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          磁懸浮軸承推動能源走進“氫”時代

          2022-07-25 09:53:29  [  來源:斯凱孚中國SKF  ]  作者:華軸網

          【華軸網】

          SKF主動式磁懸浮軸承在當今能源轉型及其優化進程中發揮著重要作用,這種軸承正在探索如何推動未來更清潔和更可持續的新技術發展。


          隨著全球能源結構從化石燃料過渡到零碳替代燃料,磁懸浮軸承在推進能源革命的新興技術中開辟了新的應用,未來一個重要的增長領域便是氫氣生產和輸送。


          如今,氫氣主要產自化石燃料,但也可以通過電解水來獲得。如果電解過程中使用的電力來自可再生能源,由此獲得的“綠色”氫氣便是一種零碳清潔能源。在許多應用場合中,氫氣相對于其他能源載體具有潛在的優勢,其能量密度相對較高,成為船舶、飛機和重型卡車合適的動力燃料。


          此外,作為一種清潔能源,氫氣燃燒能產生煉鋼和其他工業和化學工藝所需的極高溫度。氫氣是合成液體燃料的關鍵原料,而低碳合成液體燃料能夠取代化石燃料。


          氫氣需要進行液化以便運輸和儲存,而磁懸浮軸承在此方面能夠大顯身手,將其在碳氫化合物應用場合具有的全部優勢發揮出來。高效、可靠的透平機械將是多種綠色氫氣生產模式中的關鍵設備,包括在中東或澳大利亞等沙漠地區利用大型太陽能光場制氫,以及風電制氫等。


          未來增長可期


          碳捕獲、利用與封存(CCUS)是磁懸浮軸承的另一個潛在增長領域。這套技術用于在源頭收集二氧化碳,并將其封存在一個合適的地點,從而防止溫室氣體排放到大氣中。廢棄的油氣田便是合適的封存場所。與制氫技術一樣,許多碳捕獲、利用與封存技術將依賴高效的大型壓縮機。


          “藍色”氫氣技術是另一個正在蓬勃發展的領域。這種技術將傳統的氫氣生產與碳捕獲、利用與封存技術相結合,創造出一種可持續地使用傳統化石燃料的新方法,同時從源頭上減輕其對氣候變化的影響。藍色氫氣行業將需要大量高效的透平機械來處理輸入的氣體、排出的氫氣和二氧化碳。


          從傳統化石燃料向低碳和零碳替代燃料的轉型是過去一個世紀里全球能源系統最顯著的變化。能源轉型不僅需要能源生產商、能源消費者和整個社會做出根本性的改變,還需要大量無污染、高效的旋轉設備。磁懸浮軸承作為一種成熟、可靠且穩健的解決方案,能夠幫助設備制造商應對如今面臨的一些關鍵技術挑戰。


          海底天然氣壓縮機是當今全球能源系統中一個非常重要,但又不為人所知的設備,它能夠增加現有海底氣田的天然氣產量。這種強大的設備安裝在數百米深的海底,通過管道將天然氣從海底氣田抽送到陸上接收站。壓縮機必須一年365天、一天24小時不間斷地運行,幾乎沒有機會進行檢查、維護或修理。


          許多海底氣田的壓力正在降低,面臨枯竭。在鉆井平臺和海底應用場合使用磁懸浮軸承,可以減少建造和運行過程對環境的影響。額外增加的氣體產量將有助于更平穩地實現清潔能源轉型。


          在這種極端條件下運行的設備需要高度專業化的工程技術。軸承是海底壓縮機最關鍵的部件之一。設備制造商需要一種能夠在重載和高速下運行、具有數十年使用壽命、并且在安裝后無需調整或潤滑即可運行的軸承。


          位于挪威的?sgard海底壓縮機組。


          頗具吸引力的選擇


          對于世界上許多主要的海上設備生產商來說,SKF的主動式磁懸浮軸承技術是此類應用場合的理想解決方案。


          磁懸浮軸承的結構與電動機有些類似。


          磁懸浮軸承的結構與電動機有些類似。軸承座上裝有一個含多個銅線圈繞組的定子。在工作過程中,電流通過各個線圈形成磁場,對安裝在機器軸上的轉子施加磁拉力,使其保持懸浮,不與定子進行接觸。


          當軸旋轉時,專有的位置傳感器跟蹤其精確位置,高速信號處理系統不斷調整流向定子線圈的電流,使轉子軸在軸承內保持懸浮,與定子之間的間隙為0.15至0.5毫米,具體大小取決于應用場合。


          由于軸承的旋轉部件和靜止部件之間不存在接觸,磁懸浮軸承不會受到機械磨損,不需要潤滑系統。這些是實現免維護和延長使用壽命的關鍵。

          自2015年以來,SKF主動式磁懸浮軸承一直在海底應用場合持續運行,其標準設計壽命超過30年。一些20世紀80年代制造的透平機械中安裝的磁懸浮軸承至今仍在使用。


          清潔、可靠的解決方案

          磁懸浮軸承除了使用壽命長之外,還有許多其他優點。不需要潤滑,避免了因潤滑劑泄漏造成對工藝介質和環境污染的風險。此外,磁懸浮軸承可以在極低或極高的溫度下運行,無需使用復雜的加熱或冷卻系統來保證潤滑性能。


          這可以節省大量的能源。以石化工藝中使用的6兆瓦透平膨脹機為例,為了使加熱器、冷卻系統和潤滑油泵運行,傳統軸承需要消耗50至100千瓦功率。制造商改用配備SKF主動式磁懸浮軸承的透平膨脹機后,能耗降至傳統的動壓油膜滑動軸承的十分之一以下。


          磁懸浮軸承中的主動控制系統還可以自動補償設備運行中的附加動壓或不平衡力。軸承控制系統收集的數據如同一個內置的狀態監測系統,為操作人員提供有價值的振動信息,用來診斷問題或預測潛在故障。


          如今,磁懸浮軸承應用于多個行業中,在需要無污染、靜音和長期可靠性運行的應用場合大有用武之地。小型磁懸浮軸承的常見應用場合包括用于半導體制造的高性能微型分子真空泵、冷水機組應用和中子斬波器。


          在能源領域大顯身手

          在過去10年里,能源領域已成為大型磁懸浮軸承最重要的市場。需求增長很大程度受石油和天然氣市場的發展所拉動,尤其是海底天然氣開采進入更深的水域和越來越偏遠的地點。


          一系列陸上能源應用場合也正在采用磁懸浮軸承技術。


          近年來,液化天然氣為能源市場帶來了徹底的改變,這是因為液化天然氣運載船將生產商和因距離遙遠無法通過管道輸送天然氣的客戶聯系了起來。磁懸浮軸承現被廣泛用于避免天然氣燃燒,采用先進的蒸發系統優化液化天然氣運輸的設備中,這種磁懸浮軸承系統配備了高速電機。SKF高速電機的最大轉速可達60,000r/min,最大功率可達1兆瓦。


          磁懸浮軸承也應用于透平膨脹機中,以提高能源效率,以及在烴加工應用場合、氫氣、空氣分離等其他氣體處理和石油化工應用場合,最大程度地提高生產率。


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