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磁科技:压缩机下一个创新热点

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作为一种用途广泛的产品,中国正采取政、企、研联合的方式,开发磁性材料的更多应用场景。也为压缩机行业的研发与创新提供了新的思路。 

不需要中间介质,旋转阻力近乎为零的悬浮轴承;仅靠磁性的吸引力和排斥力组合,就能达到减震效果的弹簧系统;无需刹车片的“硬摩擦”,隔空就能制动的刹车系统…… 

在日前落幕的中国首届磁科技产业发展高峰论坛上,一些公司展出正在研发的磁科技产品令人啧啧称奇。作为一种用途广泛的产品,中国正采取政、企、研联合的方式,开发磁性材料的更多应用场景。也为压缩机行业的研发与创新提供了新的思路。 

中国稀土储量世界第一,最近10余年,稀土永磁材料产业年均增速达到30%。相比之下,中国对磁材料的应用研究却较为落后,下游产业未能同步壮大,制约了稀土资源发挥更大价值。 

在此次磁科技产业发展高峰论坛上,与会代表重点对磁性材料在制造业中的应用短板展开探讨,希望为“中国制造”带来改变。 

国家新材料产业发展专家咨询委员会主任、中国工程院院士干勇表示,每一种新材料的大规模应用,都将给制造业带来革命性改变。“磁性材料通过‘永磁场’实现能量的无接触转换或传递,具有无连接、安全、高效等特点,有望成为中国下一个创新热点。”干勇说。 

目前,磁技术在航空航天、冶金、化工、机械等领域已获得小范围应用,未来在发电机、新能源汽车、机器人、数控机床、清洁能源等新兴制造领域仍有着广泛的应用前景。 

干勇介绍,目前新型的机器人,仅面部表情一项功能,就需要用24个超小型、高能量密度的稀土永磁伺服电机完成,高端汽车中的稀土新材料部件高达100件以上。 

磁性设备的大规模使用,将在节能减排、绿色生产等方面为中国工业做出贡献。以传动领域为例,目前中国风机、水泵、压缩机等通用设备耗电约占工业用电量的40%以上。据干勇测算,如果改用磁力传动,电机与各种负载之间不需要传动轴连接,隔空就能驱动旋转,设备的系统运行效率平均可提高20%-40%,每年可节省相当于3个三峡电站的发电量。 

节能是这个时代发展的主题,处于这个时代不论是选购何种产品,都会将节能作为一个参照值。 

永磁压缩机(主要是以永磁变频电机驱动的压缩机)就将空压机带入了新的节能时代,同时也成为压缩机市场的热点。近年来,永磁变频压缩机市场火热,已经多年翻番增长。未来几年,永磁变频压缩机的热度不会消减,反而会随着能源与环保形势的加剧而提高。因此,接下来,在行业已开始回归技术、关注创新的情况下,永磁变频将仍然是发展的重中之重。 

磁性设备与技术在压缩机上的应用除了采用永磁电机驱动之外,还可以直接利用磁浮轴承的特性制造磁浮压缩机。 

在传统的压缩机中,机械轴承是必需的部件,并且需要有润滑油以及润滑油循环系统来保证机械轴承的工作。在所有烧毁的压缩机中,实际上有90%是由于润滑的失效而引起的。而机械轴承不仅会产生磨擦损失,润滑油随压缩空气进入到冷却器中,还会影响压缩空气品质效率,并且过多的润滑油存在于系统中对运行成本也会带来很大的影响。但是,机械轴承在压缩机中又是不得不有的东西。 

磁悬浮轴承是一种利用磁场,使转子悬浮起来,从而在旋转时不会产生机械接触,不会产生机械磨擦,不再需要机械轴承以及机械轴承所必需的润滑系统。 

磁悬浮轴承和高速永磁同步电机结合,除了应用于天然气压缩机和涡轮膨胀机,还可以用于空气和制冷离心压缩机。其主要优点是降低能耗。此外,取消了润滑油系统,避免了搬运和回收处理制冷剂-饱和润滑油的混合液。无接触的磁悬浮轴承和高速电机可以明显降低噪声。相同的高能效方案还可以用于离心风机和离心空气压缩机上。 

磁浮轴承的集大成者——SKF的子公司S2M公司的主要业务就是磁悬浮轴承,用于大型天然气离心压缩机或膨胀机,替代传统的液压动力油润滑轴承。 

目前,国内也已有应用实例。2017年三月份,斯凯孚同法国透平膨胀机制造商Cryostar公司签订协议,为其提供SKF S2M磁浮轴承。根据该协议,SKF S2M磁浮轴承将被用于Cryostar提供给陕西延长石油延安能源化工有限公司,安装在位于陕西的乙烯和丙烯工厂的MCT200无油润滑透平膨胀机上,直接联接驱动系统压缩机的叶轮。相比容易受润滑油污染的一般工艺设备,无油润滑技术提高了设备的安全性,并在低温工艺方面具有明显的优势。 

鉴于以上多重优势,磁浮压缩机是未来行业需要重点关注和发展的一个方向。 

同时,磁科技在民用品领域也有广阔应用空间。在网购平台上,类似磁悬浮地球仪、磁力片积木等产品并不少见。 

政府也已意识到磁科技的价值。2017年1月,国家工信部、发改委、科技部、财政部联合下发《新材料产业发展指南》,其中明确指出,加快实现稀土磁性材料及应用器件产业化,大力发展稀土永磁节能电机及配套稀土永磁材料,推进其在节能环保重点项目中的应用。 

目前,磁传动设备已在中国的大型工业企业获得使用。 

如何让磁科技更好地融入和改变“中国制造”?中国稀土行业协会秘书长杨文浩倡导跨界创新,鼓励制造业人才与磁材料的技术人员交流探讨、交叉合作,让磁科技解决制造业的更多难题。 

创新探索正在展开。此次论坛上,工信部赛迪研究院与辽宁鞍山市政府达成战略合作协议,双方将组织磁科技领域的国内领先机构,联合成立鞍山磁应用技术研究院,致力于磁科技应用、转化层面的开发。 

鞍山市还准备设立磁科技产业发展基金,建设磁谷科技小镇,积极助推磁产业“春天”的到来,为老工业基地的制造业升级提供示范。