为什么磁性轴承适用于高速应用？

一、高速轴承

有几种类型的高速轴承。粗略地说，高速轴承可以按以下顺序从最低到最高列出：

标准高速球轴承

空气轴承

油膜轴承

主动磁轴承

标准滚动元件轴承可以承受适中的转速。在更高的速度（>10,000 rpm）下，传统的高速轴承需要经常维护，导致高达 70% 的机器故障。实现高转速需要特殊类型的高速轴承。通常使用的特殊高速轴承包括高速球轴承、空气轴承、油膜轴承和主动磁轴承）。

二、高速球轴承与传统轴承

1、高速球轴承

与传统轴承技术最接近的高速轴承技术是高速球轴承。球轴承提高转速的最有效改进是具有连续的油循环，通过直接在轴承内部注入或喷射油或油气混合物来主动润滑轴承。滚珠和轴承座圈可以使用更先进的材料或涂层来减轻摩擦。球可以是陶瓷的，以提高耐用性并减轻球的重量。此外，由于直径减小，可以使球的尺寸最小化，从而实现单个球的更高转速。

高速球轴承最大的缺点仍然是转速有限。高速球轴承容易磨损，必须经常更换。由于昂贵的生命周期运营费用，传统高速轴承的原始设备制造商的总拥有成本很高。即使在计划的维护中断期间，更换轴承也需要拆卸和重新组装机器、更换轴承、更换润滑油和机油滤清器，以及维修油泵、软管和油箱。定期维护中断通常每 12-18 个月进行一次，它们会导致机器至少停止服务一天。

2、空气轴承

空气轴承在轴承的旋转部件和静止部件之间产生气体介质的气动垫。转子转速的增加对密封轴承内部的空气加压。当压力足够高时，转动部件和静止部件之间有一个气垫，转子悬浮在气垫上而不与钢件接触。当转速降低时，压力下降，必须有补充空气喷嘴对空气加压以产生气垫。即使是外部空气喷嘴也不足以在没有高速旋转的情况下产生悬浮压力，并且当从标称运行速度下降时，失去气垫的阈值速度中等偏高。

当气垫丢失时，转动部件和静止部件相互接触，导致接触面快速磨损。空气轴承适用于具有连续高速运行的轻型转子的小型应用。对于具有启停循环的应用或外部负载随运行而变化的应用，这些轴承不适合。

3、油膜轴承

在液膜轴承中，旋转部分与静止部分通过液压油或其他流体垫隔开。流体垫比气垫硬得多，流体薄膜轴承甚至可以支撑非常大的机器，例如多兆瓦多级蒸汽轮机。轴承类型可以是轴颈轴承，其中流体缓冲使用不均匀的圆形几何形状、凸角或更先进的技术（例如可倾瓦块），其中轴承的静止部分具有多个可倾瓦块。

油膜轴承具有高阻尼。阻尼对于液膜轴承也很重要，因为有液膜轴承支撑的转子系统的共振频率多次处于临界转速。由于流体动力学现象，它们受到不稳定的影响。此外，必须小心保持流体的温度和流量，因为升高的流体温度会影响粘度，并可能导致具有破坏性的、太薄的流体垫。

另一方面，流体的粘度会导致高速时的高能量损失。所需的辅助部件和系统自然包括轴承的密封和流体循环系统，包括流体泵、软管、过滤器和储液器。

4、磁轴承

磁力轴承是高速应用的终极选择，因为它们是无摩擦轴承。 通常，磁轴承是主动磁轴承 。应用电磁力使旋转部分悬浮而不与静止部分接触。电源将电流馈送到产生磁动势的铜线圈。主动控制需要来自旋转部件的实际位置的一些反馈，这些反馈通常使用不同类型的位置传感器收集。悬浮可以在零转速下实现，这在空气和油膜轴承中是不可能的。因此，磁轴承能够在从零到转子材料强度的物理极限的速度范围内工作。

磁轴承需要一个备用系统，以确保在停电的情况下平稳着陆。首先，可以使用不间断电源或电池等备用电源系统。此外，可以从电机的直流链路获取电力。如果事件更严重，则有辅助滚珠轴承可以在短时间内承受短而高的负载和过高的转速。通常，与任何其他轴承类型支持的转子系统相比，配备磁轴承的转子系统的动态性能非常出色。支撑转子系统的总拥有成本远低于任何其他轴承类型的转子系统。磁轴承确保最高效率，节省大量资金。无需维护，系统可以完全无油，系统中没有一滴油。当然，可以收集和分析从内置传感器获得的位置数据，用于其他目的以及状态监测。

三、高速轴承应用

高速轴承的典型应用与传输或压缩气体有关。更高的转速能够以更低的能量实现相同的工艺结果。典型的应用是，例如，空气涡轮压缩机作为螺杆或涡旋压缩机的替代品，涡轮鼓风机作为齿轮低速电动机的替代品，有机朗肯循环装置或其他废热回收应用的涡轮压缩机，用于更高动能容量的飞轮等一些。磁力轴承极限转速能力是氢经济的关键技术之一。