高温超导磁悬浮径向轴承悬浮特性分析

高温超导磁悬浮轴承凭借无源自稳定的优良特性,在飞轮储能系统中拥有巨大的应用潜能,其主要结构由高温超导定子和永磁转子组成。而轴承的悬浮特性直接决定飞轮转子的设计和飞轮储能系统的容量大小。本文基于磁通冻结镜像法的思想,对高温超导径向磁悬浮轴承的悬浮特性进行分析,并对轴承轴向/径向悬浮力和刚度参数进行计算。结果表明:轴承的悬浮力和刚度随着初始径向位置、径向位移和轴向位移的变化而变化;在相同的位移条件和研究的位移范围内,径向悬浮力/刚度皆大于轴向的情况,且两者相差约一个数量级。     

高温超导磁悬浮轴承选择与设计

新型无摩擦高速高温超导磁悬浮轴承是高温超导磁悬浮技术最有潜力的应用之一,具有巨大的工业应用前景。文中分析比较了轴向型和径向型两种高温超导磁悬浮轴承的特点,并利用轴向型高温超导磁悬浮轴承结构简单、制作容易的优点,设计制作了一台双轴向型高温超导磁悬浮轴承样机。实验结果显示,上、下两高温超导磁悬浮轴承完全实现了2.4kg转轴的稳定悬浮及无接触旋转运行,目前受驱动电机转速限制,最高试验转速为3000 rpm。在稳定运行的基础上,该轴承样机将最终用于高温超导飞轮储能系统的原理演示。     

无轴承式高温超导飞轮储能系统样机设计

针对现有飞轮储能系统中的机械摩擦等问题,提出了无轴承式高温超导飞轮储能装置。储能装置利用高温超导块材料的迈斯纳效应使安装有永磁体的飞轮悬浮,实现无轴承。定子侧安装有三相对称绕组与飞轮构成同步电机结构。利用陀螺仪效应,使飞轮高速旋转,实现储能。利用有限元分析软件,对超导块与永磁体间的作用力进行仿真分析,对在不同尺寸的圆柱永磁体下的悬浮力进行比较。在此基础上,进行飞轮和装置结构设计,并对储能装置储能性能进行了测试,验证了方案的可行性。     

高温超导磁悬浮飞轮储能系统样机

在日益严峻的能源问题背景下,为展示无源高温超导磁悬浮技术在能量储存领域的应用前景,我们设计制作了一台全高温超导磁悬浮形式的飞轮储能样机.样机主要由高温超导磁悬浮轴承、飞轮转子、永磁电机和电路控制及负载部分组成.上下两个轴向型高温超导磁悬浮轴承用于悬浮和稳定飞轮转轴,直径200mm重量1.4kg的飞轮转子作为储能载体,最高可实现13000r/min的转速.在演示运行中,采用灯泡作为负载,该样机完成了从电能→机械能→电能的相互转换.     

不同重叠排列方式的双层高温超导块材在永磁轨道上方的悬浮特性

研究了永磁轨道上方双层高温超导块材两种不同堆叠方式(籽晶生长线对齐方式和籽晶生长线错开方式)的悬浮特性。实验发现:这两种不同的堆叠方式对悬浮性能有不同的影响。随着场冷高度的增加,它们对悬浮性能的增加效应越来越弱,这种现象对于悬浮力来说尤其明显。场冷高度为10 mm和15 mm时,对悬浮力来说,籽晶生长线对齐堆叠方式与错开方式相比,第一次测量时前者减少的百分比为11.588%和0.870%,第二次测量时为12.693%和1.363%,第三次测量时为12.399%和1.370%。导向力也有类似的结论。经实验可以看出,可以通过优化每一块高温超导块材的具体摆放位置,来提高高温超导磁悬浮车的承载能力和稳定性。同时,这一结果对高温超导磁悬浮轴承、飞轮储能等悬浮间距小的场所也具有一定的参考价值。     

