磁浮在压缩机等领域的应用与发展
【买空压机网】磁悬浮技术是指利用磁力克服重力使物体悬浮的一种技术，它是利用悬浮磁力使物体处于一个无摩擦、无接触悬浮的平衡状态。
磁悬浮系统一般由转子、传感器、控制器和执行器4部分组成，其中执行器包括电磁铁和功率放大器两部分。磁悬浮因不存在机械接触，具有以下优点：第一，完全无磨损、无污染，可在真空和腐蚀性介质中长期使用；第二，完全无机械摩擦，功耗小、噪声低、效率高，不需润滑和密封，可用于高速工程，解决高速机械设计中的润滑和能耗问题。
例如磁悬浮高速电机是利用磁悬浮轴承的电磁力把高速电机的转子悬浮起来，可以达到极高转速。运转过程中无摩擦免维护，使用寿命更长，并且高效节能可靠性高。
再如磁悬浮轴承，主动控制磁悬浮轴承是利用电磁铁线圈中的电流产生不接触的可控电磁力来使转子运转于稳定悬浮状态的一种装置。常用的磁悬浮轴承系统由径向磁轴承、轴向磁轴承、传感器、转子、控制器和执行器组成，是涉及转子动力学、机械学、电工电子学、控制工程、磁性材料、测试技术、数字信号处理等多学科技术。
与接触式机械轴承相比，磁悬浮轴承具有显著的性能优势：
· 无机械接触、无摩擦、免润滑、高效率、低噪音、转速可高达十万转以上。
· 功耗仅为接触类轴承的1/20～1/5，比如4.5MW磁悬浮主氦风机功耗仅为10kW。
· 自动不平衡控制算法，可消除转子不平衡振动和噪声。
· 寿命长达几十年，减少了后期维护和服务成本，且内置检测和诊断功能，保证了系统的高性能和可靠性。
· 支撑刚度和阻尼特性可以主动控制，能实现转子平稳跨临界转速，提高设备整体性能。
· 可工作在高低温环境，高温轴承可在550℃长期连续运行。
一、磁悬浮在压缩机及相近领域的产品种类
1.磁悬浮空气压缩机
磁悬浮空气压缩机采用磁悬浮轴承、变频、高速永磁同步电机和高速叶轮等核心技术，主要作用为压缩空气。磁悬浮空气压缩机的主动式磁悬浮轴承可将空气压缩机转子保持在最佳位置，变频技术实现压缩机的低电流启动和全工况智能调节，高速电机和高速叶轮的应用使得整机效率高，体积小、重量轻。磁悬浮空气压缩机可广泛应用于纺织、冶金、化工、发酵、玻璃、制药和造纸等行业。
2.磁悬浮离心式鼓风机
磁悬浮离心式鼓风机属于采用磁悬浮轴承技术的流体机械设备。主要作用是通过排送气体，提供气体动力，随转轴一同做高速旋转的叶轮带动空气从蜗壳的进气口进入，空气在蜗壳的导向与增压作用下成为具有一定流速与压力的气体，最后从蜗壳的出气口对外排送，从而实现风机的物理功能。产品外部由机柜壳体包裹，内部由流体系统和控制系统两部分组成。
磁悬浮离心式鼓风机主要由磁悬浮轴承系统、电机系统和流体部件组成。磁悬浮轴承控制器通过位移传感器实时监测转子振动信号，将经过计算的调节信号转换为控制电流，输入磁轴承线圈产生电磁力，控制转轴保持悬浮状态；变频器采用空间矢量算法，可以产生高质量的高频输出电流，控制高速永磁同步电机产生旋转磁场，驱动转轴高速旋转；高速旋转的叶轮对气体做功，使得气流源源不断地被吸入，压缩后的气体压力升高，通过蜗壳收集后经扩压管排入用户的终端管道。磁悬浮轴承确保转子可以在无机械接触的情况下高速旋转，减少了机械损失，减少了维护，从而可以大大提高鼓风机的综合能效。磁悬浮离心式鼓风机可应用的细分领域包括污水处理、印染、化工、食品、制药、造纸等行业，节能效果显著。
