配置磁悬浮轴承永磁电动机的鼓风机实现更高效的污水净化——在如今这个资源紧缺的时代，得到清洁的水的成本越来越高，为了高效地净化污水，SKF公司研发出采用永磁电动机和磁悬浮轴承的驱动解决方案，更有利于环境保护和节约资源。

到2030年时，由于对水的需求量超过了供应量的40%，全球几乎一半的人口将会遇到用水紧缺的问题，因此，开发一种更高效的污水净化处理系统就变得非常紧迫和重要。在现今被广泛应用的污水的生物净化技术中，用鼓风机为曝气池通风送气，为好氧菌提供氧气、让它们生长繁殖，吃掉污水中的有机污物。

传统的离心式鼓风机通常使用的是感应式电动机和机械变速器以及用润滑油润滑的轴承——即便这样，在一般情况下也因磨损带来有着很高的功率损失，维护保养费用高昂，它所消耗的电力能源通常是整个污水净化设备所消耗电力能源的50%，甚至更高。在鼓风机使用寿命期间内的总费用中，电力费用高达80%，也就是说，购置鼓风机时的投资远远低于其总拥有成本。

随着能源价格的上涨和驱动技术领域中的技术进步，我们已经来到了直接驱动的高效、变速离心压缩机（鼓风机）的时代。SKF公司为污水净化处理企业开发了一种可持续发展的解决方案：污水曝气池适用的直接驱动式离心鼓风机，满足了飞速增长的水处理技术领域对高效设备的需求。

高效 高可靠性

SKF公司研发生产的新型高速永磁电动机（PM电机）配用的是主动磁悬浮轴承（AMB轴承），包括最新一代的MBC磁悬浮轴承控制器，这一系统解决方案提供了两大最佳：PM永磁电动机的高效率和AMB磁悬浮轴承的高可靠性。这一电机的额定输出功率在75~350kW之间，最高转速高达35000r/min。

永磁电动机是带有定子绕组和永磁转子的三相同步电动机，转子的运动如同指南针：按照定子绕组产生的磁场旋转。转子的旋转速度与定子绕组旋转磁场的转速相同，也就是说，电动机动力输出轴的转速与电流频率同步。稀土永久磁铁直接安装在电动机的轴上，用碳纤维轴套定位，电动机的转速由变速驱动器控制。

与普通的工业电动机相比，PM永磁电机具有许多优点。电动机结构紧凑，重量轻，有很好的扭矩—转速特性，实用寿命长，功率密度高，工作效率高（可达98%），可在10000~35000r/min转速范围内工作。这种叶轮直接安装在电动机轴上的直接驱动方案使得变速器和其他常规结构中所需的机械附件都成为多余，因此除了提高了工作可靠性外还极大地减少了维护保养费用。

主动式磁悬浮轴承采用现代化机电一体化非接触式支撑方式，由轴类零件（轴承、传感器）和电子控制元器件（控制器）组成，受控的电磁力作用到转子轴向和径向，支撑着转子运转。

为鼓风机应用而研发的解决方案中，两套轴承—转子支撑单元是完全相同的，不仅能对轴施加轴向力而且也可以施加径向力。每个单元均由磁悬浮轴承、位置传感器、温度传感器和非接触备用轴承组成。位置传感器对轴的径向和轴向位移进行准确到微米级的检测。磁悬浮轴承的绝缘等级为H（允许的最高工作温度为180℃）。

非接触备用轴承是一个支撑轴在静止状态时的安全保障装置。在一些紧急情况下，例如生产过程中的载荷超过了AMB磁悬浮轴承的承载能力时，这种球轴承才承担起支撑旋转轴的任务，避免转子与定子之间出现任何形式的碰撞和接触。在这种应用过程中，转子和定子之间的径向间隙及磁悬浮的空气间隙大约500μm。基于这样的结构设计，零部件之间不会有相互接触，也不会有磨损，因此也就无需润滑了。

更低的电力消耗

磁悬浮轴承控制器MBC主要由这一系统的大脑——数字信号处理器DSP和在电流作用下为磁悬浮轴承提供磁场的功率放大器组成。DSP数字信号处理器按照很高的频率（例如15kHz）校正着轴承的位置，根据其特殊的算法语言修正错误，调节功率放大器保持在理想的轴向和径向位置。