基于磁滞效应的YBCO块材磁刚度测试方法

处于外磁场中的高温超导块材具有自稳定性。这种特性使得高温超导块材在磁悬浮轴承、飞轮储能、磁悬浮列车等方面,具有潜在的应用价值。非理想高温超导体具有很强的磁通钉扎特性,表现出很强的磁滞性。处于悬浮状态的高稳超导体,其稳定特性与其悬浮刚度密不可分。文中首先描述了高温超导块材磁悬浮测试系统磁刚度测试原理。此刚度测试方法充分考虑了非理想高温超导块材磁滞效应对磁刚度的影响。基于这种测试方法,研究了YBCO块材在永磁轨道上方悬浮力刚度的特性。通过与传统刚度测试方法比较,这种方法更能反应高温超导磁悬浮车实际磁刚度特性。     

高温超导磁悬浮轴承悬浮力数值分析

高温超导磁悬浮轴承已经被广泛应用到飞轮储能系统之中,它的主要结构是由高温超导体和永磁体组成。本论文基于有限元法(FEM)和临界态模型,对高温超导推力轴承的悬浮力和刚度等参数进行模拟仿真,并且在SCML-02测试装置上进行测试,计算结果与测试结果得到很好的吻合。并且进一步对环形永磁体推力轴承进行计算模拟,为进一步的轴承结构参数优化做好基础。     

超导飞轮储能用永磁轴承参数优化

随着近年美、德、日等国研究小组的大容量高温超导飞轮储能系统(HTS FESS)样机的报道,具有控制简单、储能密度大、效率高、寿命长、应用范围广等优点的HTS FESS已经被广泛认可。综合主要研究小组的工作发现,采用高温超导磁悬浮轴承与永磁轴承配合的结构在保证飞轮转子轴向和径向都稳定的同时,具有成本低的优势。针对这种混合轴承布置方式,文中对超导飞轮储能用永磁轴承的承载能力进行了研究,通过有限元仿真分析提出了一种径向型永磁轴承的优化方案,相关结果可为后续样机研究提供一定的参考。     

高温超导磁悬浮与飞轮储能

旋转飞轮的动能储存可以有多种的用途，飞轮储能装置的效率取决于轴承摩擦损耗的降低，高温超导磁悬浮具有稳定性，有可能用以制造飞轮储能用的无摩擦非接触被动磁性轴承。文章分析了超导磁悬浮的起因和特性，评介了目前高温超导ＹＢａＣｕＯ材料的水平，分析了用作飞轮储能的磁性轴承的设计考虑及有待解决的问题，最后介绍了国外的研究动态。     

2kWh/100kW超导飞轮转子动态悬浮耦合特性研究

轴承是支承轴颈和轴上回转零件旋转的关键部件,也是高速电机设备的核心组成部分,高温超导磁悬浮轴承特有的自稳定性,克服了机械轴承磨损发热等问题,也无需主动控制,具有载重比大、抗干扰、无噪音等优点,可实现转子高载重比下的超高速运行,非常适合飞轮储能器应用。本文设计了一款用于2 kWh/100 kW超导飞轮储能器的高速转子。通过飞轮转子与超导轴承的耦合计算,实现了较高的径向刚度,并优化了永磁辅助轴承结构,分析了转子的振动模态,得到了转子的特征频率,可使飞轮能稳定运行在15 000 r/min以上的转速。     

高温超导储能应用研究的新进展

简要回顾了用于高温超导储能磁体的高温超导磁体材料的性能;重点介绍了近年来几种类型的高温超导储能磁体的研究新进展;然后分别介绍了Bi-2212和Bi-2223高温超导储能磁体的研究情况;最后简述了将来可能用YB-CO(或NdBCO)涂层导体材料设计在液氮温区运行的高温超导储能磁体。     

