CINXE.COM

<!DOCTYPE html>    <html>  <head><script type="text/javascript" src="https://web-static.archive.org/_static/js/bundle-playback.js?v=7YQSqjSh" charset="utf-8"></script> <script type="text/javascript" src="https://web-static.archive.org/_static/js/wombat.js?v=txqj7nKC" charset="utf-8"></script> <script>window.RufflePlayer=window.RufflePlayer||{};window.RufflePlayer.config={"autoplay":"on","unmuteOverlay":"hidden"};</script> <script type="text/javascript" src="https://web-static.archive.org/_static/js/ruffle/ruffle.js"></script> <script type="text/javascript"> __wm.init("https://web.archive.org/web"); __wm.wombat("http://n-t.ru/tp/ts/nmo.htm","20210412163836","https://web.archive.org/","web","https://web-static.archive.org/_static/", "1618245516"); </script> <link rel="stylesheet" type="text/css" href="https://web-static.archive.org/_static/css/banner-styles.css?v=p7PEIJWi" /> <link rel="stylesheet" type="text/css" href="https://web-static.archive.org/_static/css/iconochive.css?v=3PDvdIFv" />  <title>Новая магнитная опора большой грузоподъемности. Cтатьи. Наука и техника</title> <meta http-equiv="X-UA-Compatible" content="IE=edge,chrome=1"/> <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1"> <meta name="SKYPE_TOOLBAR" content="SKYPE_TOOLBAR_PARSER_COMPATIBLE"/>  <meta property="og:title" content="Новая магнитная опора большой грузоподъемности"> <meta property="og:url" content="https://web.archive.org/web/20210412163836/http://n-t.ru/tp/ts/nmo.htm"> <meta property="og:image" content="https://web.archive.org/web/20210412163836im_/http://n-t.ru/n-t158.png"> <meta property="og:image:width" content="316"> <meta property="og:image:height" content="316"> <meta property="og:description" content="Использование новой системы магнитного подвеса позволило изготовить и испытать магнитную опору грузоподъемностью 1500 кг для маховичных накопителей энергии высокой энергоемкости и частоты вращения. "> <link rel="icon" href="/web/20210412163836im_/http://n-t.ru/favicon.ico" type="image/x-icon"> <link href="/web/20210412163836cs_/http://n-t.ru/dz/nit.css" rel="stylesheet" type="text/css"> </head> <body> <script type="text/javascript"></script> <div id="fb-root"></div> <script>(function(d, s, id) { var js, fjs = d.getElementsByTagName(s)[0]; if (d.getElementById(id)) return; js = d.createElement(s); js.id = id; js.src = "//web.archive.org/web/20210412163836/http://connect.facebook.net/ru_RU/sdk.js#xfbml=1&version=v2.4&appId=1615304618725556"; fjs.parentNode.insertBefore(js, fjs); }(document, 'script', 'facebook-jssdk'));</script> <div class="vk vkm">  <a href="/web/20210412163836/http://n-t.ru/"> <img class="il1" style="float: left;" src="/web/20210412163836im_/http://n-t.ru/dz/1024-logo.gif" border="0" width="208" height="72" alt="Перейти в начало сайта" title="Перейти в начало сайта"> <img class="il2" style="float: left;" src="/web/20210412163836im_/http://n-t.ru/dz/480-800-logo.gif" border="0" width="50" height="50" alt="Перейти в начало сайта" title="Перейти в начало сайта"> </a>  <div class="nv nm1">Электронная библиотека «Наука и техника»</div> <div class="nv nm2">n-t.ru: Наука и техника</div>  <div class="nv nv1"><a href="/web/20210412163836/http://n-t.ru/">Начало сайта</a> / <a href="/web/20210412163836/http://n-t.ru/tp/">Cтатьи</a> / <a href="/web/20210412163836/http://n-t.ru/tp/ts/">Техника сегодня</a></div> <div class="nv nv2"><a href="/web/20210412163836/http://n-t.ru/">Начало сайта</a> / <a href="/web/20210412163836/http://n-t.ru/tp/">Cтатьи</a> / <a href="/web/20210412163836/http://n-t.ru/tp/ts/">Техника