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(jì)利用氣膜中的壓力將運(yùn)動(dòng)表面和靜止表面分開(kāi)，從而實(shí)現(xiàn)低摩擦、高速旋轉(zhuǎn)，氣體軸承運(yùn)行所需的壓力可以從外部提供，也可以通過(guò)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(dòng)態(tài)氣體軸承。

 

空氣箔片軸承由美國(guó)國(guó)家航空航天局在20世紀(jì)60年代和70年代開(kāi)發(fā)，專門(mén)用于渦輪機(jī)械應(yīng)用，在空氣箔片設(shè)計(jì)中，旋轉(zhuǎn)軸和固定殼體之間的空間包含兩個(gè)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(dòng)或錯(cuò)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(shí)，空氣被吸入軸和頂部箔片之間，形成一個(gè)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(lái)支撐旋轉(zhuǎn)軸，大多數(shù)磁性軸承設(shè)計(jì)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(shí)，它被保持遠(yuǎn)離外殼，允許低摩擦旋轉(zhuǎn)。這種設(shè)計(jì)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(cè)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(diǎn)簡(jiǎn)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(jì)有不同的優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)，這些差異可能對(duì)為特定應(yīng)用選擇最合適的軸承技術(shù)具有重要意義。空氣箔片軸承在不需要外部電源或控制系統(tǒng)的情況下運(yùn)行，有助于降低它們的成本，這是該軸承的主要優(yōu)勢(shì)，尤其是在用于小型機(jī)器時(shí)。然而，當(dāng)空氣軸承啟動(dòng)時(shí)，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(huì)有摩擦，隨著時(shí)間的推移，多次啟動(dòng)和停止會(huì)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(dòng)循環(huán)的次數(shù)，空氣軸承壓縮機(jī)有時(shí)會(huì)怠速運(yùn)行，這種做法會(huì)在機(jī)器的使用壽命內(nèi)顯著增加能耗。對(duì)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(gè)顯著的限制，如果顆粒物質(zhì)進(jìn)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(xiǎn)，大多數(shù)空氣軸承都需要對(duì)進(jìn)入的空氣進(jìn)行嚴(yán)格的過(guò)濾。主動(dòng)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(shí)工作，因此停止-啟動(dòng)操作不會(huì)影響機(jī)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(jī)器上，翼型設(shè)計(jì)的整體承載能力相對(duì)較低，尤其是在軸向方向上，因此大型空氣軸承渦輪壓縮機(jī)通常采用雙葉輪設(shè)計(jì)，降低了機(jī)器的整體效率，大型空氣軸承也容易過(guò)熱，因?yàn)闅饽さ膲嚎s會(huì)提高其溫度，因此，150kW或更大的機(jī)器通常需要單獨(dú)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(jī)器上使用，而無(wú)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(jī)器其他地方的問(wèn)題產(chǎn)生的瞬態(tài)力。

 

磁性軸承系統(tǒng)最大的缺點(diǎn)來(lái)自其復(fù)雜性，主動(dòng)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(duì)機(jī)器設(shè)計(jì)有影響。使用磁性軸承系統(tǒng)的渦輪壓縮機(jī)通常包含備用電源，無(wú)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(lái)安全地停止機(jī)器。為了在出現(xiàn)重大問(wèn)題時(shí)進(jìn)一步保護(hù)機(jī)器，蘇爾壽HST渦輪壓縮機(jī)系列中使用的磁性軸承設(shè)計(jì)包括備用機(jī)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(huì)進(jìn)行工作，確保機(jī)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(lái)電子技術(shù)的發(fā)展顯著提高了其可靠性并降低了成本。