【壓縮機(jī)網(wǎng)】磁懸浮軸承是靠磁場(chǎng)力支承載荷或懸浮轉(zhuǎn)子的一種支承形式。近年來(lái)，這種軸承發(fā)展很快，特別在高速、低摩阻、高（低）溫及真空環(huán)境下的應(yīng)用。磁懸浮軸承與其它支承形式相比有其獨(dú)特的優(yōu)越性，非常有發(fā)展前景。

 

　　磁懸浮軸承如何工作？

 

　　電磁鐵布置成徑向軸承和軸向軸承的形式，并提供磁拉力以抬起旋轉(zhuǎn)機(jī)器的轉(zhuǎn)軸。電磁鐵中的電流由一個(gè)精確的數(shù)字式控制柜調(diào)節(jié)，提供磁力隨時(shí)應(yīng)對(duì)外部負(fù)載的變化以保持轉(zhuǎn)軸良好居中。這樣，轉(zhuǎn)軸被無(wú)接觸抬起，而且軸承的剛度和阻尼均可由一個(gè)數(shù)字式控制柜來(lái)調(diào)節(jié)。這些特點(diǎn)增強(qiáng)了高速旋轉(zhuǎn)機(jī)器的性能，使設(shè)備具有高可靠性、低能耗的顯著特點(diǎn)。

 

 

　　磁懸浮軸承的類型

 

　　磁懸浮軸承根據(jù)其控制方式、磁能來(lái)源、結(jié)構(gòu)形式等分類。此外，還可以按磁場(chǎng)類型劃分為永久磁鐵型、電磁鐵型和永久磁鐵—電磁鐵混合型。也可按軸承懸浮力類型劃分為吸力型和斥力型。超導(dǎo)磁力軸承還分為低溫超導(dǎo)和高溫超導(dǎo)兩種。

 

　　以上各種分類中不同類型之間還存在一些特殊限制，應(yīng)特別注意：

 

　　①永磁型軸承只能是無(wú)源型(被動(dòng)型)，而無(wú)源型軸承不可能在3個(gè)方向上都穩(wěn)定，至少有1個(gè)方向應(yīng)采用有源型。

 

　　②直流激勵(lì)型軸承只能是有源型(主動(dòng)型)。

 

　　③純電磁鐵型軸承只能是5自由度控制型軸承，其體積、質(zhì)量和功耗都比較大。

 

　　④斥力型磁力軸承，由于磁力利用率低，結(jié)構(gòu)較吸力型復(fù)雜，一般很少采用。

 

　　磁懸浮軸承的特點(diǎn)

 

　　1.摩擦小，功耗低，可實(shí)現(xiàn)超高速運(yùn)轉(zhuǎn)；

 

　　2.支承精度高，工作穩(wěn)定，可靠；

 

　　3.可在高溫、深冷及真空環(huán)境下運(yùn)轉(zhuǎn)；

 

　　4.結(jié)構(gòu)復(fù)雜，要求條件苛刻，對(duì)環(huán)境有磁干擾，但無(wú)其他污染；

 

　　5.完全消除磨損，理論壽命是無(wú)限的；

 

　　6.轉(zhuǎn)速只受軸承材料限制；

 

　　7.精度高可達(dá)微米級(jí)；

 

　　8.功耗為普通軸承的10%；

 

　　9.阻尼、剛度可控，便于智能控制；

 

　　10.轉(zhuǎn)子的運(yùn)轉(zhuǎn)特性可以監(jiān)控和控制；

 

　　11.無(wú)潤(rùn)滑、密封裝置，沒(méi)有環(huán)境污染。

 

　　磁懸浮軸承研究歷程

 

　　磁懸浮軸承的概念在100多年前就已被提出，由于磁懸浮軸承具有無(wú)接觸、無(wú)磨損、高速度、高精準(zhǔn)、不需要潤(rùn)滑和密封等一系列優(yōu)良品質(zhì)，所以國(guó)際上對(duì)磁懸浮軸承的研究工作十分活躍。

 

　　目前在國(guó)外研究比較活躍的科研院校有瑞士聯(lián)邦理工學(xué)院、美國(guó)維吉尼亞大學(xué)、美國(guó)的NASA、馬里蘭大學(xué)、日本東京大學(xué)和千葉大學(xué)等。在企業(yè)方面，西方國(guó)家已有幾十家公司在生產(chǎn)與磁懸浮軸承相關(guān)的產(chǎn)品，并且已經(jīng)有公司進(jìn)軍中國(guó)市場(chǎng)。在制造磁懸浮軸承產(chǎn)品方面，國(guó)外主要有瑞士的Mecos、法國(guó)的S2M公司（已被瑞典的SKF公司收購(gòu)）和IBAG公司以及CALNETIX公司、加拿大的RE-VOLVE公司、芬蘭ABS公司、德國(guó)的LEVITEC公司、日本的精工、俄羅斯的OKBM公司等。

 

　　目前，已有超過(guò)幾十萬(wàn)臺(tái)電磁懸浮軸承成功應(yīng)用在了水泵、風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)等300多個(gè)領(lǐng)域，并且仍在不斷探索中。2011年，TA-T0IL公司與SKF簽署世界s*臺(tái)海底天然氣磁懸浮壓縮機(jī)的合同，旨在使位于北海的Asgard氣田海底壓縮站在2014年投入運(yùn)行。市場(chǎng)上超過(guò)12000個(gè)的渦輪分子真空泵（主要用于半導(dǎo)體工業(yè)）現(xiàn)在使用的是SKF提供的磁懸浮軸承系統(tǒng)組件。而日本著名的日立公司早在1991年就與S2M合作，并于1992年生產(chǎn)制造了第一臺(tái)磁懸浮離心壓縮機(jī)。