3.磁悬浮冷水机组
磁悬浮冷水机组是用磁悬浮制冷压缩机替代传统的螺杆压缩机或定频离心压缩机而形成的新型冷水机组。由于采用磁悬浮技术，压缩机运转时无机械接触，无需润滑油，系统的压缩效率、换热效率都得到极大提高，且由于系统无油，减少了大量的维保费用。磁悬浮冷水机组可用于办公大楼、酒店、医院、商场、学校等对舒适性有要求的场所及工业制造、数据中心、实验室、食品、农业等对工艺和环境温度有要求的场所。
磁悬浮真空泵是一种新型的透平真空泵，主要采用磁悬浮轴承、高速大功率永磁同步电机、高频输出变频器、高强度三元流钛合金叶轮等核心技术。高速旋转的叶轮持续抽气，形成负压环境，满足工艺生产的需求。磁悬浮真空泵运转时无机械接触、摩擦，降低了机械损失，减少了维护保养的工作量，同时三元流叶轮的使用也使得气动效率大幅提升，节能效果显著，目前已经在造纸、氧化铝、变压吸附制氧等多个领域广泛使用。
二、磁浮技术在压缩机及相近领域的发展阶段
1.空气压缩机行业
空气压缩机在我国大致经历了以下几个发展阶段。
八十年代开始，我国市场上主要的压缩机产品为活塞式压缩机，下游企业对螺杆式压缩机的认识不足，需求量不大。这个阶段，阿特拉斯·科普柯、英格索兰及美国寿力等国外品牌先后进入中国市场，而国产品牌还不成熟，所以进口品牌在螺杆空气压缩机市场占据主导地位。
2000年之后，随着我国经济进入高速增长期，螺杆式压缩机下游行业的飞速发展带动国内螺杆式空气压缩机市场需求快速增长，市场上一时间出现大量的螺杆式压缩机生产企业，螺杆式压缩机生产企业进入高速发展期。随着螺杆式对活塞式的逐步替代，我国活塞式空气压缩机的市场需求逐步下降，但鉴于活塞式空气压缩机较为低廉的价格，其市场需求仍保持一定水平。
目前，经历了起步、成长两个阶段，我国空压缩机行业已进入稳定发展阶段。同时，随着用气品质和节能降耗的要求提升以及技术进步，现代空气压缩机产品正朝着小型化、轻量化、机电一体化的方向发展，各种低能耗、无油化的产品逐渐成亮点。在前期发展过程中注重技术积累的企业在竞争中的优势逐步显现，永磁变频螺杆式空气压缩机、两级压缩螺杆式空气压缩机、无油螺杆式空气压缩机、磁悬浮离心式空气压缩机等提倡节能减耗、绿色环保的机型，在市场竞争中脱颖而出。
2.鼓风机行业
我国鼓风机制造始于20世纪50年代，经历了以下几个发展阶段。
20世纪50年代，该阶段主要为单纯仿造国外产品为主；20世纪80年代，我国主要鼓风机生产厂家开始施行标准化、系列化、通用化联合设计，大幅提高了整体设计制造水平，也开发了适合当时需求的鼓风机产品；20世纪90年代，国外学者创造性地将三元流理论在离心鼓风机上实现应用，部分生产厂商据此设计制造出了单级离心鼓风机产品，也初步具备了离心鼓风机的设计和制造能力；2000年以后，鼓风机行业整体技术水平快速提升，国产鼓风机基本能够满足我国工业生产的需求，我国鼓风机行业产量整体呈现上升趋势，并开始逐步替代进口。
磁悬浮概念于19世纪中叶被提出，欧洲、美国和日本等国家在20世纪60年代开始大力开展磁悬浮轴承的研究工作。2000年以前，国内鼓风机市场主要由罗茨鼓风机和传统离心鼓风机生产厂商占据，经历了技术引进、消化吸收、自主创新和进口替代的发展历程。随着国外磁悬浮技术的成熟，国内开始引进国外的磁悬浮离心式鼓风机，但尚不具备自主研发生产能力。
