能源和資源利用率的緊迫性,受到全球幾乎前所未有的關注,特別是在工業生產和電力供應方面。儘管技術不斷進步,但由於壓縮機、汽輪機、鼓風機和泵等旋轉機械的機械摩擦和液體動壓損失,使得世界上仍有大量能源白白浪費掉。對於泵、壓縮機和鼓風機等工業設備,每年運行 4,000 到 8,000 小時相當普遍。這意味著驅動這些機器的電能,往往是迄今為止壽命週期成本 (LCC)和廢氣排放的最大來源。在許多情況下,提高能源效率的有力手段是使用直接驅動的變速驅動器(Variable Speed Drive,VSD),以及精心選擇和設計葉輪、軸承和密封系統。
幾千年來,人類一直使用圓柱、滾子、球等滾動體來減少運輸和旋轉機械中的摩擦和熱損失,並為轉動軸提供準確和可靠的定位。因此,滾動軸承有時也被稱為抗磨軸承(Anti-friction bearings)或精密軸承。然而,由於不同的技術和歷史原因,許多“摩擦軸承”仍在世界範圍使用,典型的“摩擦軸承”被稱為軸瓦、滑動軸承、軸頸軸承、油膜軸承或可傾瓦軸承,更具體地說是指液體動壓軸承或液體靜壓軸承。
過去,有限的材料品質和設計製造能力,以及美國石油協會 (API) 的石化行業標準等行業特定規範,限制了設備製造商在某些領域(例如大型或高速壓縮機和泵)更廣泛地使用滾動軸承。然而,現代滾動軸承配合先進的潤滑方法已能夠取代許多仍然在用的滑動軸承系統,有望節省大量驅動能量以及設備、潤滑和維護的成本。譬如大型商業或工業冷水機組或熱泵通常採用離心式或往復式壓縮機,壓縮製冷劑以實現從低溫源到高溫散熱器的熱傳遞。許多製冷壓縮機仍在利用齒輪驅動,通常採用油和製冷劑混合潤滑的液體動壓軸承。新的環保型製冷劑(例如,具有減少全球變暖和臭氧消耗潛力的氫氟烯烴製冷劑)的採用以及熱泵或一站式冷水機組所需的更高溫度水準通常會產生不良影響:製冷劑增加了對油的稀釋,有時稀釋率會高達50%以上。在某些情況下,如果油的粘度對於液體動壓軸承而言過低,就需要將壓縮機的軸承配置更改為滾動軸承,這種更換還會帶來摩擦損失更低和葉輪定位精度更高的額外優勢。資料顯示,滾動軸承產生較低的軸承摩擦損失,並且由於更高的運行精度還能降低容積密封間隙損失。對效率的有利影響還歸因於以下事實:滾動軸承比液體動壓軸承需要更少的潤滑油(通常少於10%),因此混入製冷劑的油也相應減少,從而降低了熱交換器中的油污染。因此,通過使用油潤滑的滾動軸承代替滑動軸承(液體動壓軸承),可以將冷水機組效率提高3%到4%。實現效率提升的另一個重要方法是採用磁浮軸承解決方案來設計無油潤滑冷水機組。由於磁浮軸承能夠在極高轉速下運行,且滾動摩擦為零,因此已成為這類應用的首選解決方案。它能延長設備使用壽命,並確保設備以極高的效率運行。磁浮軸承不需要昂貴的冷卻和潤滑系統。同時,用來使軸在軸承內懸浮的先進控制技術還可以自動補償整個設備在運行中產生的不平衡。
應對氣候變化無庸置疑的緊迫性促使人們更加關注永續發展。因此,與供應商、製造商和客戶等整個價值鏈中的所有相關方討論並提高我們產品對環境影響的認識至關重要。今後軸承供應商應當本著保持競爭力的前提下,通過開發二氧化碳排放量較低的產品與服務來協助設備廠商開發生產製造減少對地球與環境降低衝擊的產品與服務。此外,超越傳統的“取用、製造、丟棄”的方法,在更多的業務領域創造可持續的解決方案。除了讓越來越多的產品變得更輕、更高效、更耐用之外,企業應該著眼於產品和原材料的整個生命週期,進一步推動發展。例如軸承的再製造、潤滑油的循環再利用以及使用再生鋼的可能性,不僅可以減少碳排放,還可以減少資源的消耗與浪費。
最後,感謝所有作者的踴躍投稿,分享他們寶貴的知識及經驗,期盼讀者先進不吝指教交流,促使國內軸承應用知識、維護保養技術不斷提昇精進。