniejsze, gdy sprzęgło musi przenosić moc przez uszczelnioną barierę (np. obudowę pompy), obracający się wał musi wystawać z obudowy, tworząc punkt wycieku „dynamicznego uszczelnienia”, który jest trudny do całkowitego wyeliminowania. W branżach takich jak chemiczna, farmaceutyczna itp., gdzie stosowane są media toksyczne, niebezpieczne, drogie lub o wysokiej czystości, nawet śladowe wycieki są niedopuszczalne.
Jak działają sprzęgła z magnesami trwałymi
Sprzęgła z magnesami trwałymi sprytnie rozwiązują ten problem. Ich budowa przypomina „kanapkę magnetyczną”: wał napędowy jest połączony z wirnikiem zewnętrznym wyposażonym w magnesy trwałe, wał napędzany jest połączony z wirnikiem wewnętrznym również wyposażonym w magnesy trwałe, a oba są całkowicie oddzielone szczelną pokrywą zwaną „powłoką ograniczającą” lub „puszki izolacyjnej”. Sekret przenoszenia mocy leży w przyciąganiu i odpychaniu pomiędzy biegunami magnetycznymi magnesów trwałych na wirniku wewnętrznym i zewnętrznym. Kiedy koniec napędowy się obraca, sprzęgło pola magnetycznego „przeciąga” koniec napędzany, aby obracał się synchronicznie.
Osłona oddzielająca przekształca obrotowe uszczelnienie dynamiczne w stacjonarne uszczelnienie statyczne, osiągając całkowitą izolację elementów przekładni, zasadniczo zapobiegając w ten sposób wyciekom. W zależności od rozmieszczenia magnesów trwałych dzieli się je głównie na cylindryczne i tarczowe. Struktura cylindryczna jest obecnie popularna, ponieważ ma duży promień przenoszenia, może przenosić wysoki moment obrotowy i generuje bardzo małą siłę osiową.
Transformacyjne zalety transmisji magnetycznej
Oprócz rozwiązania podstawowego problemu, jakim jest wyciek, sprzęgła z magnesami trwałymi zapewniają szereg ulepszeń wydajności.
Amortyzacja, tłumienie drgań i ochrona: Połączenie magnetyczne jest naturalnym „miękkim połączeniem”. Gdy strona obciążona nagle się zablokuje, może wystąpić poślizg pomiędzy wewnętrznym i zewnętrznym wirnikiem, skutecznie amortyzując w ten sposób uderzenia i chroniąc silnik i sprzęt. Gdy moment obrotowy przekroczy limit projektowy, sprzęgło może się całkowicie poślizgnąć, zapewniając nieniszczące zabezpieczenie przed przeciążeniem.
Doskonała tolerancja niewspółosiowości: Sprzęgło pola magnetycznego pozwala na pewien stopień niewspółosiowości osiowej, promieniowej i kątowej pomiędzy wirnikiem wewnętrznym i zewnętrznym. Oznacza to, że wymagania dotyczące dokładnego osiowania wałów podczas instalacji są znacznie zmniejszone , co upraszcza instalację i kompensuje odkształcenia, które mogą wystąpić podczas pracy sprzętu.
Wysoka wydajność i oszczędność energii: Ponieważ nie ma kontaktu mechanicznego i zużycia, wydajność przekładni jest niezwykle wysoka, zbliżając się do 100%. Jednocześnie jego charakterystyka rozruchu bez obciążenia pozwala na płynny rozruch silnika prawie bez obciążenia, zmniejszając prąd rozruchowy (o 1/2 do 2/3), co oszczędza energię i wydłuża żywotność silnika.
Jak wybrać: aplikacja dyktuje
Te dwie technologie nie są w prostej relacji substytucyjnej, ale mają swoje mocne strony w zależności od scenariusza zastosowania.
Sprzęgła z magnesami trwałymi są preferowanym wyborem w następujących scenariuszach:
· Surowe wymagania dotyczące uszczelnień: Pompy, mieszadła i inny sprzęt obsługujący media łatwopalne, wybuchowe, toksyczne, żrące, drogie lub o wysokiej czystości w branżach takich jak chemiczna, ropa naftowa, farmaceutyczna, spożywcza i galwaniczna.
· Środowiska podwodne lub próżniowe: takie jak pompy głębinowe, pompy próżniowe itp., gdzie ich bezobsługowość jest bardzo korzystna.
· Wysokie koszty konserwacji lub niewygodne sytuacje: Przemysł przetwórczy wymagający długich cykli i skróconych przestojów na konserwację.
Obszary, w których sprzęgła mechaniczne nadal mają zalety:
· Przekładnia o bardzo dużym obciążeniu i bardzo wysokim momencie obrotowym: W niektórych zastosowaniach związanych z przenoszeniem bardzo dużej mocy i bardzo wysokiego momentu obrotowego tradycyjne sprzęgła zębate mogą nadal być dojrzałym i niezawodnym wyborem.
· Ekstremalna wrażliwość na koszty: w przypadku maszyn ogólnego przeznaczenia, które nie wymagają uszczelnień i mają dobre warunki pracy, sprzęgła mechaniczne mają znaczną przewagę w zakresie kosztów początkowych.
· Środowiska o ekstremalnych temperaturach: Magnetyzm magnesów trwałych zanika powyżej pewnych wysokich temperatur, podczas gdy niektóre metalowe złącza mechaniczne są w stanie wytrzymać wyższe temperatury.
Inteligencja i przyszłe trendy
Technologia sprzęgania z magnesami trwałymi wciąż się rozwija. Obecne granice badań obejmują optymalizację obwodu magnetycznego i konstrukcji bieguna w celu przenoszenia większego momentu obrotowego przy użyciu mniejszej ilości materiału magnetycznego. W niektórych zaawansowanych produktach zaczęto integrować inteligentne systemy monitorowania , które mogą monitorować moment obrotowy, poślizg i temperaturę w czasie rzeczywistym, umożliwiając konserwację predykcyjną.
Technologia ta zyskała uznanie na szczeblu krajowym. Na przykład „Technologia dużej, elastycznej, bezkontaktowej, synchronicznej transmisji z magnesami trwałymi o tym samym przemieszczeniu” została uwzględniona w krajowym kluczowym katalogu promocyjnym technologii oszczędzania energii i technologii niskoemisyjnych , podkreślając jej znaczący potencjał w zakresie oszczędzania energii i redukcji emisji.
Sprzęgła mechaniczne w dalszym ciągu stanowią podstawę przemysłu dzięki swojej solidności i niezawodności. Sprzęgła z magnesami trwałymi, niczym cichy innowator, wykorzystują niewidzialne linie siły magnetycznej do przesyłania wydajnej i całkowicie bezpiecznej mocy przez te krytyczne, uszczelnione granice, gdzie awaria nie wchodzi w grę.
Wraz z postępem w materiałoznawstwie i procesach projektowania ten dialog pomiędzy transmisją „kontaktową” i „bezkontaktową” będzie kontynuowany, wspólnie napędzając przemysł mechaniczny w kierunku większej wydajności, niezawodności i inteligencji.