сегодня</a></div> <div class="fp1"><div class="ya-site-form ya-site-form_inited_no" onclick="return {'action':'https://web.archive.org/web/20210412163836/http://n-t.ru/sy.htm','arrow':false,'bg':'transparent','fontsize':14,'fg':'#000000','language':'ru','logo':'rb','publicname':'Поиск по n-t.ru','suggest':false,'target':'_self','tld':'ru','type':3,'usebigdictionary':true,'searchid':149297,'webopt':false,'websearch':false,'input_fg':'#a1aab3','input_bg':'#ffffff','input_fontStyle':'normal','input_fontWeight':'normal','input_placeholder':'Поиск по n-t.ru:','input_placeholderColor':'#a1aab3','input_borderColor':'#B8D9B8'}"><form action="https://web.archive.org/web/20210412163836/http://yandex.ru/sitesearch" method="get" target="_self"><input type="hidden" name="searchid" value="149297"/><input type="hidden" name="l10n" value="ru"/><input type="hidden" name="reqenc" value=""/><input type="search" name="text" value=""/><input type="submit" value="Найти"/></form></div><style type="text/css">.ya-page_js_yes .ya-site-form_inited_no { display: none; }</style><script type="text/javascript">(function(w,d,c){var s=d.createElement('script'),h=d.getElementsByTagName('script')[0],e=d.documentElement;if((' '+e.className+' ').indexOf(' ya-page_js_yes ')===-1){e.className+=' ya-page_js_yes';}s.type='text/javascript';s.async=true;s.charset='utf-8';s.src=(d.location.protocol==='https:'?'https:':'http:')+'//web.archive.org/web/20210412163836/http://site.yandex.net/v2.0/js/all.js';h.parentNode.insertBefore(s,h);(w[c]||(w[c]=[])).push(function(){Ya.Site.Form.init()})})(window,document,'yandex_site_callbacks');</script></div> </div> <div class="pl plm"> <div class="pll"> <p class="rz"><a href="/web/20210412163836/http://n-t.ru/ns/" class="arz">Научные статьи</a></p> <p class="rb"><a href="/web/20210412163836/http://n-t.ru/ns/fz/" class="arb">Физика звёзд</a></p> <p class="rb"><a href="/web/20210412163836/http://n-t.ru/ns/fm/" class="arb">Физика микромира</a></p> <p class="rz"><a href="/web/20210412163836/http://n-t.ru/nj/" class="arz">Журналы</a></p> <p class="rb"><a href="/web/20210412163836/http://n-t.ru/nj/pr/" class="arb">Природа</a></p> <p class="rb"><a href="/web/20210412163836/http://n-t.ru/nj/nz/" class="arb">Наука и жизнь</a></p> <p class="rb"><a href="/web/20210412163836/http://n-t.ru/nj/pl/" class="arb">Природа и люди</a></p> <p class="rb"><a href="/web/20210412163836/http://n-t.ru/nj/tm/" class="arb">Техника – молодёжи</a></p> <p class="rz"><a href="/web/20210412163836/http://n-t.ru/nl/" class="arz">Нобелевские лауреаты</a></p> <p class="rb"><a href="/web/20210412163836/http://n-t.ru/nl/fz/" class="arb">Премия по физике</a></p> <p class="rb"><a href="/web/20210412163836/http://n-t.ru/nl/hm/" class="arb">Премия по химии</a></p> <p class="rb"><a href="/web/20210412163836/http://n-t.ru/nl/lt/" class="arb">Премия по литературе</a></p> <p class="rb"><a href="/web/20210412163836/http://n-t.ru/nl/mf/" class="arb">Премия по медицине</a></p> <p class="rb"><a href="/web/20210412163836/http://n-t.ru/nl/ek/" class="arb">Премия по экономике</a></p> <p class="rb"><a href="/web/20210412163836/http://n-t.ru/nl/mr/" class="arb">Премия мира</a></p> <p class="rz"><a href="/web/20210412163836/http://n-t.ru/ri/" class="arz">Книги</a></p> <p class="rb"><a href="/web/20210412163836/http://n-t.ru/ri/lz/da.htm" id="rb">Во главе двух академий</a> </p><p class="rb"><a href="/web/20210412163836/http://n-t.ru/ri/ms/dz.htm" id="rb">Доктор занимательных наук</a> </p><p class="rb"><a href="/web/20210412163836/http://n-t.ru/ri/fr/" id="rb">Генри Форд</a>. <a href="/web/20210412163836/http://n-t.ru/ri/fr/mz.htm" id="rb">Моя жизнь, мои достижения</a> </p><p class="rb"><a href="/web/20210412163836/http://n-t.ru/ri/sh/pn.htm" id="rb">Парадоксы науки</a> </p><p class="rb"><a href="/web/20210412163836/http://n-t.ru/ri/mk/sk.htm" id="rb">Смотри в корень!