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磁浮轴承推动能源革命

SKF主动式磁浮轴承在当今能源转型及其优化进程中发挥着重要作用。这种轴承正在塑造更清洁和更可持续未来的新技术中一展所长。

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随着全球能源结构从化石燃料过渡到零碳替代燃料,磁浮轴承在推进能源革命的新兴技术中开辟了新的应用,未来一个重要的增长领域便是氢气生产和输送。

如今,氢气主要产自化石燃料,但也可以通过电解水来获得。如果电解过程中使用的电力来自可再生能源,由此获得的“绿色”氢气便是一种零碳清洁能源。在许多应用场合中,氢气相对于其他能源载体具有潜在的优势,其能量密度相对较高,适用于为船舶、飞机和重型卡车提供动力。

此外,作为一种清洁能源,氢气燃烧能产生炼钢和其他工业和化学工艺所需的极高温度。氢气是合成液体燃料的关键原料,而低碳合成液体燃料能够取代化石燃料。

氢气需要进行液化以便输运和储存,而磁浮轴承在此方面能够大显身手,将其在碳氢化合物应用场合具有的全部优势发挥出来。高效、可靠的透平机将是多种绿色氢气生产模式中的关键设备,包括在中东或澳大利亚等沙漠地区利用大型太阳能光场制氢,以及风电制氢等。

未来增长可期

碳捕获、利用与封存(CCUS)是磁浮轴承的另一个潜在增长领域。这套技术用于在源头收集二氧化碳,并将其封存在一个合适的地点,从而防止温室气体排放到大气中。废弃的油气田便是合适的封存场所。与制氢技术一样,许多碳捕获、利用与封存技术将依赖高效的大型压缩机。

磁浮轴承的结构与电动机有些类似。

“蓝色”氢气技术是另一个正在蓬勃发展的领域。这种技术将传统的氢气生产与碳捕获、利用与封存技术相结合,创造出一种可持续地使用传统化石燃料的新方法,同时从源头上减轻其对气候变化的影响。蓝色氢气行业将需要大量高效的透平机来处理输入的气体、输出的氢气和排出的二氧化碳。

从传统化石燃料向低碳和零碳替代燃料的转型是过去一个世纪里全球能源系统最显著的变化。能源转型不仅需要能源生产商、能源消费者和整个社会做出根本性的改变,还需要大量无污染、高效的旋转设备。磁浮轴承作为一种成熟、可靠且稳健的解决方案,能够帮助设备制造商应对如今面临的一些关键技术挑战。

海底天然气压缩机是当今全球能源系统中一个非常重要但又不为人所知的设备,它能够增加现有海底气田的天然气产量。这种强大的设备安装在数百米深的海底,通过管道将天然气从海上气田抽送到陆上接收设施。压缩机组必须一年365天、一天24小时不间断地运行,几乎没有机会进行检查、维护或修理。

许多海底气田的压力正在降低,面临枯竭。在钻井平台和海底应用场合使用磁浮轴承,可以减少建造和运行过程对环境的影响。额外增加的气体产量将有助于更平稳地实现清洁能源转型。

在这种极端条件下运行的设备需要高度专业化的工程技术。轴承是海底压缩机最关键的部件之一。设备制造商需要一种能够在重载和高速下运行、具有数十年使用寿命、并且在安装后无需调整或润滑即可运行的轴承。

位于挪威的Åsgard海底压缩机组。

颇具吸引力的选择

对于世界上许多主要的海上设备生产商来说,SKF的主动式磁浮轴承技术是此类应用场合的理想解决方案。磁浮轴承的结构与电动机有些类似。轴承座上装有一个含多个铜线圈绕组的定子。在工作过程中,电流通过各个线圈形成磁场,对安装在机器轴上的转子部件施加磁拉力,使其保持悬浮,不与定子进行接触。

当轴旋转时,专有的位置感应技术跟踪其精确位置,高速信号处理系统不断调整流向定子线圈的电流,使转子在轴承内保持悬浮,与定子之间的间隙为0.15毫米至0.5毫米,具体大小取决于应用场合。

由于轴承的旋转部件和静止部件之间不存在接触,磁浮轴承不会受到机械磨损,不需要润滑系统。这些是实现免维护和延长使用寿命的关键。自2015年以来,SKF主动式磁浮轴承一直在海底应用场合持续运行,其标准设计寿命超过30年。一些20世纪80年代制造的透平机中安装的磁浮轴承至今仍在使用。

清洁、可靠的解决方案

磁浮轴承除了使用寿命长之外,还有许多其他优点。不需要润滑,避免了因润滑剂泄漏造成工艺介质和环境污染的风险。此外,磁浮轴承可以在极低或极高的温度下运行,无需使用精心设计的加热或冷却系统来保证润滑性能。

这可以节省大量的能源。以石化加工工艺中使用的6兆瓦透平膨胀机为例,为了使加热器、冷却系统和润滑油泵运行,传统轴承需要消耗50至100千瓦功率。制造商改用配备SKF主动式磁浮轴承的透平膨胀机后,能耗降至传统的动压滑动轴承的十分之一以下。

磁浮轴承中的主动控制系统还可以自动补偿设备运行中的附加动压或不平衡力。轴承控制系统收集的数据如同一个内置的状态监测系统,为操作人员提供有价值的振动信息,用来诊断问题或预测潜在故障。

如今,磁浮轴承应用于多个行业中,在需要无污染、静音和长期可靠性运行的应用场合大有用武之地。小型磁浮轴承的常见应用场合包括用于半导体制造的高性能微型分子真空泵、冷水机组应用和中子斩波器。

在能源领域大显身手

在过去10年里,能源领域已成为大型磁浮轴承最重要的市场。需求增长很大程度受石油和天然气市场的发展所拉动,尤其是海上天然气开采进入更深的水域和越来越偏远的地点。

一系列陆上能源应用场合也正在采用磁浮轴承技术。近年来,液化天然气为能源市场带来了彻底的改变,这是因为液化天然气运载船将生产商和因距离遥远无法通过管道输送天然气的客户联系了起来。磁浮轴承现被广泛用于避免天然气燃烧,并优化液化天然气运输,先进的蒸发系统配备了带高速电动机的磁浮轴承系统。这种SKF高速电机的旋转速度可达60,000 r/min,功率高达1兆瓦。磁浮轴承也应用于透平膨胀机中,以提高能源效率,以及在烃加工应用场合、氢气、空气分离等其他气体处理和石油化工应用场合,最大程度地提高生产率。