I. 'Testi i mbijetesës' nën Rrotullimin me shpejtësi të lartë
Motorët me levitacion magnetik, me avantazhet e tyre të funksionimit pa kontakt, efikasitetit të lartë dhe shpejtësive jashtëzakonisht të larta rrotulluese, po përdoren gjithnjë e më shumë në pajisjet e nivelit të lartë si ventilatorët industrialë, kompresorët dhe rrotat e ruajtjes së energjisë. Megjithatë, kur shpejtësia e rrotullimit arrin dhjetëra mijëra rrotullime në minutë ose edhe më e lartë, magnetët e përhershëm në rotor i nënshtrohen një 'testi të mbijetesës'.
Ku qëndron problemi?
Motorët e levitacionit magnetik zakonisht përdorin NdFeB të sinteruar si material magnetik të përhershëm. Megjithëse NdFeB ofron veti të shkëlqyera magnetike – duke përfshirë produktin e energjisë magnetike shumë të lartë dhe shtrëngimin – ai ka një dobësi kritike: forca e tij në shtypje është shumë më e madhe se forca në tërheqje . NdFeB i sinterizuar, i prodhuar nga metalurgjia pluhur, zakonisht ka një forcë tërheqëse jo më shumë se 80 MPa. Me shpejtësi të lartë, forca centrifugale gjeneron stres të konsiderueshëm tërheqës brenda magnetit të përhershëm - në kushte funksionimi prej 18,000 rpm, stresi centrifugal në NdFeB mund të kalojë 160 MPa, gati dyfishi i kufirit të forcës së tij..
Ky është si një litar i bërë nga një material i brishtë: i reziston ngjeshjes pa probleme, por thyhet lehtësisht nën tension. Kur motori rrotullohet me shpejtësi të lartë, magnetët e përhershëm i nënshtrohen forcave tërheqëse ndërsa 'hedhen nga jashtë'. Pasi të tejkalohet kufiri, çeliku i magnetit do të plasaritet, do të thyhet ose madje do të bëjë që rotori të shpërthejë.
II. Mëngë me fibër karboni: Një 'Arma e ngushtë' për çelikun magnetik
Si mund t'i mbrojmë magnetët e brishtë të përhershëm nga plasaritja nën forcën centrifugale? Zgjidhja më efektive e disponueshme sot është të shtoni një mëngë me fibër karboni mbi magnetët e përhershëm.
Fibra e karbonit ka një forcë tërheqëse prej mbi 5000 MPa, duke tejkaluar shumë kufirin e forcës së NdFeB. Më e rëndësishmja, krahasuar me mëngët tradicionale të metalit si aliazh titani, mëngët e fibrave të karbonit ofrojnë tre përparësi kryesore:
Pesha e lehtë dhe e lartë – Forca specifike (raporti i forcës ndaj densitetit) i fibrës së karbonit është shumë më i lartë se ai i metaleve, kështu që një material më i hollë dhe më i lehtë mund të sigurojë forcë të mjaftueshme mbrojtëse.
Nuk ka humbje të rrymës vorbull – Fibra karboni është një përcjellës i dobët, kështu që nuk gjeneron humbje të rrymës vorbull me frekuencë të lartë si mëngët metalikë, duke shmangur kështu humbjet shtesë të energjisë dhe problemet e ngrohjes.
Zgjerim i ulët termik – Fibra e karbonit ka një koeficient të ulët të zgjerimit termik, duke siguruar stabilitet të mirë dimensionale në kushtet e funksionimit me temperaturë të lartë.
III. Sekreti kryesor për kundër plasaritjes: Para stresit
A do të thotë shtimi i një mëngë me fibër karboni që gjithçka është zgjidhur? Jo mjaft.
Pika kryesore është se si magneti i mëngës ashtu edhe magneti i përhershëm i nënshtrohen zgjerimit radial për shkak të forcës centrifugale gjatë rrotullimit me shpejtësi të lartë. Nëse mënga është thjesht 'përshtatur' mbi magnet, do të shfaqet një hendek midis tyre - sepse deformimi radial i mëngës është shpesh më i madh se ai i magneteve. Pasi të krijohet një boshllëk, mënga humbet kufizimin e saj në magnet dhe çeliku i magnetit do të plasaritet ende.
Zgjidhja është të aplikoni një 'pre-stres' të vazhdueshme te magnetët e përhershëm.
Duke krijuar një përshtatje interferenci midis mëngës dhe magneteve (d.m.th., diametri i brendshëm i mëngës është pak më i vogël se diametri i jashtëm i magneteve), mënga vepron si një 'kostum i ngushtë' që mbështillet fort rreth magneteve, duke aplikuar një tension shtypës radial të brendshëm. Kur rotori rrotullohet me shpejtësi të lartë, ky para-sforcim kundërvepron në mënyrë efektive stresin elastik të shkaktuar nga forca centrifugale.
Hulumtimet tregojnë se kur ndërhyrja arrin më shumë se 0.10 mm, stresi maksimal centrifugal në magnetët e përhershëm mund të reduktohet nga mbi 160 MPa në nën 70 MPa, shumë nën kufirin e tyre të forcës. Në kushte ekstreme (p.sh., temperatura e lartë 200 °C plus rrotullimi i shpejtësisë së tepërt), megjithëse stresi i rrethimit në mëngën e fibrës së karbonit mund të rritet mbi 1000 MPa, ka ende një kufi të mjaftueshëm sigurie në lidhje me kufirin e forcës së materialit me fibër karboni prej 1400 MPa.