</a> </p><p class="rb"><a href="/web/20210412163836/http://n-t.ru/ri/rj/ev.htm" id="rb">Этюды о Вселенной</a> </p> <p class="rz"><a href="/web/20210412163836/http://n-t.ru/ii/" class="arz">Издания НиТ</a></p> <p class="rb"><a href="/web/20210412163836/http://n-t.ru/ii/ba/" class="arb">Батарейки и аккумуляторы</a></p> <p class="rb"><a href="/web/20210412163836/http://n-t.ru/ii/os/" class="arb">Охранные системы</a></p> <p class="rb"><a href="/web/20210412163836/http://n-t.ru/ii/ie/" class="arb">Источники энергии</a></p> <p class="rb"><a href="/web/20210412163836/http://n-t.ru/ii/st/" class="arb">Свет и тепло</a></p> <p class="rz"><a href="/web/20210412163836/http://n-t.ru/tp/" class="arz">Научно-популярные статьи</a></p> <p class="rb"><a href="/web/20210412163836/http://n-t.ru/tp/ns/" class="arb">Наука сегодня</a></p> <p class="rb"><a href="/web/20210412163836/http://n-t.ru/tp/ng/" class="arb">Научные гипотезы</a></p> <p class="rb"><a href="/web/20210412163836/http://n-t.ru/tp/to/" class="arb">Теория относительности</a></p> <p class="rb"><a href="/web/20210412163836/http://n-t.ru/tp/in/" class="arb">История науки</a></p> <p class="rb"><a href="/web/20210412163836/http://n-t.ru/tp/nr/" class="arb">Научные развлечения</a></p> <p class="rb"><a href="/web/20210412163836/http://n-t.ru/tp/ts/" class="arb">Техника сегодня</a></p> <p class="rb"><a href="/web/20210412163836/http://n-t.ru/tp/it/" class="arb">История техники</a></p> <p class="rb"><a href="/web/20210412163836/http://n-t.ru/tp/iz/" class="arb">Измерения в технике</a></p> <p class="rb"><a href="/web/20210412163836/http://n-t.ru/tp/ie/" class="arb">Источники энергии</a></p> <p class="rb"><a href="/web/20210412163836/http://n-t.ru/tp/rn/" class="arb">Наука и религия</a></p> <p class="rb"><a href="/web/20210412163836/http://n-t.ru/tp/mr/" class="arb">Мир, в котором мы живём</a></p> <p class="rb"><a href="/web/20210412163836/http://n-t.ru/tp/lt/" class="arb">Лит. творчество ученых</a></p> <p class="rb"><a href="/web/20210412163836/http://n-t.ru/tp/br/" class="arb">Человек и общество</a></p> <p class="rb"><a href="/web/20210412163836/http://n-t.ru/tp/ob/" class="arb">Образование</a></p> <p class="rb"><a href="/web/20210412163836/http://n-t.ru/tp/rz/" class="arb">Разное</a></p> </div> <div class="plp plpm"> <h1>Новая магнитная опора большой грузоподъемности</h1> <p class="at"><a href="/web/20210412163836/http://n-t.ru/ac/gnv.htm">Нурбей Гулиа</a></p> <p>Магнитные опоры известны достаточно давно и предназначены для разгрузки фиксирующих подшипников при подвешивании тяжелых, а часто и быстро вращающихся деталей – маховиков, роторов, турбин и т.д.</p> <p>Согласно теореме Ирншоу, осуществить полностью бесконтактный подвес в магнитном поле постоянных магнитов невозможно, если только там не присутствуют диамагнетики. Но последний случай ограничивает массу подвешиваемых деталей обычно граммами, и для подвешивания массивных деталей с помощью экономичных постоянных магнитов требуются фиксирующие подшипники, сохраняющие положение детали в отцентрованном состоянии.</p> <p>В технике применяются магнитные опоры, работающие на принципе притяжения; их действие неустойчиво даже по вертикальной оси, и деталь либо падает вниз, либо устремляется вверх, прижимаясь к верхнему магниту. В этом случае нужны фиксирующие подшипники, обычно малых размеров и грузоподъемности, не только радиальные, предохраняющие от радиальных смещений, но и упорные, предохраняющие от осевых перемещений.