來這里，與機電老賀聊機電，學(xué)技術(shù)

本期我們一起來了解學(xué)習(xí)下有關(guān)磁懸浮空調(diào)的知識。

磁懸浮空調(diào)原理? ?

磁懸浮技術(shù)——磁軸承和定位傳感器，利用由永久磁鐵和電磁鐵組成的徑向軸承和軸向軸承組成數(shù)控磁軸承系統(tǒng)，實現(xiàn)壓縮機的運動部件，懸浮在磁襯上無摩擦的運動，磁軸承上的定位傳感器，為電機轉(zhuǎn)子提供超高速的實時重新定位，以確保精確定位。
磁懸浮空調(diào)是以磁懸浮離心壓縮機，為核心技術(shù)的高效節(jié)能中央空調(diào)。
利用由永久磁鐵和電磁鐵組成的徑向軸承和軸向軸承組成數(shù)控磁軸承系統(tǒng)，實現(xiàn)壓縮機的運動部件，懸浮在磁襯上無摩擦的運動，磁軸承上的定位傳感器，為電機轉(zhuǎn)子提供超高速的實時重新定位，以確保精確定位整個空調(diào)系統(tǒng)無需潤滑油。

磁懸浮技術(shù)由來已久，磁懸浮列車已經(jīng)運行多年，這種技術(shù)消除了摩擦，提高了機械效率，減少了機械故障。隨著該技術(shù)的發(fā)展與成熟，空調(diào)行業(yè)也迎來了磁懸浮潮。
磁懸浮系統(tǒng)，它是由轉(zhuǎn)子、傳感器、控制器和執(zhí)行器4部分組成，其中執(zhí)行器包括電磁鐵和功率放大器兩部分。磁懸浮軸承是一種利用磁場，使轉(zhuǎn)子懸浮起來，從而在旋轉(zhuǎn)時不會產(chǎn)生機械接觸，不會產(chǎn)生機械磨擦，不再需要機械軸承以及機械軸承所必需的潤滑系統(tǒng)。在制冷壓縮機中使用磁懸浮軸承，所有因為潤滑油而帶來的煩惱就不再存在了。磁懸浮制冷壓縮機正是應(yīng)用了磁懸浮軸承技術(shù)。

磁懸浮起源和歷史? ?

1842年，英國物理學(xué)家Earnshaw就提出了磁懸浮的概念，1900年初，美國，法國等專家曾提出物體擺脫自身重力阻力并高效運營的若干猜想--也就是磁懸浮的早期模型。
1966年，美國科學(xué)家詹姆斯·鮑威爾和戈登·丹比提出了第一個實用性質(zhì)的磁懸浮運輸系統(tǒng)。上世紀(jì)70、80年代，磁懸浮列車在德國蒂森亨舍爾進行測試，德國開始命名這套磁懸浮系統(tǒng)為“磁懸浮”。磁懸浮利用懸浮磁力，使物體處于一個無摩擦、無接觸懸浮的平衡狀態(tài)。此一特性引起世界各國科學(xué)界的特別關(guān)注。

在2003年之后，隨著磁懸浮離心式壓縮機的面世 ，意味著制冷和空調(diào)設(shè)備行業(yè)開始進入磁懸浮新時代。
其通過高溫高壓冷媒從空調(diào)壓機排出，進入冷凝器，向銅管冷卻水釋放熱量，冷凝為中溫高壓冷媒液體，然后經(jīng)過截流閥降壓為低溫低壓液體進入蒸發(fā)器，在蒸發(fā)器殼體內(nèi)從流經(jīng)銅管的冷凍水中吸收熱量，氣化為低溫低壓氣體后吸入壓縮機，在壓縮機內(nèi)經(jīng)過二次壓縮為高溫高壓氣體排出，通過這種循環(huán)，最終達到降溫的目的。
在2003年后的十年，磁懸浮中央空調(diào)的市場的容量比較小，但置身其中的企業(yè)逐漸明確了發(fā)展方向，在他們的推動下，磁懸浮中央空調(diào)產(chǎn)品在中國市場逐步邁開步伐。
隨著國家“十三五”節(jié)能減排政策的推進力度不斷加大，市場對磁懸浮空調(diào)的需求井噴，吸引了世界各大磁懸浮生產(chǎn)企業(yè)加大對中國市場的投入，磁懸浮空調(diào)行業(yè)由此形成了群雄爭霸的局面。

磁懸浮冷機特點? ?

