一、什么是空氣箔片軸承？

 

空氣箔片軸承是一種氣體軸承，其設(shè)計利用氣膜中的壓力將運動表面和靜止表面分開，從而實現(xiàn)低摩擦、高速旋轉(zhuǎn)，氣體軸承運行所需的壓力可以從外部提供，也可以通過軸承本身的旋轉(zhuǎn)在內(nèi)部產(chǎn)生，空氣箔片軸承使用后一種方法，因此，它們是一種動態(tài)氣體軸承。

 

空氣箔片軸承由美國國家航空航天局在20世紀(jì)60年代和70年代開發(fā)，專門用于渦輪機械應(yīng)用，在空氣箔片設(shè)計中，旋轉(zhuǎn)軸和固定殼體之間的空間包含兩個薄箔片，由涂有低摩擦材料（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(yīng)軸承中的移動或錯位。內(nèi)部箔片被稱為頂部箔片，是圓柱形的，可以緊密地包裹在軸或軸頸周圍，當(dāng)軸旋轉(zhuǎn)時，空氣被吸入軸和頂部箔片之間，形成一個狹窄的間隙，允許在最小摩擦的情況下旋轉(zhuǎn)。

 

二、什么是磁性軸承？

 

磁性軸承使用磁懸浮來支撐旋轉(zhuǎn)軸，大多數(shù)磁性軸承設(shè)計使用圍繞軸承殼和包含鐵磁性材料的軸布置的磁體，磁鐵吸引軸，當(dāng)作用在軸上的力平衡時，它被保持遠(yuǎn)離外殼，允許低摩擦旋轉(zhuǎn)。這種設(shè)計使用由電子控制系統(tǒng)供電的電磁鐵，該系統(tǒng)可以調(diào)整電磁鐵產(chǎn)生的力，外殼中的傳感器持續(xù)監(jiān)測軸的位置，控制系統(tǒng)改變輸送到磁體的功率，以將軸保持在最佳位置。

 

三、兩種軸承的優(yōu)缺點簡介

 

空氣箔片軸承和磁性軸承是高速應(yīng)用的可行解決方案，然而，這兩種設(shè)計有不同的優(yōu)勢和劣勢，這些差異可能對為特定應(yīng)用選擇最合適的軸承技術(shù)具有重要意義?？諝獠S承在不需要外部電源或控制系統(tǒng)的情況下運行，有助于降低它們的成本，這是該軸承的主要優(yōu)勢，尤其是在用于小型機器時。然而，當(dāng)空氣軸承啟動時，其部件相互接觸，直到軸旋轉(zhuǎn)得足夠快以形成壓力膜，通常，空氣軸承在達(dá)到5000rpm的軸速之前會有摩擦，隨著時間的推移，多次啟動和停止會導(dǎo)致箔片表面磨損，最終需要更換。為了最大限度地減少停止-啟動循環(huán)的次數(shù)，空氣軸承壓縮機有時會怠速運行，這種做法會在機器的使用壽命內(nèi)顯著增加能耗。對于需要不連續(xù)空氣供應(yīng)的應(yīng)用，空氣軸承的這種特性可能是一個顯著的限制，如果顆粒物質(zhì)進入軸承并被困在軸和箔片之間，空氣軸承也容易受到損壞，為了降低這種風(fēng)險，大多數(shù)空氣軸承都需要對進入的空氣進行嚴(yán)格的過濾。主動磁性軸承克服了許多這些限制。磁性支撐系統(tǒng)在軸靜止時工作，因此停止-啟動操作不會影響機器壽命，也不需要空轉(zhuǎn)。

 

空氣軸承的其他限制出現(xiàn)在較大的機器上，翼型設(shè)計的整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(shè)計，降低了機器的整體效率，大型空氣軸承也容易過熱，因為氣膜的壓縮會提高其溫度，因此，150kW或更大的機器通常需要單獨的液體冷卻系統(tǒng)。磁性軸承可以承受更高的力，因此可以在大型機器上使用，而無需額外冷卻，它們還具有良好的阻尼特性，有助于適應(yīng)由電涌或機器其他地方的問題產(chǎn)生的瞬態(tài)力。

 

磁性軸承系統(tǒng)最大的缺點來自其復(fù)雜性，主動磁性軸承需要復(fù)雜的控制電子設(shè)備和持續(xù)的電源，前者意味著磁性軸承的前期成本往往高于空氣軸承，而后者對機器設(shè)計有影響。使用磁性軸承系統(tǒng)的渦輪壓縮機通常包含備用電源，無論是電容器還是電池，在失去外部電源的情況下，仍可以提供足夠的能量來安全地停止機器。為了在出現(xiàn)重大問題時進一步保護機器，蘇爾壽HST渦輪壓縮機系列中使用的磁性軸承設(shè)計包括備用機械軸承，這些軸承距離軸僅十分之幾毫米，在極不可能發(fā)生磁性軸承系統(tǒng)故障的情況下，這些備用軸承會進行工作，確保機器安全停止。雖然磁性軸承所需的控制系統(tǒng)非常復(fù)雜，但近年來電子技術(shù)的發(fā)展顯著提高了其可靠性并降低了成本。