</p> <p>Существуют и магнитные опоры, работающие на принципе отталкивания. Таким необходимы, в принципе, только радиальные фиксирующие подшипники, так как в осевом направлении деталь «вывешивается» сама на соответствующей высоте. Однако, ввиду того, что обычно деталь не оставляют в таком незакрепленном состоянии, здесь также необходима фиксация в осевом направлении. На графике рис. 1 кривая <i>1</i> характеризует силу <i>Р</i> существующей магнитной опоры притяжения или отталкивания, действующую вдоль вертикальной оси в зависимости от зазора между магнитами <i>l</i>.</p> <p align="center"><img src="/web/20210412163836im_/http://n-t.ru/tp/ts/nmo_p01.gif" width="340" height="509" alt="" vspace="5" border="0"></p> <p class="sm mb"><b>Рис. 1.</b> Зависимость силы притяжения или отталкивания <i>P</i> магнитной опоры в зависимости от зазора между магнитами <i>l</i></p> <p>Если, например, сила тяжести детали равна <i>P<sub>nom</sub></i>, то зазор устанавливается равным <i>l<sub>nom</sub></i>. Но так как точно установить зазор нельзя из-за осевого люфта радиальных подшипников, тепловых перемещений, неточностей монтажа и т д., то существует некоторая зона разброса зазора (<i>l<sub>max</sub></i>...<i>l<sub>min</sub></i>) и ей соответствует зона разброса силы магнитов (<i>Р<sub>mах</sub></i>...<i>P<sub>min</sub></i>). Ввиду крутизны характеристики <i>Р</i>(<i>l</i>), сила (<i>Р<sub>mах</sub></i>...<i>P<sub>min</sub></i>) может достигать больших значений, соизмеримых с силой тяжести детали <i>P<sub>nom</sub></i>, и она действует на фиксирующие подшипники малой грузоподъемности. Делать фиксирующие подшипники большой грузоподъемности нерационально из-за больших потерь в них, а делать их радиально-упорными или упорными нельзя. При малых осевых силах, их нагружающих, а тем более совсем без нагрузки, тела качения (шарики) будут проворачиваться гироскопическими силами и быстро выйдут из строя. Об этом хорошо известно специалистам по подшипникам качения. Все это ограничивает применение обычных магнитный опор.</p> <p>Новая система магнитного подвеса, патентуемая в настоящее время, состоит из «батарей» кольцеобразных магнитов небольшого диаметра, с чередующимися зонами притяжения и отталкивания, причем верхний и нижний крайние магниты магнитно-замкнуты через магнитопровод. Получается магнитная система, в которой магнитное поле практически не выходит наружу, а целиком используется для повышения грузоподъемности. Поэтому в такой магнитной опоре достигается рекордная величина отношения грузоподъемности к массе магнитов. Для описываемой конструкции с магнитами из сплава «неодим-железо-бор» среднего качества, эта величина достигает 300 и более, что очень много для системы большой грузоподъемности – свыше 15 кН. К тому же диаметр магнитов здесь небольшой, что увеличивает скоростные возможности магнитной опоры и уменьшает токи Фуко. Но главное, в такой магнитной опоре вертикальная сила на некотором зазоре <i>l<sub>hor</sub></i> практически постоянна (кривая горизонтальная), что было подтверждено испытаниями.</p> <p>На рис. 1 кривая <i>2</i> изображает зависимость <i>Р</i>(<i>l</i>) для новой конструкции магнитного подшипника. Конкретно для изготовленной конструкции <i>P<sub>nom</sub></i> = 15,5 кН (1,55 тонны), а величина зазора, при котором грузоподъемность постоянна – <i>l<sub>hor</sub></i> = 0,6 мм. В реальной конструкции зазор между фиксирующими подшипниками выбран 0,4 мм для тепловой компенсации, и он значительно перекрывается значением <i>l<sub>hor</sub></i>. Это позволяет практически не нагружать фиксирующие подшипники осевыми силами, повышая их долговечность и снижая сопротивление вращению (рис. 2).