工程能力

用于真空泵和压缩机的轴承解决方案

SKF推出了一款改进并扩展了Explorer系列的单列角接触球轴承。该系列产品应用于包括工业螺杆真空泵在内的螺杆压缩机和泵应用。该轴承有助于提高设备功率密度,并且使设备能够工作在更高速度和更低摩擦中来提升设备性能和效率。此外,该系列轴承可全球供货,具有成本竞争优势和和服务优势。

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基于双螺杆技术的典型压缩机或真空泵。

压缩空气通常被称为“第四种动力源”。对于多数制造工厂来说,压缩机系统的可靠性和高效性能至关重要。很多工业设施中双螺杆压缩机是常见的压缩机类型。除了压缩空气,现代生产工艺中还需要不同程度的真空环境,而且需求数量也在不断增加。真空泵和很多空气压缩机类似,在许多行业都很常用,包括食品饮料和包装行业、光学、电子和半导体行业,以及化工、制药和玻璃行业。在这些行业中,真空泵被用于化学气相沉积和物理气相沉积等工业涂敷工艺中。此外,真空泵还用于重力波探测器等大规模的科学实验中。

与双螺杆压缩机一样,螺杆真空泵利用两个啮合并旋转相反的螺杆转子,将气体截留在螺杆之间,并将其输送至排气端;而在进气端,气体被输送,压力降至既定的真空水平。支撑螺杆转子的轴承是螺杆真空泵的关键部件:它们不仅要承受气体压力产生的负载,还要保证转子的精确径向和轴向定位,这是衡量螺杆设备效率的一项关键指标。

未来,压缩机和泵有望实现更高的运行速度、紧凑的设计、更精确的轴向定位以及采用性能更可靠的反向支撑轴承。反向支撑轴承承受反向载荷,通过控制轴承配置的轴向游隙,从而控制轴和轴承座之间的间隙,这些轴承会受到高转速和低负载的双重影响。对于螺杆真空泵来说,速度、效率(通过紧密密封来实现)和产热少这三个特性都至关重要。

配备25°角接触球轴承的螺杆压缩机

设计改进

为满足上述新的需求,SKF对轴承设计进行了多项改进,并开发了全新的产品系列,以确保SKF Explorer单列角接触轴承能够满足当前和未来的性能需求。首项创新成果是一款新型保持架,其几何形状得到了显著改进,并采用了新型黄铜材料,能够减少摩擦,提高运行速度。

此外,SKF标准角接触球轴承系列再添新成员——25°接触角轴承。25°和40°接触角轴承均采用经改进的新型保持架。与40°接触角的轴承相比,25°接触角使轴承能够在更高的速度下运行,同时作为轻载下的反向支撑轴承也有更出色的性能。此外,25°接触角轴承比40°接触角轴承具有更高的径向载荷能力,在主要承受径向载荷的应用场合能够突显其优势,有助于减小设备尺寸。作为一款标准设计产品,25°接触角轴承还可确保全球供应,且交货时间短。

25°接触角轴承系列的另一个关键优势是可与其他25°和40°接触角轴承实现通用配组,这意味着它们可以组成双重或三重轴承布局,而无需进行任何测量操作。

25°接触角轴承是标准角接触球轴承系列中的新成员。
25°接触角和40°接触角轴承的计算结果对比
带机加工黄铜保持架的单列角接触球轴承的极限转速对比
带机加工黄铜保持架的脂润滑单列角接触球轴承的轴承温度对比

设计实例

一家客户在验证其新一代螺杆真空泵的设计方案时,向SKF寻求技术支持。SKF使用3D仿真程序SimPro对设计方案中的轴承系统进行了全面的分析。分析结果显示,采用40°角接触球轴承存在一些性能风险,例如设计使用寿命较短、接触角变化较大和摩擦损耗较高等。另外,在极高的转速下,需要考虑作用于滚珠的离心力,在这种情况下,较小的接触角能够提供更好的运动学特性。

与尺寸相近的螺杆压缩机相比,该客户的真空泵转速更高,而承受的推力负荷稍小。分析结果表明,理想的设计方案是采用接触角为25°且小游隙的新型SKF Explorer轴承的双重轴承配置。下图中的计算结果清楚表明了不同轴承在设计使用寿命和减少功率损耗方面的性能差异。

使用SKF仿真工具SimPro对螺杆真空泵系统中的非线性轴承动力学进行了全面的分析。

新设计的优势

性能升级的SKF Explorer单列角接触球轴承系列能够为客户带来一系列好处:标准产品可以现货供应,具有更高的成本效益。在性能方面,25°角接触球轴承系列也有诸多优势:能够以更高的转速运行;在轻载条件下作为反向支撑轴承具有更出色的性能;更高的径向载荷能力有助于减小设备尺寸;经改进的新型机加工黄铜保持架有助于确保设备静音运行且降低摩擦损耗。新系列包含了三种游隙和三种预紧等级选项,可提供极大的设计灵活性。此外,40°和25°接触角轴承实现通用配组,因此物流、库存管理和设备组装都非常简单明了。SKF的全球业务覆盖和及时交货能力令上述优势愈加突显。