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，從而實現低摩擦、高速旋轉，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在內部產生，空氣箔片軸承使用后一種方法，因此，它們是一種動態氣體軸承。

 

空氣箔片軸承由美國國家航空航天局在20世紀60年代和70年代開發，專門用于渦輪機械應用，在空氣箔片設計中，旋轉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，可以彎曲以適應軸承中的移動或錯位。內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，當軸旋轉時，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。

 

二、什么是磁性軸承？

 

磁性軸承使用磁懸浮來支撐旋轉軸，大多數磁性軸承設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，當作用在軸上的力平衡時，它被保持遠離外殼，允許低摩擦旋轉。這種設計使用由電子控制系統供電的電磁鐵，該系統可以調整電磁鐵產生的力，外殼中的傳感器持續監測軸的位置，控制系統改變輸送到磁體的功率，以將軸保持在最佳位置。

 

三、兩種軸承的優缺點簡介

 

空氣箔片軸承和磁性軸承是高速應用的可行解決方案，然而，這兩種設計有不同的優勢和劣勢，這些差異可能對為特定應用選擇最合適的軸承技術具有重要意義。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勢，尤其是在用于小型機器時。然而，當空氣軸承啟動時，其部件相互接觸，直到軸旋轉得足夠快以形成壓力膜，通常，空氣軸承在達到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-啟動循環的次數，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顯著增加能耗。對于需要不連續空氣供應的應用，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，為了降低這種風險，大多數空氣軸承都需要對進入的空氣進行嚴格的過濾。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。

 

空氣軸承的其他限制出現在較大的機器上，翼型設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。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，有助于適應由電涌或機器其他地方的問題產生的瞬態力。

 

磁性軸承系統最大的缺點來自其復雜性，主動磁性軸承需要復雜的控制電子設備和持續的電源，前者意味著磁性軸承的前期成本往往高于空氣軸承，而后者對機器設計有影響。使用磁性軸承系統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，在極不可能發生磁性軸承系統故障的情況下，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非常復雜，但近年來電子技術的發展顯著提高了其可靠性并降低了成本。