</p> <p align="center"><img src="/web/20210412163836im_/http://n-t.ru/tp/ts/nmo_p02.gif" width="536" height="378" alt="" vspace="5" border="0"></p> <p class="sm mb"><b>Рис. 2.</b> Зависимость грузоподъемности магнитного подшипника <i>P</i> от величины зазора δ</p> <p>Магнитный подшипник новой системы изготовлен российской фирмой <a href="https://web.archive.org/web/20210412163836/http://www.magn-tech.ru/">«Магниты и магнитные технологии»</a> в Москве по заказу немецкой энергетической фирмы SEEBa. Автор изобретения – профессор, доктор наук <a href="/web/20210412163836/http://n-t.ru/ac/gnv.htm">Н.В. Гулиа</a> (Москва).</p> <p align="center"><img src="/web/20210412163836im_/http://n-t.ru/tp/ts/nmo_p03.gif" width="577" height="248" alt="" vspace="5" border="0"></p> <p class="sm mb"><b>Рис. 3.</b> Общий вид магнитной опоры.<br> 1. Все размеры для справки. 2. Грузоподъёмность опоры (осевое усилие) – 1500 кг ±5%</p> <p>На чертеже (рис. 3) приведен общий вид конструкции с габаритными и присоединительными размерами. На фото рис. 4 представлен общий вид описанной магнитной опоры на стенде. В нижней части устройства видно жидкостное уплотнение диаметром 60 и длиной 160 мм для возможности создания вакуума в корпусе, где будет вращаться подвешиваемая деталь. Это делается для минимизации потерь на вращение деталей с высокой угловой скоростью, например, маховиков накопителей энергии.</p> <p align="center"><img src="/web/20210412163836im_/http://n-t.ru/tp/ts/nmo_p04.jpg" width="360" height="454" alt="" vspace="5" border="1"></p> <p class="sm mb"><b>Рис. 4.</b> Магнитная опора на стенде</p> <p>Конструкция испытывалась на частоту вращения до 4500 об/мин; на рис. 5<i> </i>представлен график изменения момента потерь на токи Фуко <i>T<sub>f</sub></i> в зависимости от частоты вращения <i>n</i> об/мин. Потери в фиксирующих подшипниках <i>Т<sub>l</sub></i> в данной системе очень малы и на практике могут не учитываться. Нетрудно подсчитать, что потери мощности на токи Фуко при максимальной для маховика накопителя энергии частоте вращения 3600 об/мин составляет 132 ватта, а в фиксирующих подшипниках – 38 ватт, что очень немного.</p> <p align="center"><img src="/web/20210412163836im_/http://n-t.ru/tp/ts/nmo_p05.gif" width="540" height="238" alt="" vspace="5" border="0"></p> <p class="sm mb"><b>Рис. 5.</b> Зависимость потерь на токи Фуко <i>T<sub>f</sub></i> от частоты вращения <i>n</i></p> <p>Конечно же, остаются и вентиляционные или аэродинамические потери, и они зависят от конфигурации вращающейся детали, ее частота вращения и уровня вакуума; эти потери могут быть достаточно точно вычислены.</p> <p>Следует заметить, что фирма-изготовитель магнитной опоры не специализируется на магнитах с высокой равномерностью магнитного поля. Установка таких магнитов, обладающих несколько большей стоимостью, позволила бы существенно сократить и без того небольшие потери на токи Фуко.</p> <p>Магнитные опоры очень перспективны для техники будущего. Мы считаем, что первоочередная область их применения в маховичных накопителях энергии высокой энергоемкости и частоты вращения.</p> <p> </p> <p class="data">См. также:</p> <ol class="sm"> <li>Гулиа Н.В. <a href="/web/20210412163836/http://n-t.ru/ri/gl/ek.htm">В поисках «энергетической капсулы»</a>. <a href="https://web.archive.org/web/20210412163836/http://n-t.ru/">НиТ</a>, 2000.</li> <li>Гулиа Н.