自20世纪90年代中期，国外开始研究高速磁悬浮电机，相继出现了永磁同步型磁悬浮电机、开关磁阻型磁悬浮电机、感应型磁悬浮电机等各种类型，主要应用于离心压缩机。进入21世纪，随着制造工艺技术的进步、控制理论与智能信息技术的发展，磁悬浮轴承技术趋于成熟，产品的性能也得到了优化和提高。
3.真空泵行业
真空泵是用来获得真空环境的系统，主要是为用来产生、改善和维持真空环境的装置，是半导体、科学仪器、化工、制药行业、造纸、冶金重要的生产设备，也是真空系统重要的组成部分，被广泛应用于制药、化工、食品、电子、造纸、冶金、半导体、光伏等下游行业，需求量大面广，国产真空设备正在加速替代进口真空泵和传统真空泵（罗茨真空泵、液环真空泵）。随着国内高速电机技术的发展和技术突破，行业内出现了高速磁悬浮电机直驱透平真空泵。经市场验证，此类真空泵产品单机功率密度高，整机效率高，在造纸行业、冶金行业、铸造、食品包装等中低真空工艺应用，可替代传统水环泵、液环泵、多级低速离心泵、单级高速透平泵。
三、磁浮产品行业基本特点
1.空气压缩机行业
空气压缩机是现代工业必不可少的通用设备，广泛应用于机械制造、冶金、汽车、水泥、电力、电子、纺织等工业领域。随着我国工业水平的不断提升，各行业商品贸易的日趋繁荣，对空气压缩机设备的总需求也在逐渐提升。我国空气压缩机行业经过多年的发展，品牌型号多样，各种类型的空气压缩机自身优劣势各有不同。螺杆机以其性能稳定、易损件少、高能效、环境污染小、噪音少的优点，在大型工业领域有逐步替代活塞机的趋势；微型活塞机将以其体积小，价格低的优点应用于家用作业、汽车维修等领域，在北美、欧洲、日本等区域市场需求增量显著；离心式空气压缩机是无油压缩机，安全、卫生性能方面都具有优势，可以运用于食品、制药以及采矿、空气分离等对作业环境要求较高的行业。
2.鼓风机行业
鼓风机是指在设计条件下风压在30kPa-200kPa以内的风机，是工业生产中提供气体动力的重要工艺设备，在国民经济和日常生活中占有重要的地位。鼓风机主要分为容积式和速度式两类，后者又分为低速和高速两种，目前行业主要的鼓风机类型包括，罗茨鼓风机、多级离心鼓风机、齿轮增速单级高速离心鼓风机、空气悬浮离心鼓风机、磁悬浮离心鼓风机等产品。
随着节能、环保行业的快速发展，磁悬浮离心式鼓风机凭借其高效、节能等性能优势，得以在国内快速推广，得到越来越多用户的青睐。目前整个行业呈现出如下特点：一是一些科技型企业通过自主研发的形式进入磁悬浮鼓风机行业，另一方面传统的鼓风机制造企业通过核心部件外购、整机贴牌等形式进入本行业。众多竞争者的出现，使得行业竞争加剧；二是磁悬浮离心式鼓风机中涉及变频器技术、磁悬浮轴承技术、高速永磁同步电机技术、高效率流体技术以及现场工艺相关的应用技术，全面掌握各项技术的厂家数量较少；三是除了最初的污水处理环节，目前磁悬浮鼓风机已经逐步应用于物料输送、金属氧化、生物发酵、养殖等行业，且针对不同的行业要求、工艺特点逐步研制专机，更好地匹配用户现场的使用要求。
3.真空泵行业
