服务案例

一、有几种类型的高速轴承。粗略地说，高速轴承可按以下顺序由低到高排列：

1、标准高速滚珠轴承

2、空气轴承

3、油膜轴承

4、主动式磁力轴承

标准滚动轴承可以承受中等转速。在更高的速度 (>10,000 rpm) 下，传统的高速轴承需要经常维护，占所有机器故障的 70%。实现高转速需要特殊类型的高速轴承。通常使用的特种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（AMB）。该博客详细说明了使用这些高速轴承类型的一些技术特点和经济方面。

二、我们将了解以下高速轴承及其优缺点：

不同类型轴承对照表

图 1：不同类型轴承的优缺点

1、什么是高速球轴承？

与传统轴承技术最接近的高速轴承技术是高速球轴承。球轴承提高转速最有效的改进是具有连续的油循环，通过直接在轴承内部注入或喷洒油或油气混合物来主动润滑轴承。滚珠和轴承座圈可以应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，球的尺寸可以最小化，从而能够实现单个球的更高旋转速度。

高速球轴承最大的缺点仍然是转速受限。高速滚珠轴承容易磨损，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 OEM 总拥有成本很高。即使在计划的维护休息期间，更换轴承也需要拆卸和重新组装机器、更换轴承、更换润滑油和滤油器，以及维修油泵、软管和油箱。定期维护中断通常每 12-18 个月发生一次，它们会导致机器至少停运一天。

高速滚珠轴承

图 2：滚珠轴承示意图。参考 [1].

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垫。转子旋转速度的增加对密封轴承内部的空气加压。当压力足够高时，旋转部件和静止部件之间存在气垫，转子悬浮在气垫上而不与钢部件接触。当转速降低时，压力下降，必须有补充的空气喷嘴对空气进行加压，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适中。

当失去气垫时，旋转部件和静止部件接触，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。这些不适用于具有启停循环的应用或外部负载随操作而变化的应用的 高速轴承。

空气轴承

图 3：气体箔轴承的示意图。

3、油膜轴承

在油膜轴承中，旋转部分通过液压油或其他流体垫与静止部分隔开。流体垫比气垫硬得多，流体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，其中流体垫是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）创建的，其中轴承的固定部分具有多个可倾瓦块。

油膜轴承具有高阻尼。阻尼对于油膜轴承也很重要，因为油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，它们存在不稳定性。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破坏性的、过薄的流体垫。

另一方面，流体的粘度在高速下会导致高能量损失。所需的辅助部件和系统自然包括轴承密封和流体循环系统，包括流体泵、软管、过滤器和储液器。 油膜轴承

图 4：四瓦可倾瓦轴承示意图。

4、磁浮轴承

磁力轴承是无摩擦轴承，是高速应用的最终选择。 通常，磁力轴承是主动磁力轴承 (AMB)。AMB 应用电磁力使旋转部件悬浮而不接触静止部件。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实际位置的一些反馈，这些反馈通常使用不同种类的位置传感器收集。悬浮可以在零转速下实现，这在空气和流体薄膜轴承中是不可能的。因此，磁力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。

5、磁力轴承

图 5：径向主动磁轴承的示意图。

磁力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，与由任何其他轴承类型支撑的转子系统相比，配备磁力轴承的转子系统的动态性能非常出色。AMB 支撑转子系统的总拥有成本远低于具有任何其他轴承类型的转子系统。磁浮轴承确保最高效率，从而节省大量资金。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，例如状态监测。

磁浮轴承整体结构

图 6：主动磁力轴承的工作原理。

三、高速轴承应用

高速轴承的典型应用与输送或压缩气体有关。更高的转速能够以更低的能量实现相同的过程结果。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，更高动能容量的飞轮等等一些。磁浮轴承的极限转速能力是氢经济的关键技术之一。

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