 

　　西安交通大學(xué)磁懸浮技術(shù)科研人員認(rèn)為，基于國(guó)內(nèi)這些年的理論準(zhǔn)備和研究積累，磁懸浮軸承的技術(shù)發(fā)展不存在實(shí)質(zhì)性的困難。同時(shí)，我國(guó)掌握了有關(guān)磁懸浮軸承的許多關(guān)鍵技術(shù)，很多都是國(guó)際上的s*創(chuàng)，并且被國(guó)際上其它相關(guān)單位采用。清華大學(xué)作為我國(guó)z*早從事磁懸浮軸承研究的單位之一，其磁浮軸承研究巳基本脫離了實(shí)驗(yàn)室階段，2004年，趙鴻賓教授所在的機(jī)電與控制實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)了數(shù)控高速磁軸承轉(zhuǎn)速近50000r/min，并且自行研制的磁懸浮軸承已經(jīng)被應(yīng)用在10兆瓦高溫氣冷堆氨氣透平發(fā)電項(xiàng)目上。該透平壓縮機(jī)的功率可以達(dá)到2500kW，其工作轉(zhuǎn)速為15000r/min。2010年底通過(guò)了科技部組織的國(guó)家863項(xiàng)目驗(yàn)收。2008年，清華大學(xué)與浙江飛旋科技有限公司合作研發(fā)的基于交叉反饋控制的FS450型分子泵磁懸浮軸承是我國(guó)第一個(gè)成功應(yīng)用于磁懸浮軸承技術(shù)的產(chǎn)品。這一技術(shù)的突破結(jié)束了國(guó)外的長(zhǎng)期壟斷，是繼法國(guó)、德國(guó)、美國(guó)、加拿大等少數(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家之后，成功擁有此項(xiàng)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的磁懸浮軸承制造技術(shù)國(guó)家。

 

　　國(guó)內(nèi)磁懸浮軸承技術(shù)雖然在壓縮機(jī)、風(fēng)機(jī)和泵類設(shè)備中實(shí)際應(yīng)用中取得了重大突破，但是與國(guó)際比起來(lái)仍非常有限，市場(chǎng)產(chǎn)業(yè)化技術(shù)上z*大的欠缺是工藝和可靠性問(wèn)題。

 

　　磁懸浮軸承在壓縮機(jī)行業(yè)的應(yīng)用

 

　　在傳統(tǒng)的壓縮機(jī)中，機(jī)械軸承是必需的部件，并且需要有潤(rùn)滑油以及潤(rùn)滑油循環(huán)系統(tǒng)來(lái)保證機(jī)械軸承的工作。在所有燒毀的壓縮機(jī)中，實(shí)際上有90%是由于潤(rùn)滑的失效而引起的。而機(jī)械軸承不僅產(chǎn)生磨擦損失，潤(rùn)滑油隨制冷循環(huán)而進(jìn)入到熱交換器中，在傳熱表面形成的油膜成為熱阻，影響換熱器的效率，并且過(guò)多的潤(rùn)滑油存在于系統(tǒng)中對(duì)制冷效率會(huì)帶來(lái)很大的影響。因此，機(jī)械軸承在壓縮機(jī)中是十分重要的東西。

 

　　磁懸浮軸承是一種利用磁場(chǎng)，使轉(zhuǎn)子懸浮起來(lái)，從而在旋轉(zhuǎn)時(shí)不會(huì)產(chǎn)生機(jī)械接觸，不會(huì)產(chǎn)生機(jī)械磨擦，不再需要機(jī)械軸承以及機(jī)械軸承所必需的潤(rùn)滑系統(tǒng)。因此，磁懸浮軸承可用于高速透平機(jī)器，諸如離心壓縮機(jī)和風(fēng)機(jī)、氣體透平膨脹機(jī)和真空渦輪分子泵。其它的應(yīng)用包括半導(dǎo)體工業(yè)的機(jī)器人、燃?xì)馔钙綑C(jī)、飛輪儲(chǔ)能等。磁懸浮軸承和高速永磁同步電機(jī)結(jié)合，可以用于空氣和制冷離心壓縮機(jī)。其主要優(yōu)點(diǎn)是降低能耗。此外，取消了潤(rùn)滑油系統(tǒng)，避免了搬運(yùn)和回收處理制冷劑-飽和潤(rùn)滑油的混合液。無(wú)接觸的磁懸浮軸承和高速電機(jī)可以明顯降低噪聲。相同的高能效方案還可以用于離心風(fēng)機(jī)和離心空氣壓縮機(jī)上。

 

　　目前，以國(guó)內(nèi)的磁懸浮軸承技術(shù)研發(fā)現(xiàn)狀，主要用于制冷離心壓縮機(jī)，在空氣、天然氣離心壓縮機(jī)應(yīng)用方面尚未有顯著成果。此項(xiàng)技術(shù)若能有大的突破，將會(huì)極大助力離心式壓縮機(jī)小型化的發(fā)展和進(jìn)步。