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斯凯孚百年运转永续
支援高能效轴承减碳

【作者: 陳念舜】2017年12月29日 星期五

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根据全球碳计画(Global Carbon Project,GCP)组织在2017年COP 23期间,连续第12年发表了「2017年全球碳预算报告(Global Carbon Budget 2017)」中,格外讽刺的是过去3年来(2014~16)全球排碳量不减反增,到了2017年还恐增2%,达到368亿吨的新高纪录。


其中,中国大陆固然可说是拉高全球排碳曲线的首要推手,大量增加煤炭、石油和天然气消耗量达3~3.5%,GCP推断这可能主要与工业生产繁荣成长有关;加上欧、美地区2017年减碳幅度明显低於以往平均水准,皆使全球未来减碳前景难以乐观,而化石燃料仍是牵动全球排碳量趋势的决定性元素。



图1 : 根据「2017年全球碳预算报告」显示,2014~2016年来全球排碳量不减反增,到了2017年还恐增2%,达到368亿吨的新高纪录。 (source:phys.org)
图1 : 根据「2017年全球碳预算报告」显示,2014~2016年来全球排碳量不减反增,到了2017年还恐增2%,达到368亿吨的新高纪录。 (source:phys.org)

GCP提醒,尽管近年来各地掀起「告别煤炭」的环保运动,可是当多数团体将诉求目标集中在煤炭上的同时,全球使用石油和天然气的比例仍在提升,几??抵销掉过去几年减煤运动好不容易省下的温室气体。至於被寄予厚??的再生能源,尽管这几年平均每年增幅达14%,但要将全球升温幅度控制在《巴黎协定》设定的2℃之内,未来恐怕得出现更剧烈的成长幅度才有办法达标。


另依每年推出「各国气候变迁绩效指数指标(The Climate Change Performance Index,CCPI)」的国际非政府组织「德国观察(German watch)」也指出,若要使全球皆达到脱碳趋势,实现全球清洁能源的愿景,必须叁考两大因素:1.从化石燃料转向再生能源;2.提高能源效率。


提高能源效率 跟进国际脱碳潮流

於2017年底举办的「瑞典日(Sweden Day)」期间,也有多家在台湾的瑞典厂商以永续主题,展示一系列相关产品。斯凯孚公司(SKF)便分享其成立百年以来(1907)所拥有的专业知识,足以兼顾环境永续和业务发展。「即便凭现有技术,仍无法於制造轴承的过程中节能,却可以透过提高轴承性能与可靠度,满足客户减省设备耗能及成本需求。」



图2 : 斯凯孚公司(SKF)於2017年底举办的「瑞典日(Sweden Day)」期间,分享其成立百年以来所拥有的专业知识,足以兼顾环境永续和业务发展。(摄影/陈念舜)
图2 : 斯凯孚公司(SKF)於2017年底举办的「瑞典日(Sweden Day)」期间,分享其成立百年以来所拥有的专业知识,足以兼顾环境永续和业务发展。(摄影/陈念舜)

目前该公司产品除了可有效降低机器磨损之外,还能主动侦测轴承、滚珠的寿命将届,进而即时拆卸、更换,减少再度加工内外圈的成本,提升轴承效益。现已投入冷冻空调系统、电动车、轨道车辆、风力发电等领域所需的相关轴承,估计约有90%产品都能达到预期寿命,以符合客户对可靠度及成本的严格要求。


在智慧化应用上,SKF现以内部的可靠度系统部门为主,且因应现今工业4.0趋势,有别於过去直接用硬体搭配买断的单机版软体模式,而改经由无线科技的蓝牙装置来完全控制系统,再直接套用SKF云端既有的运转监测样版;或透过iOS或Android装置,来设定、即时监看及检视马达等设备的运转资讯;还能选择将资料直接回传到SKF云端或分析软体Enlight,取得更深入的分析功能和技术支援,以提高性价比优势。


提高能源使用效率 找对的人做对的事

SKF应用工程部经理张伟钦进一步表示,该公司在台北办公室主要服务东元、大同、复盛、汉钟等马达、压缩机OEM设备大厂,而应用工程部则负责全台湾工具机以外的所有产业。他认为:「其实轴承科技发展已有近百年历史,市场所需的型式、尺寸大小都已很成熟。」虽然SKF系列产品丰富多元,但90%营收还是来自传统产业居多;并且在结构设计、油封、材质、热处理持续创新,才能回应客户新机需求,而他也会「在对的时间,找对的人作对的事。」


如针对工具机的高精密主轴轴承,即可建议采用新一代高氮钢(VC444)超渗透不绣钢套圈,因为增加钢材惰性,大幅提升耐疲劳及抗腐蚀性,还比传统AISI52100轴承钢的耐冲击韧性更高,可用来设计较长寿命的轴承。


近年来SKF还并购全球最大薄型轴承厂Kaydon,特别适用於国防、半导体制程、机器人产业设备外;并针对真空泵、无室机器人等要求低发尘环境,提供氟素PFPE或全陶瓷材质的轴承环+滚珠,因减少磨损而不必润滑;也会提供并监测周边供应水、电及压缩空气等辅助设备所需的传统轴承,以减少意外停机损失。


