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渦輪壓縮機已成為現代水處理技術(shù)的支柱，它具有機械簡(jiǎn)單的設計，朝陽(yáng)旭日重工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(chǎn)大量壓縮空氣的情況，它們依賴(lài)于軸承，該軸承可以高速旋轉且阻力最小且可長(cháng)時(shí)間旋轉。如今，市場(chǎng)以?xún)煞N競爭技術(shù)為主導：翼型軸承和有源電磁軸承。
渦輪壓縮機中心的轉子由高速電動(dòng)機提供動(dòng)力，通常沒(méi)有中間齒輪。在運行中，電機軸和轉子組件的旋轉速度高達50，000 rpm，并且在大修之間可能會(huì )連續運行較長(cháng)時(shí)間。這些條件需要特殊類(lèi)型的軸承，現代渦輪壓縮機設計中通常使用兩種方法。
翼型軸承
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(dòng)和固定表面保持分開(kāi)，從而實(shí)現低摩擦，高速旋轉。氣體軸承運行所需的壓力可以通過(guò)軸承本身的旋轉從外部提供或內部產(chǎn)生?？諝獠S承使用后一種方法，因此，它們是動(dòng)態(tài)氣體軸承的一種。
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(kāi)發(fā)，專(zhuān)門(mén)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(gè)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(chēng)為凸塊箔片）是波紋狀的，可以彎曲以適應軸承中的運動(dòng)或未對準。內部箔片稱(chēng)為頂部箔片，是圓柱形的，其形狀可緊密包裹在軸或軸頸上。當軸旋轉時(shí)，空氣在軸和頂部金屬箔之間被吸入，形成一個(gè)狹窄的間隙，允許以最小的摩擦旋轉。
電磁軸承
磁性軸承通過(guò)磁懸浮來(lái)支撐旋轉軸。大多數磁性軸承設計均使用圍繞軸承箱布置的磁鐵和包含鐵磁材料的軸。磁鐵吸引軸，并且當平衡作用在軸上的力時(shí)，磁鐵會(huì )遠離殼體，從而允許低摩擦旋轉。
此設計使用由電子控制系統提供動(dòng)力的電磁體，該電磁體可以調節其產(chǎn)生的力。外殼中的傳感器不斷監測軸的位置，控制系統改變傳遞給磁鐵的功率，以將軸保持在最佳位置。
簡(jiǎn)單性與靈活性
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(wú)需潤滑即可運行，從而使其基本上無(wú)需維護。設計得益于多年的改進(jìn)和在苛刻應用中的經(jīng)驗。
兩種設計各有優(yōu)缺點(diǎn)，但是這些差異可能會(huì )對給定應用選擇最合適的軸承技術(shù)產(chǎn)生重大影響。
空氣箔軸承無(wú)需外部電源或控制系統即可運行。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(shí)。但是，當空氣軸承啟動(dòng)時(shí)，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5，000 rpm的軸轉速，空氣軸承才會(huì )“起飛”。隨著(zhù)時(shí)間的流逝，多次啟動(dòng)和停止會(huì )導致鋁箔表面的磨損，最終將需要對其進(jìn)行更換。
為了最大程度地減少啟停循環(huán)次數，空氣軸承壓縮機有時(shí)會(huì )空轉運行，這種做法會(huì )大大增加機器使用壽命內的能耗。對于要求不連續供應空氣的應用，空氣軸承的這一特性可能是一個(gè)重大限制。
如果顆粒物質(zhì)進(jìn)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(fēng)險，大多數空氣設計都要求對進(jìn)入的空氣進(jìn)行嚴格的過(guò)濾。有源電磁軸承克服了許多這些限制。磁支撐系統在軸靜止時(shí)起作用，因此停止啟動(dòng)操作對機器壽命沒(méi)有影響，并且不需要空轉。
大小限制
空氣軸承的其他局限性出現在大型機器上?？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(guò)熱，因為氣膜的壓縮會(huì )升高其溫度。結果，150 kW或更大的機器通常需要單獨的液體冷卻系統。
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(wú)需額外的冷卻。它們還具有良好的阻尼特性，有助于它們適應由電涌或機器其他地方的問(wèn)題所產(chǎn)生的瞬態(tài)力。
控制創(chuàng )新
電磁軸承系統最大的缺點(diǎn)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的動(dòng)力源。前者意味著(zhù)磁性軸承比空氣軸承具有更高的前期成本，而后者對機器設計具有影響。
使用磁性軸承系統的渦輪壓縮機通常會(huì )集成備用電源，無(wú)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(lái)安全地使機器停機。為了在出現重大問(wèn)題時(shí)進(jìn)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，電磁軸承系統發(fā)生故障，這些備用單元會(huì )“卡住”軸，從而使機器安全地停止。
盡管電磁軸承所需的控制系統十分復雜，但近年來(lái)電子技術(shù)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式傳感器是簡(jiǎn)單，堅固且具有高可靠性的組件。
互聯(lián)的未來(lái)
作為工業(yè)4.0世界的另一個(gè)好處，電磁軸承系統為壓縮機提供了“內置”狀態(tài)監測功能?？刂葡到y不斷收集有關(guān)軸的精確位置的數據，從而可以檢測和分析潛在問(wèn)題的振動(dòng)，不對中以及其他預警跡象。
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是內部開(kāi)發(fā)的，直到今天，該公司仍在繼續開(kāi)發(fā)自己的軸承和控制系統的設計。這項經(jīng)驗使人們對該技術(shù)充滿(mǎn)信心，并幫助其性能和可靠性不斷提高。
