低温液体泵用高温超导磁悬浮轴承的性能研究

低温液体泵中的机械轴承由于其使用的固体润滑剂本身寿命有限，导致其磨损加快等原因，使用寿命只有5000小时左右。高温超导磁悬浮轴承的工作温度即为低温液体的温度，因不存在磨损，其使用寿命超过20年。本课题将以研究应用于液氮泵的高温超导磁悬浮轴承的性能为切入点，开展应用于低温液体泵中的高温超导磁悬浮轴承的研究工作。开展的工作包括：调研并分析、计算现有液氮泵轴承的力学性能及技术要求，在此基础上，完成高温超导磁悬浮轴承的选型、优化设计；建立动力学模型和电磁学模型；开展关于该轴承的高温超导体的温升情况的研究。以上工作的开展是摸索高温超导磁悬浮轴承在液氮泵中的各项性能，以验证其可行。尝试更低温区该种轴承的性能分析，以证明本技术可移植到其它低温液体泵中。这一课题将为高温超导磁悬浮轴承在低温液体泵中的实际应用提供最直接的理论判据。

低温液体泵的需求和应用近年随着低温介质在科研、工业等应用而日益增长，而目前国内尚无成熟的设计和开发经验。由于泵送工质带来的低温环境，使得采用常规机械轴承因润滑不良而导致寿命大为缩减，从而极大的限制了泵的连续正常运行时间。高温超导磁悬浮轴承具有无源自稳定、无接触长寿命等特点，且其工作温度与低温液体泵运行温度切合，研究将其替代机械轴承应用于低温液体泵具有无可比拟的优势。. 本课题基于以上背景，尝试研究低温液体泵及其匹配的高温超导磁悬浮轴承，研究的主要内容包含：.1..结合应用需求，以高效率、低漏热、高可靠性及可实现为目标，采用数值模拟分析方法，设计并制作一台低温液体泵样机，通过实验方法，测定了样机泵的实际性能，并与数值模拟结果进行了比较。.2.. 采用数值模拟方法，确定了低温液体泵对轴承的性能要求，据此开展了高温超导磁悬浮轴承的选型，利用高温超导磁悬浮轴承的三维电磁数值模型，结合实际运行状况，选取永磁转子磁极与超导块材籽晶相对排布结构、聚磁铁环厚度、永磁环径向厚度、工作间隙、超导定子工作温度这四个参数的最优值而对超导轴承进行优化设计。.3..利用刚度特性研究的结果，分析了采用超导轴承的旋转机械样机设计的合理性。在国际上首次把高温超导磁悬浮径向轴承应用于液氮泵样机，该样机运行稳定、转速达到2245 rpm。