真空泵是指利用机械、物理、化学或物理化学的方法对被抽容器进行抽气而获得真空的器件或设备。通俗来讲，真空泵是用各种方法在某一封闭空间中改善、产生和维持真空的装置，根据真空度和应用领域的不同，匹配不同的真空泵产品。目前高真空领域主要采用干式螺杆真空泵、磁悬浮分子泵、组合容积真空泵，中低真空领域主要采用罗茨泵、液环泵、多级低速离心透平真空泵、齿轮增速透平真空泵、磁悬浮高速透平真空泵。
随着工业4.0的发展，中国真空泵市场正在迅速发展，受到国内外客户青睐。2020年以来真空泵行业结构转型趋势明显，干式螺杆真空泵的出现替代了大部分油螺杆真空泵，在制药、医疗器械、半导体行业均有应用。高速透平真空泵因节能高效的产品性能，可以替代传统罗茨泵、液环泵，得到快速推广和应用。
四、主要技术门槛
1.空气压缩机行业
活塞式压缩机的技术发展水平已趋于成熟，目前国内活塞式压缩机的技术发展主要着眼于对活塞机的设计和生产进行优化，降低生产成本和设备运行成本，减少恶性故障，提高设备运行的稳定性。螺杆式压缩机的技术已基本达到国际同类产品的水平，目前技术难点主要在于螺杆转子型线设计及加工、轴承设计、润滑技术和密封性能等方面。其中螺杆转子的型线设计及加工最为重要，其性能直接决定螺杆式压缩机的整体性能和使用寿命。特别是无油螺杆机型，在保护转子的同时，需要提升容积效率，而长时间油、气的隔离是保证系统100%无油的前提。
离心压缩机目前正向着高效节能、个性化（针对工艺特点的专用压缩机）、提高综合性能（稳定性、可靠性、环保性）等方向发展，但在转子振动、系统喘振、叶轮效率上仍有许多基础理论要突破。磁悬浮空气压缩机是一种节能型离心式压缩机，其技术指标的实现需要电磁学、材料学、电子学、电机学、传动控制学、流体力学等跨学科理论及技术的综合运用，技术难度及复杂度都高于其它类型的空气压缩机。
2.鼓风机行业
总体来说，罗茨鼓风机因为结构简单，技术门槛低，早些年广泛应用于诸多需要供气的场合，但此类风机运行能耗高，导致运营成本较高。之后出现了离心叶轮技术，但在未能解决高速驱动的情况下，鼓风机厂商开始采用多级压缩的方式，来提高风机的效率，这类风机广泛地应用于中等以上规模的污水处理厂。随着高速齿轮箱技术的发展，出现了齿轮增速单级离心鼓风机，进一步提高了风机的效率，但齿轮箱造价高，结构复杂，维护成本高，导致这类风机应用并不普遍。此后出现了磁悬浮离心式鼓风机，彻底解决了高速驱动、传动、摩擦损耗、流体效率优化等若干问题，实现了离心式鼓风机效率的最大化，同时，得益于高效流体部件，高速永磁同步电机以及高频变频器，磁悬浮离心式鼓风机调节范围广。
3.真空泵行业
目前，传统真空泵（罗茨真空泵、液环泵）和多级低速离心透平真空泵的技术及生产制造水平成熟稳定，但能耗水平高。干式螺杆真空泵对材料、涂层工艺、加工装配制造水平要求高，目前进口品牌占据市场，磁悬浮分子泵、高速磁悬浮透平真空泵是集合磁悬浮轴承技术、高速永磁同步电机技术、高频矢量变频技术、高效流体机械技术等技术的耦合产品。随着高速磁悬浮透平真空泵在造纸、化工、冶金等行业得到广泛应用，陆续有企业加入磁悬浮透平真空泵的生产制造行业，但高速磁悬浮真空泵的技术门槛较高，能够独立掌握磁悬浮轴承技术、高速永磁同步电机技术，高频矢量变频技术、高效流体机械技术的企业较少。
以上为正文!
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