1、節(jié)能高效

磁懸浮冷機無油系統(tǒng)，制冷劑中不會混入潤滑油，提高了冷凝器和蒸發(fā)器的換熱效率；磁懸浮軸承與傳統(tǒng)的軸承相比，磁懸浮軸承的摩擦損失僅為前者的2%左右，從而提高了機械效率；磁懸浮冷機采用數(shù)字變頻控制技術(shù)提高了冷機部分負(fù)荷效率。
比傳統(tǒng)冷水機組運行費用減少50%。以北京地區(qū)數(shù)據(jù)中心為例，數(shù)據(jù)中心空調(diào)冷凍水采用12℃供水，18℃回水，板式換熱器逼近度為2℃，冷塔與濕球溫度的逼近度為4℃。根據(jù)《中國建筑熱環(huán)境分析專用氣象數(shù)據(jù)集》，數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)全年共有1785小時（全年共8760小時）在部分自然冷卻狀態(tài)運行。如下圖所示，磁懸浮冷機在數(shù)據(jù)中心部分自然冷卻的時候具有更大的節(jié)能空間。

2、啟動電流低

普通大型冷機，啟動電流能達到200A-600A的電流，對電網(wǎng)沖擊很大。磁懸浮冷機采用變頻軟啟動，啟動電流很小，在數(shù)據(jù)中心斷電后恢復(fù)供電時多臺冷機可以同時啟動。

3、結(jié)構(gòu)緊湊

磁懸浮冷機轉(zhuǎn)速能達到48000rpm，普通離心式冷機轉(zhuǎn)速一般在3000rpm，從而磁懸浮冷機較普通冷機，冷機尺寸更小，重量更輕。

4、運行安靜

磁懸浮冷機沒有機械摩擦，機組產(chǎn)生的噪聲和振動極低，壓縮機噪聲低于77dB，普通離心式壓縮機裸機噪聲在100 dB以上。

5、系統(tǒng)可持續(xù)性高

在傳統(tǒng)的制冷壓縮機中，機械軸承是必須的部件，并且要有潤滑油系統(tǒng)來保證機械軸承工作，據(jù)統(tǒng)計在所有燒毀的壓縮機中，90%是潤滑失效引起的。磁懸浮冷機無需油潤滑系統(tǒng)，沒有機械摩擦，較傳統(tǒng)冷機可持續(xù)性更高。使用壽命優(yōu)勢磁懸浮軸承無磨損，空調(diào)使用壽命長達三十年。

6、日常維護費用低磁懸浮機組運動部件少，沒有復(fù)雜的油路系統(tǒng)、油冷卻系統(tǒng)，減少了冷機維護內(nèi)容。數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)全年不間斷運行，設(shè)備維護是中心運維人員的日常工作內(nèi)容。采用磁懸浮冷機，能有效較少冷機維護內(nèi)容，減少運維人員工作量，有效降低日常維護費用。前有制冷量范圍在100~1500冷噸之間磁懸浮冷機可供選擇。

7、環(huán)保冷媒

環(huán)保磁懸浮空調(diào)可選用環(huán)保R134a冷媒，對臭氧層零傷害。新的可替代的冷媒還在研發(fā)之中。

8、設(shè)備初期投資高。

由于磁懸浮冷機集成磁懸浮軸承和數(shù)字變頻控制系統(tǒng)，從而設(shè)備初投資較普通冷機有較大提高。

冬季不用空調(diào)制熱時，仍需為機組通電防凍；附件多，如補水閥、排氣閥等，個別機型還需裝膨脹水箱，增加泄漏點。室外機體型較大，重量大。

磁懸浮壓縮機? ?