В. <a href="/web/20210412163836/http://n-t.ru/tp/ts/af.htm">Алфизики XX века</a>. <a href="https://web.archive.org/web/20210412163836/http://n-t.ru/">НиТ</a>, 2000.</li> </ol>  <div class="dk"> <div class="dp"> <p class="data nb">Дата публикации:</p> <p class="sm nb">15 ноября 2002 года</p> </div> <div class="ev"> <p class="data">Электронная версия:</p> <p class="sm nb">© <a href="/web/20210412163836/http://n-t.ru/">НиТ</a>. <a href="/web/20210412163836/http://n-t.ru/tp/">Cтатьи</a>, 1997</p> </div> </div> </div>  </div>  <div class="nk nkm"> <div class="fp2"><div class="ya-site-form ya-site-form_inited_no" onclick="return {'action':'https://web.archive.org/web/20210412163836/http://n-t.ru/sy.htm','arrow':false,'bg':'transparent','fontsize':14,'fg':'#000000','language':'ru','logo':'rb','publicname':'Поиск по n-t.ru','suggest':false,'target':'_self','tld':'ru','type':3,'usebigdictionary':true,'searchid':149297,'webopt':false,'websearch':false,'input_fg':'#a1aab3','input_bg':'#ffffff','input_fontStyle':'normal','input_fontWeight':'normal','input_placeholder':'Поиск по n-t.ru:','input_placeholderColor':'#a1aab3','input_borderColor':'#B8D9B8'}"><form action="https://web.archive.org/web/20210412163836/http://yandex.ru/sitesearch" method="get" target="_self"><input type="hidden" name="searchid" value="149297"/><input type="hidden" name="l10n" value="ru"/><input type="hidden" name="reqenc" value=""/><input type="search" name="text" value=""/><input type="submit" value="Найти"/></form></div><style type="text/css">.ya-page_js_yes .ya-site-form_inited_no { display: none; }</style><script type="text/javascript">(function(w,d,c){var s=d.createElement('script'),h=d.getElementsByTagName('script')[0],e=d.documentElement;if((' '+e.className+' ').indexOf(' ya-page_js_yes ')===-1){e.className+=' ya-page_js_yes';}s.type='text/javascript';s.async=true;s.charset='utf-8';s.src=(d.location.protocol==='https:'?'https:':'http:')+'//web.archive.org/web/20210412163836/http://site.yandex.net/v2.0/js/all.js';h.parentNode.insertBefore(s,h);(w[c]||(w[c]=[])).push(function(){Ya.Site.Form.init()})})(window,document,'yandex_site_callbacks');</script></div> <div style="padding: 4px 0 6px 0; background: #f0faff;"><div class="fp2"><a href="/web/20210412163836/http://n-t.ru/">В начало сайта</a> | <a href="/web/20210412163836/http://n-t.ru/ri/">Книги</a> | <a href="/web/20210412163836/http://n-t.ru/tp/">Статьи</a> | <a href="/web/20210412163836/http://n-t.ru/nj/">Журналы</a> | <a href="/web/20210412163836/http://n-t.ru/nl/">Нобелевские лауреаты</a> | <a href="/web/20210412163836/http://n-t.ru/ii/">Издания НиТ</a> <br> <a href="/web/20210412163836/http://n-t.ru/ks.htm#n-t">Карта сайта</a> | <a href="/web/20210412163836/http://n-t.ru/sp/">Cовместные проекты</a> | <a href="https://web.archive.org/web/20210412163836/http://smbr.n-t.ru/">Журнал «Сумбур»</a> </div></div> <div style="padding: 4px 0 6px 0; background: #fffceb; border-top: 1px solid #99D8FF;"><div class="fp2">© <a href="https://web.archive.org/web/20210412163836/http://n-t.ru/">МОО «Наука и техника»</a>, 1997...2021</div></div> <div style="padding: 4px 0 6px 0; background: #f0faff; border-top: 1px solid #99D8FF;"><div class="fp2"><a href="/web/20210412163836/http://n-t.ru/md.htm">Об организации</a> • <a href="/web/20210412163836/http://n-t.ru/ad.htm">Аудитория</a> • <a href="/web/20210412163836/http://n-t.ru/ki.htm">Связаться с нами</a> • <a href="/web/20210412163836/http://n-t.ru/rr.htm">Разместить рекламу</a> • <a href="/web/20210412163836/http://n-t.ru/pi.htm">Правовая информация</a> </div></div> </div> </body></html>