低溫液體泵用高溫超導磁懸浮軸承的性能研究

《低溫液體泵用高溫超導磁懸浮軸承的性能研究》是依託中國科學院合肥物質科學研究院，由袁春燕擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：低溫液體泵用高溫超導磁懸浮軸承的性能研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：袁春燕
• 依託單位：中國科學院合肥物質科學研究院

項目摘要

低溫液體泵中的機械軸承由於其使用的固體潤滑劑本身壽命有限，導致其磨損加快等原因，使用壽命只有5000小時左右。高溫超導磁懸浮軸承的工作溫度即為低溫液體的溫度，因不存在磨損，其使用壽命超過20年。本課題將以研究套用於液氮泵的高溫超導磁懸浮軸承的性能為切入點，開展套用於低溫液體泵中的高溫超導磁懸浮軸承的研究工作。開展的工作包括：調研並分析、計算現有液氮泵軸承的力學性能及技術要求，在此基礎上，完成高溫超導磁懸浮軸承的選型、最佳化設計；建立動力學模型和電磁學模型；開展關於該軸承的高溫超導體的溫升情況的研究。以上工作的開展是摸索高溫超導磁懸浮軸承在液氮泵中的各項性能，以驗證其可行。嘗試更低溫區該種軸承的性能分析，以證明本技術可移植到其它低溫液體泵中。這一課題將為高溫超導磁懸浮軸承在低溫液體泵中的實際套用提供最直接的理論判據。

結題摘要

低溫液體泵的需求和套用近年隨著低溫介質在科研、工業等套用而日益增長，而目前國內尚無成熟的設計和開發經驗。由於泵送工質帶來的低溫環境，使得採用常規機械軸承因潤滑不良而導致壽命大為縮減，從而極大的限制了泵的連續正常運行時間。高溫超導磁懸浮軸承具有無源自穩定、無接觸長壽命等特點，且其工作溫度與低溫液體泵運行溫度切合，研究將其替代機械軸承套用於低溫液體泵具有無可比擬的優勢。本課題基於以上背景，嘗試研究低溫液體泵及其匹配的高溫超導磁懸浮軸承，研究的主要內容包含： 1. 結合套用需求，以高效率、低漏熱、高可靠性及可實現為目標，採用數值模擬分析方法，設計並製作一台低溫液體泵樣機，通過實驗方法，測定了樣機泵的實際性能，並與數值模擬結果進行了比較。 2. 採用數值模擬方法，確定了低溫液體泵對軸承的性能要求，據此開展了高溫超導磁懸浮軸承的選型，利用高溫超導磁懸浮軸承的三維電磁數值模型，結合實際運行狀況，選取永磁轉子磁極與超導塊材籽晶相對排布結構、聚磁鐵環厚度、永磁環徑向厚度、工作間隙、超導定子工作溫度這四個參數的最優值而對超導軸承進行最佳化設計。 3. 利用剛度特性研究的結果，分析了採用超導軸承的旋轉機械樣機設計的合理性。在國際上首次把高溫超導磁懸浮徑向軸承套用於液氮泵樣機，該樣機運行穩定、轉速達到2245 rpm。