磁懸浮壓縮機主要組成部分由鋁合金精密鑄造的壓縮機機體、兩級壓縮的離心葉輪、永磁體材料制成的一體化電動機轉(zhuǎn)子和驅(qū)動軸、永磁同步電動機、電磁軸承、可調(diào)節(jié)的進口導(dǎo)流葉片、AC／DC電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、電磁軸承控制系統(tǒng)和軟啟動控制系統(tǒng)等。

磁懸浮變頻離心機通過高溫高壓氟里昂從空調(diào)壓機排出，進入冷凝器，向銅管冷卻水釋放熱量，冷凝為中溫高壓氟里昂液體，然后經(jīng)過節(jié)流閥降壓為低溫低壓液體進入蒸發(fā)器，在蒸發(fā)器殼體內(nèi)從流經(jīng)銅管的冷凍水中吸收熱量，氣化為低溫低壓氣體后吸入壓縮機，在壓縮機內(nèi)經(jīng)過二次壓縮為高溫高壓氣體排出，通過這種循環(huán)，最終達到降溫的目的。

磁懸浮壓縮機特點：

1、運行效率高：　　尤其在部分負(fù)荷工況下壓縮機比其它品牌同種型號的節(jié)能48%。這種特別的性能通過基于網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)控和診斷系統(tǒng)，可實現(xiàn)對其現(xiàn)場或遠(yuǎn)程監(jiān)控。
2、無需潤滑油,維護費用比含油壓縮機低50%：　　無油化是在工業(yè)中經(jīng)過幾十年奮斗才得以實現(xiàn)。無油化設(shè)計不僅排除了由于油污染而減少效率的可能性，同時也消除了油管理配件：油熱器，油泵，油分離器，油濾器等。
3、超輕的機身設(shè)計：　　一個120冷噸的壓縮機僅重295磅，相當(dāng)于一些傳統(tǒng)機器重量的1/5。
4、超靜的運營過程：　　運行時的聲音小于70分貝，壓縮機是那樣的靜以至于如果在典型設(shè)備背景躁音下，你根本聽不出它在運行。
5、重新定義的軟啟動：　　壓縮機重新定義了軟啟動，只需2安培的啟動電流，而傳統(tǒng)的壓縮機需要500~600安。?

傳統(tǒng)制冷壓縮機和磁懸浮制冷壓縮機比較

1、原理方面　　傳統(tǒng)的制冷壓縮機，機械軸承是必須的部件，并且要有潤滑油循環(huán)系統(tǒng)來保證機械軸承工作?！　〈艖腋≈评鋲嚎s機，是一種利用磁場，使轉(zhuǎn)子懸浮于空中，在旋轉(zhuǎn)時不會產(chǎn)生機械接觸和機械摩擦，因此磁懸浮軸承不再需要機械軸承以及機械軸承所必須的潤滑系統(tǒng)。
2、冷卻系統(tǒng)的冗余功能方面;　　冷卻系統(tǒng)的冗余功能是非常重要的，但往往由于空間范圍及成本的限制，傳統(tǒng)制冷壓縮機無法在一臺機器內(nèi)安裝多臺壓縮機實現(xiàn)冷卻系統(tǒng)冗余功能。　　磁懸浮制冷壓縮機積使得多個磁懸浮壓縮機可安裝在一個共同的機組內(nèi)，實現(xiàn)冗余功能。如果單臺壓縮機出現(xiàn)故障，其他壓縮機仍然可以正常運行制冷。
3、運行效率方面：　　傳統(tǒng)制冷壓縮機制冷量至少需要500—600Ａ的啟動電流。磁懸浮制冷壓縮機比傳統(tǒng)式壓縮機運行效率高30％。自控系統(tǒng)中的自適應(yīng)控制邏輯允許一臺450噸的冷水機組提供冷量最低達到0.33千瓦／噸，冷卻時間長達40—50ｈ。這種超強的自適應(yīng)控制邏輯可滿足全天的制冷需求，不需要專門設(shè)置。

磁懸浮軸承、電機、鼓風(fēng)機? ?