另在大型建物中,传统空调系统的低压、水冷式冰水机组的离心式压缩机,都仰赖油及冷媒混合来润滑轴承,现在则能透过纯冷媒取代轴承的传统循环润滑油,减少轴承摩耗且降温,适合严苛的运行环境,还省下购油与建置油液分离系统的成本,使得压缩机设计非常简单;同时强化了冷凝器和蒸发器等热交换、传热功能,提高了可靠性和系统能源效率,减少因为使用冷媒而增加排放的温室气体,满足客户节能永续要求。



图3 : SKF提供的PRL轴承则利用质轻又坚硬、耐磨的轴承级陶瓷滚珠,与高氮不锈钢材质的内外环套圈、强化玻璃纤维PEEK保持架组成。(摄影/陈念舜)
图3 : SKF提供的PRL轴承则利用质轻又坚硬、耐磨的轴承级陶瓷滚珠,与高氮不锈钢材质的内外环套圈、强化玻璃纤维PEEK保持架组成。(摄影/陈念舜)

然而,当滚珠轴承利用纯冷媒润滑时,须要承受黏滞性低,致润滑不足;还可能因为混入润滑油,导致铜管受到油膜阻隔,而降低散热效果;或过高/低负荷及温度的工作条件、生锈时,必须具有较高可靠性、可用性和安全性。


SKF提供的PRL轴承则利用质轻又坚硬、耐磨的轴承级陶瓷(氮化矽,Si3N4)滚珠,与高氮不锈钢材质的内外环套圈、强化玻璃纤维PEEK保持架组成,且经过独有工艺热处理,比起传统轴承钢的抗疲劳性和防腐性更隹;还能与类似尺寸的全钢轴承交换使用,而提高轴承效率。


其中,陶瓷滚珠的优点,是其质量仅为钢制滚珠的40%,可提供更高速度、更少量惯性,得以更快起动或停止。且由於低磨擦系数增强了耐磨性,让轴承即使在润滑不隹时,也可低温运行;具备化学惰性和绝缘性隹,还能作为内外环之间简单的绝缘措施。


当用於经常遭受液气体腐蚀、润滑不足、振动和杂散电流的应用场合,如泵、压缩机、电力驱动装置、发电机等,还能维持尺寸稳定性,将大幅提高轴承可靠性。於瑞典日现场展示电气绝缘轴承,则是提供将轴承功能与电气绝缘合一的更为经济解决方案,以消除迷走电流的破坏性影响,可增加设备正常运行时间,并降低保养成本、友善环境。


投入绿能及电动车应用 由内而外整合资源

面对当前景气回温导致制造业缺料话题,该公司部份滚珠轴承交期恐长达0.5~9个月,今年起台湾每季营收都达到预期成长目标,又因工具机产业受惠於智慧工厂趋势,贡献最多。现在除了可调用其他各地工厂产能支援外,还有已在瑞典哥德堡成立的智慧工厂示范产线,得以自动化组成轴承的陶瓷滚珠、内外环轴承钢。


同时於印度、美国、中国大陆等地成立全球工程技术中心(Global Technical Center, GTC),得以支援不同产业需求,如轨道运输模拟测试机器的径/轴向力、转速、震动和耐久性等,可将过去台湾轨道车辆的检修频率由每60万km/次延长为165万km/次,甚至是在欧洲已行之有年的120万km/次,有效节省客户开销及浪费的能耗;还能贡献航太业Airbus、Boeing减少50%氮氧化合物、5%燃料消耗、10dB噪音,协助客户节能减碳。


其现今也是电动车大厂Tesla的最大供应商,由於陶瓷滚珠硬度高又坚韧、耐磨而延长寿命,常用於不常替换的车辆上,主要提供轮毂马达及内部传动元件所需混合轴承,更为方便安排内部空间,在应市场需求而大量生产下,已逐渐缩短与过去纯钢材轴承的价差。


除了工业应用之外,SKF在风力发电领域也是先驱,包括齿轮箱轴承、发电机等监控与润滑knowledge,提高其可靠性和安全性。例如在过去10年来风力发电产业快速成长,但对於风力电机业者和营运商而言,必须对於风机维修投注大量心力,也要求设备制造商必须具有越来越高的可靠性和安全性。


但在风机齿轮箱的轻载高速应用场合,常因滚珠滑动而导致轴承提前失效,SKF提供的可分式高荷重滚柱轴承则具有较高性能优势,既结合了传统轴承和SKF高荷重滚柱轴承的优点,能改进所有接触面上的滑动阻力;并促进形成油膜,降低高速轴上的黏着、咬合磨损和轴承失效,使得高速中心轴能承受更高负荷,得以快速且方便完成维护。经由保持架定位滚珠,而消除了安装和拆卸滚珠过程中掉落的可能性,更方便安装,尤其在风机塔顶上,能有助於降低每发电1kWh时所需的运行、维护和寿命周期成本。


且为了改进风机性能,通常必须增加机舱重量和提高生产成本。对於风机设计和制造商而言,用於风机的SKF自调心轴承解决了须减轻机舱重量的问题,并且降低生产成本;而对於营运商而言,其可提高负载能力,改进可靠性。其分别在定位端配置球面滚珠轴承,以及在非定位端配置CARB圆环滚珠轴承,在小而轻的轴承座中提供了极高承载能力。


有别於传统轴承配置必须克服外圈和轴承座之间的摩擦,来实现轴向浮动。其能够同时承受轴承的对中误差和轴向浮动,消除了轴向附加负荷的问题,在提高了可靠性同时,也使得轴承的横截面可以比传统配置更小。


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