AMB主动式磁悬浮轴承系统中存在着对转子动态工况有影响的刚性支撑力和柔性缓冲力。轴承的刚性和柔性缓冲由复杂的算法语言优化控制，使主动式磁悬浮轴承能够在不同的工作条件下保持很好的机械稳定性。这样的主动式控制与传统的轴承有着根本性区别，并在例如安全保护、震动、平衡等方面提供了大量的好处。磁悬浮轴承系统的功率消耗非常小，75~350kW电机磁悬浮控制系统所消耗的功率一般不到200W。

高使用灵活性

为保证主动式磁悬浮轴承的正常工作，系统配有应急电源。当断电时，电动机转换到发电机的工况下运行，自己为磁悬浮轴承供电，直到轴的转速降下来定位到球轴承为止，从而避免出现设备故障。

出厂时的电动机已经装配完毕，到现场后用户只需在电机轴上装好鼓风机叶轮和鼓风机机壳即可。根据电动机的功率和所需的冷却温度，电机壳可采用水冷或风冷。冷却装置（风扇、热交换器、冷却水泵）等由用户自备，MBC磁悬浮轴承控制器和转速调节器以及其他的电气元器件一同安装在鼓风机单元中，利用Modbus现场总线通讯技术协议进行通讯。另外，可利用外部的计算机和MBScope软件，以太网连接对工作参数进行监控，查找故障原因。转速调节器可以是不同生产厂家生产的电气产品。最后，电动机和电气元器件都安装在用户的鼓风机单元中，形成一个集成式的整体装备，直接安装到污水净化处理设备处。

出厂配置有几种不同的选择，可以只选配一些元器件，也可以选购一个完整单元，用户有着很高的使用灵活性。

案例分享

SKF公司提供综合性的工程技术解决方案以应对全球性的挑战，满足当地的需求，新型75~350kW功率的电动机是面向全球离心式鼓风机用户的产品。

在法国某十万人口级的城市，某工矿企业用了4台80kW的旋转活塞式鼓风机为城市污水净化处理设备曝气，但这些鼓风机给污水处理厂带来了许多麻烦（经常出现故障，能源消耗很高，噪音大，工艺技术方面尚待改善等等）。当用2台120kW的SKF超高速PM永磁电动机驱动系统的离心式鼓风机取代这4台鼓风机后，问题得到了改善，结果令人满意。利用SKF系统调节转速的鼓风机轻松实现了曝气流量的调节，从而有效改善了污水净化过程。而且产生的噪音也从原来的110dB降低到了70dB，维护保养工作量也明显下降。

更加引人注目的是，系统更低的能源消耗，在一年的使用期间内，减少了375t的CO2排放，生产成本降低了54000欧元。仅节约能源费用一项，这种磁悬浮轴承的投资约在不到两年内收回。

一些著名的鼓风机生产厂家已经开始选用SKF磁悬浮轴承电动机的配置方案了。例如，美国Spencer Turbine公司研发生产的Ayrjet 100系列的鼓风机，配用的就是SKF公司生产的75kW电动机。这种高效的单级涡轮鼓风机已于2013年10月在北美洲最大的水处理设备及技术展览会WEFTEC中与观众见面了。

Spencer Turbine公司总经理兼首席执行官Mike Walther先生说：“我们产品的高性能、高可靠性和持久耐用等特性，是与技术供应链中密切友好的合作分不开的，经过过反复的技术考量，我们可保障最终的产品满足水处理领域用户特殊的使用要求。”

另一个例子就是中国江苏的鼓风机生产厂江苏金通灵流体机械科技股份有限公司，该公司签署了利用SKF公司PM主动式磁悬浮轴承电机生产多种大型鼓风机的合同。这些鼓风机多为大型曝气池设计，以便为人口数量剧增的中心城市提供足够的清洁水源。中国对污水净化技术的需求非常大，仅2014年建设的污水净化项目就多达几百个。“十二五”中仅城市污水处理设备的投资就高达3800亿元人民币。

结语

作为一家全球技术领先的企业，SKF公司从1976年起就成为磁悬浮系统中的领军企业，在石油、天然气、能源、半导体和机床制造等领域中有大量应用，磁悬浮轴承在污水净化领域中也有着很大的应用潜力。PM永磁电动机和磁悬浮轴承均建立在性能可靠的空调设备冷却技术基础之上，配用了磁悬浮轴承的高速电动机具有很多的优点，例如很低的维护保养工作量、很低的能源消耗、噪音低、无需润滑和能够降低总拥有成本等。