IV. Si të arrihet para stresi? Dy rrugë procesi
Aktualisht, ekzistojnë dy metoda kryesore për të arritur para-stresimin në një mëngë me fibër karboni:
Rruga 1: Asambleja e ndërhyrjes
Mënga e fibrës së karbonit prodhohet veçmas dhe më pas montohet në rotor me montim termik ose të ftohtë. Për shembull, ftohja e rotorit në –190 °C lejon që mëngja të rrëshqasë me shumë pak forcë boshtore; në mënyrë alternative, mund të përdoret një metodë e montimit të shtypjes boshtore me një forcë shtypjeje deri në 25 kN.
Megjithatë, kjo metodë ka të meta: fibra karboni është e brishtë dhe ka rezistencë të dobët, duke e bërë atë të prirur ndaj dëmtimeve dhe çarjeve gjatë montimit të ndërhyrjeve. Për më tepër, procesi i montimit është kompleks dhe kontrolli i ndërhyrjeve është i vështirë.
Rruga 2: Përdredha me tension të lartë (zgjidhja më e mirë)
Fibra karboni mbështillet drejtpërdrejt në sipërfaqen e rotorit dhe gjatë procesit të mbështjelljes, tensioni i lartë aplikohet në tërheqjet e fibrave, duke bërë që çdo shtresë e fibrave të mbështillet fort rreth sipërfaqes së magnetit të përhershëm.
E veçanta e kësaj metode është se vetë procesi i mbështjelljes është procesi i aplikimit para stresit . Duke kontrolluar tensionin e fibrës, fusha e dëshiruar e paranderjes mund të vendoset në mëngë, duke zëvendësuar metodën tradicionale të ndërhyrjes mekanike.
V. Procesi i mbështjelljes me fibër karboni të SDM
Në fushën e rotorëve të motorëve me shpejtësi të lartë me levitacion magnetik, Hangzhou SDM Magnetics Co., Ltd. ka zotëruar një proces të pjekur të mbështjelljes me fibër karboni . Karakteristikat e tij teknike reflektohen kryesisht në aspektet e mëposhtme:
Teknologjia e mbështjelljes rrethore me tension të lartë. SDM miraton rrugën e procesit të mbështjelljes direkte të fibrës së karbonit në mënyrë rrethore në sipërfaqen e rotorit. Duke kontrolluar me saktësi tensionin e aplikuar në tërheqjet e fibrave të karbonit gjatë dredha-dredha, shtresat e fibrave përshtaten fort me sipërfaqen e jashtme të magnetëve të përhershëm. Ky proces njëkohësisht siguron forcën e kërkuar para-shtrënguese të magneteve gjatë fabrikimit të mëngës, duke shmangur rreziqet e plasaritjes dhe vështirësitë e montimit që lidhen me montimin tradicional të ndërhyrjes.
Kontroll i saktë i orarit të tensionit. Procesi i SDM përdor në mënyrë fleksibël mënyra të ndryshme të kontrollit të tensionit sipas kërkesave të ndryshme të funksionimit. Për të përmbushur nevoja të ndryshme të shpërndarjes së stresit – të tilla si 'më të lirshme brenda, më të shtrënguar jashtë' ose 'më të ngushtë brenda, më të lirshëm jashtë' - ata mund të zgjedhin modalitetet e mbështjelljes me tension të vazhdueshëm, çift rrotullues konstant ose tendosje të ngushtuar. Duke kontrolluar tensionin e mbështjelljes shtresë pas shtrese, stresi i mbetur në shtresat e fibrave mund të shpërndahet në mënyrë uniforme në një gjendje ideale.
Verifikimi sasior i forcës parashtrënguese. SDM ka krijuar një cikli të plotë teknik të mbyllur, nga llogaritja teorike deri te simulimi i elementeve të fundme dhe në fund te verifikimi eksperimental. Për forcën para-shtrënguese të krijuar nga mënga e fibrës së karbonit të plagosur me tension të lartë në magnetët e përhershëm, gabimi mesatar midis rezultateve të provës eksperimentale dhe llogaritjeve analitike është 8,56%, dhe gabimi mesatar në lidhje me simulimin e elementeve të fundme është 7,88% - ky nivel saktësie garanton plotësisht besueshmërinë e dizajnit paraprak.
Aftësia e integruar e procesit të plotë. Nga përzgjedhja e materialit me fibër karboni, dizajni strukturor dhe dizajni elektromagnetik deri te proceset e montimit të formimit, prodhimi i pajisjeve dhe inspektimi dhe testimi, SDM posedon një aftësi të plotë teknike. Kompania ka selinë në Hangzhou dhe ka një plan urbanistik të integruar të tregtisë së industrisë, duke i mundësuar asaj t'u ofrojë klientëve një zgjidhje me zinxhir të plotë nga magnetët deri te montimet e rotorit.
Është pikërisht me këtë proces të rafinuar të mbështjelljes me fibër karboni që rotorët e motorëve me shpejtësi të lartë me levitacion magnetik të SDM mund të parandalojnë në mënyrë efektive plasaritjen e çelikut magnetik në kushte centrifugale me shpejtësi të lartë, duke siguruar funksionim të sigurt, të qëndrueshëm dhe të besueshëm të rotorit në kushtet e kërkuara prej dhjetëra mijëra rrotullimesh në minutë.
