導讀：

空氣箔軸承提供了一種經濟高效的解決方案，但需要過濾良好的空氣

電磁軸承具有出色的可靠性,，可以承受更大的力

HST渦輪壓縮機使用電磁軸承已有近25年的歷史了

Edward Paro討論了如何找到用于水處理鼓風機的最佳軸承解決方案

正文：

渦輪壓縮機已經成為現(xiàn)代水處理技術的支柱,，它具有機械簡單的設計,，可靠性和良好的能源效率。它們非常適用于在相對較低的壓力下生產大量壓縮空氣的情況,，它們依賴于軸承,，該軸承可以高速旋轉且阻力最小且可長時間旋轉,。如今，市場由兩種競爭技術主導：空氣箔片軸承和主動磁軸承,。本文比較了它們的優(yōu)缺點,。

渦輪壓縮機核心的轉子由高速電動機提供動力，通常沒有中間齒輪,。在運行中,，電機軸和轉子組件的旋轉速度高達50,000rpm，并且可能在大修之間連續(xù)運行較長時間,。這些條件需要特殊類型的軸承,，現(xiàn)代渦輪壓縮機設計中通常使用兩種方法。

什么是空氣箔軸承,？

空氣箔軸承是一種氣體軸承,，其設計利用氣體膜中的壓力將移動和固定表面保持分開，從而實現(xiàn)低摩擦,，高速旋轉,。氣體軸承運行所需的壓力可以通過軸承本身的旋轉從外部提供或內部產生?？諝獠S承使用后一種方法,，因此，它們是動態(tài)氣體軸承的一種,。

空氣軸承

空氣箔軸承由美國國家航空航天局（NASA）在1960年代和1970年代開發(fā),，專門用于渦輪機械應用。在空氣箔設計中,，旋轉軸和固定殼體之間的空間包含兩個薄箔,，它們由涂有低摩擦材料（例如PTFE（聚四氟乙烯））的金屬制成。外部箔片（稱為凸塊箔片）是波紋狀的,，可以彎曲以適應軸承中的運動或未對準,。內部箔片稱為頂部箔片，是圓柱形的,，其形狀可緊密包裹在軸或軸頸上,。隨著軸旋轉，空氣在軸和頂部箔片之間被吸入,，形成一個狹窄的間隙,，允許以最小的摩擦力旋轉。

什么是電磁軸承,？

磁性軸承通過磁懸浮來支撐旋轉軸,。大多數(shù)磁性軸承設計均使用圍繞軸承箱布置的磁體和包含鐵磁材料的軸。磁鐵吸引軸,，當作用在軸上的力達到平衡時,，磁鐵被保持在遠離殼體的位置,，從而允許低摩擦旋轉。此設計使用電磁鐵,，該電磁鐵由電子控制系統(tǒng)提供動力,，可調節(jié)其產生的力。外殼中的傳感器不斷監(jiān)測軸的位置,，控制系統(tǒng)改變傳遞到磁鐵的功率,，以將軸保持在最佳位置。

電磁軸承

兩種軸承的優(yōu)勢

空氣箔軸承和磁性軸承是高速應用的可行解決方案,。它們都具有低摩擦力,，并且無需潤滑即可運行，從而使其基本上無需維護,。設計得益于多年的改進和在苛刻應用中的經驗,。但這兩種設計各有優(yōu)缺點，而這些差異可能會對給定應用選擇最合適的軸承技術產生重大影響,?？諝獠S承無需外部電源或控制系統(tǒng)即可運行,。

這有助于降低其成本,，這是設計的主要優(yōu)勢，特別是在小型機器中使用時,。但是,，當空氣軸承啟動時，其各部分彼此接觸,，直到軸旋轉得足夠快以形成加壓膜為止,。通常，直到達到5,000rpm的軸轉速,，空氣軸承才會“起飛”,。隨著時間的流逝，多次啟動和停止會導致箔片表面的磨損,，最終將需要對其進行更換,。

為了最大程度地減少啟停循環(huán)的次數(shù)，空氣軸承壓縮機有時會空轉運行,，這種做法會在機器的整個使用壽命期間顯著增加能耗,。對于要求不連續(xù)供應空氣的應用，空氣軸承的這一特性可能是一個重大限制,。如果顆粒物質進入軸承并滯留在軸和箔之間,，則空氣軸承也容易受到損壞。為了降低這種風險,，大多數(shù)空氣設計都要求對進入的空氣進行嚴格的過濾,。有源電磁軸承克服了許多這些限制,。

兩種軸承的劣勢

空氣軸承的其他局限性出現(xiàn)在大型機器上?？諝獠O計的總體承載能力相對較低,，尤其是在軸向方向上，因此大型空氣軸承渦輪壓縮機通常采用雙葉輪設計,，從而降低了機器的整體效率,。大型空氣軸承也容易過熱，因為氣膜的壓縮會升高其溫度,。

結果,，150kW或更大的機器通常需要單獨的液體冷卻系統(tǒng)。電磁軸承可以承受更大的力,，從而可以在大型機器上使用,，而無需額外的冷卻。它們還具有良好的阻尼特性,，這有助于它們適應由電涌或機器其他地方的問題所產生的瞬態(tài)力,。

電磁軸承系統(tǒng)最大的缺點在于其復雜性。有源電磁軸承需要復雜的控制電子設備和持續(xù)的動力來源,。前者意味著磁性軸承比空氣軸承具有更高的前期成本,，而后者對機器設計有影響。使用磁性軸承系統(tǒng)的渦輪壓縮機通常會集成備用電源,，無論是電容器還是電池,，在外部電源中斷的情況下，它們都可以提供足夠的能量來安全地使機器停機,。

為了在出現(xiàn)重大問題時進一步保護機器,，電磁軸承設計（例如在蘇爾壽（Sulzer）的HST渦輪壓縮機系列中使用的那些軸承）采用了備用機械軸承，該機械軸承距軸的距離只有十分之幾毫米,。

在極不可能的情況下,，電磁軸承系統(tǒng)發(fā)生故障，這些備用單元會“卡住”軸,，從而使機器安全停止,。盡管電磁軸承所需的控制系統(tǒng)十分復雜，但近年來電子技術的發(fā)展已大大提高了其可靠性并降低了成本,。用于檢測軸位置的感應傳感器是簡單,，堅固且具有高可靠性的組件。

作為工業(yè)4.0世界的另一個好處,，電磁軸承系統(tǒng)為壓縮機提供了“內置”狀態(tài)監(jiān)測功能,。控制系統(tǒng)不斷收集有關軸的精確位置的數(shù)據(jù)，從而可以檢測和分析潛在問題的振動,，未對準和其他預警信號,。蘇爾壽（Sulzer）在HST渦輪壓縮機系列中使用磁性軸承已有25年了。

第一臺HST機器于1996年安裝,，目前仍在運行,。這些單元中使用的軸承和控制系統(tǒng)是內部開發(fā)的，該公司將繼續(xù)開發(fā)自己的軸承和控制系統(tǒng),。這項經驗使人們對該技術充滿信心,，并幫助其性能和可靠性不斷提高。