磁懸浮軸承自90年代以來，磁懸浮技術(shù)開始應(yīng)用在軸承上，帶來的無接觸、無摩擦、壽命長、不用潤滑以及高精度等特殊的優(yōu)點，國內(nèi)外學(xué)者和企業(yè)界人士都對其傾注了極大的興趣和研究熱情。

與傳統(tǒng)的滾動軸承、滑動軸承以及油膜軸承相比，磁懸浮軸承不存在機械接觸，轉(zhuǎn)子可以運行到很高的轉(zhuǎn)速，具有磨損小、能耗低、噪音小、壽命長、無須潤滑、無油污染等優(yōu)點。特別適用于高速、真空、超凈等環(huán)境中。磁懸浮事實上只是一種軸承的輔助功能，并不是一種軸承形式，具體應(yīng)用還需要配合其它的軸承形式，例如磁懸浮+滾珠軸承、磁懸浮+含油軸承、磁懸浮+汽化軸承等等。

高速磁懸浮電機其是近年熱門的一個新研究方向，集磁懸浮軸承和電動機于一體，具有自懸浮和驅(qū)動能力，不需要任何獨立的軸承支撐，具有體積小、臨界轉(zhuǎn)速高等特點，更適合于超高速運行的場合，也適合小型乃至超小型結(jié)構(gòu)。國外自上世紀(jì)90年代中期開始進行研究，相繼出現(xiàn)了永磁同步型磁懸浮電機、開關(guān)磁阻型磁懸浮電機、感應(yīng)型磁懸浮電機等各種類型。
磁懸浮高速電機介紹視頻

，時長01:47

磁懸浮高速電機主要應(yīng)用于離心式壓縮機，這是因為離心式壓縮機轉(zhuǎn)速需要很高，傳統(tǒng)離心機為達到高轉(zhuǎn)速，不僅需要龐大的高精度齒輪傳動裝置，而且還需要復(fù)雜的油潤滑系統(tǒng)、油密封系統(tǒng)等等。采用磁懸浮高速電機完美的避開了這些不利因素，通過永磁與電磁相結(jié)合的磁懸浮技術(shù)，能夠使離心機轉(zhuǎn)軸處于一個較為完美的六面凌空狀態(tài)。
磁懸浮制冷離心壓縮機是首先發(fā)展起來的，2003年，全球首臺磁懸浮壓縮機誕生，2006年，國內(nèi)第一臺磁懸浮離心壓縮機中央空調(diào)面世。目前國內(nèi)的磁懸浮離心壓縮機應(yīng)用技術(shù)還不太成熟，磁懸浮制冷離心壓縮機核心部件大多來自于國外企業(yè)，如丹佛斯等。磁懸浮離心機-徑向軸承

磁懸浮離心機-軸向軸承

磁懸浮離心機-定位傳感器磁懸浮離心機-電機與傳動軸

無油磁懸浮離心壓縮機和無油磁懸浮鼓風(fēng)機是磁懸浮在空氣壓縮機層面的主要應(yīng)用方向。常用壓力的無油離心壓縮機，目前國內(nèi)企業(yè)涉及的很少，主要還是技術(shù)上尚有差距。這方面走在前面的還是國外品牌，如康普艾2010年推出的磁懸浮變頻離心機Quantima，流量壓力范圍覆蓋3~8bar，28~70m3/min。

目前國內(nèi)市場的空壓機企業(yè)，包括阿特拉斯，都推出了磁懸浮單級離心鼓風(fēng)機，針對的是替代大量羅茨風(fēng)機的市場。磁懸浮離心鼓風(fēng)機介紹視頻

，時長01:06

單級離心鼓風(fēng)機的葉輪及其它機組設(shè)計國內(nèi)已經(jīng)非常成熟，相對困難，也是技術(shù)核心的是磁懸浮軸承。國內(nèi)空壓機企業(yè)推出的磁懸浮離心鼓風(fēng)機大多只是貼牌或組裝，技術(shù)來源也大多來自韓國世亞。有意思的是，磁懸浮軸承的國產(chǎn)化并不是來自于空壓機行業(yè)內(nèi)部，而是行業(yè)外，國內(nèi)磁懸浮軸承自主技術(shù)比較知名的有：天津億昇、浙江飛旋、南京磁谷等。技術(shù)來源有清華大學(xué)和西南交大。

但說實話，風(fēng)機在傳統(tǒng)上和泵是在一個細(xì)分行業(yè)，與空壓機的銷售渠道和模式大相徑庭。磁懸浮離心鼓風(fēng)機說到底還是風(fēng)機的范疇，空壓機企業(yè)去開拓這方面的市場，面臨的不僅僅只是新產(chǎn)品的解釋問題，更要面臨陌生的渠道、陌生的用戶市場、陌生的模式以及風(fēng)機和泵行業(yè)的白刃化競爭等嚴(yán)峻問題。

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