HL-1M装置高气压超声分子束加料效果

超声分子束注入作为一种新的托卡马克加料方法,已成功地开发和应用于环流器新一号(HL1M)和超导托卡马克HT7.近期开展的高气压超声分子束注入实验,在束流中发现了团簇流,其注入等离子体深度超过17cm.电子密度上升率接近于小型冰弹丸加料.多脉冲超声分子束注入形成电子密度阶梯形上升,类似于多弹丸加料效果,电子温度剖面呈中空分布.描述了在HL1M装置同一次欧姆放电等离子体中超声分子束与冰弹丸加料效果的实验比较. 关键词： 超声分子束 托卡马克 团簇 加料     

操作参数对熔融盐高温斜温层蓄热性能的影响

首先提出了一种新型熔融盐高温斜温层耦合蓄热单罐系统,然后基于多孔介质局部热平衡理论,建立了熔融盐高温斜温层蓄热的局部热平衡数值模拟模型,研究了熔融盐进口流速、进口温度及工作温差等操作参数对斜温层蓄热单罐热性能的影响,并在熔融盐传热-蓄热实验平台上进行了试验研究。发现:当进口速度为0 001 m/s级及降低工作温差等有利于降低斜温层厚度,模拟得到的蓄热单罐轴向温度分布变化与实验结果趋于一致。因此,合理选取这些参数对蓄热单罐的正常运行是非常必要的,结果可以用于指导蓄热单罐的设计。     

强场和弱场侧超声分子束注入对加料的影响

报道了HL-2A装置最新的实验结果,讨论并研究了超声分子束的注入位置对分子束在等离子体中的消融和穿透的影响,其中包括电离后的分子束粒子在磁场梯度作用和 E × B 漂移下的加速或减速及由此形成的冷通道效应.研究结果表明,磁场梯度和 E × B 漂移对于超声分子束的加料效果、消融和穿透有着重要的作用.强场侧注入可使电离后的电子和离子更深地进入等离子体芯部.这些研究对于更好地理解超声分子束与等离子体的相互作用和优化设计加料系统有一定作用.     

无水坝抽水蓄能系统高压溶气问题研究

无水坝抽水蓄能系统利用封闭容器内的高压气体构建虚拟水坝,是兼具压缩空气储能和抽水蓄能优点的新型储能系统。但该系统的封闭容器内水和气在高压状态共存有可能造成水中溶气,从而对水轮机造成汽蚀等破坏。本文采用实际气体状态方程及分子动力学模拟方法,研究了宽广的压力、温度范围下气体在水中的溶解及扩散规律,揭示了水中气体溶解量随时间和水深的变化规律。研究结果表明释能结束后保证水-气共容舱内剩余水的高度大于0.5 m时,高压溶气不会对水轮机产生危害,该结论对系统的工程应用及推广具有指导意义。     

大功率锂离子电池储能电源系统的研制与应用

采用高功率高安全性的磷酸铁锂电芯作为储能元件,研制了一种在车载平台中应用的大功率储能电源。在储能电源中配置了高性能的电池采样和主动均衡模块,以及充放电管理系统,可以有效地提高系统可靠性和使用寿命。研制过程中,大功率储能电源进行了大量的工程化试验考核,包括运输安全性、环境适应性、维修性和任务可靠性等工程化指标。最后,21台储能电源在超过55 ℃的高温地区考核超过12个月,储能电源系统的可靠性得到验证。     

Interaction of supersonic molecular beam with low-temperature plasma

The interaction between the supersonic molecular beam(SMB) and the low-temperature plasma is a critical issue for the diagnosis and fueling in the Tokamak device. In this work, the interaction process between the argon SMB and the argon plasma is studied by a high-speed camera based on the Linear Experimental Advanced Device(LEAD) in Southwestern Institute of Physics, China. It is found that the high-density SMB can extinct the plasma temporarily and change the distribution of the plasma density significantly, while the low-density SMB can hardly affect the distribution of plasma density. This can be used as an effective diagnostic technique to study the evolution of plasma density in the interaction between the SMB and plasma. Moreover, the related simulation based on this experiment is carried out to better understand the evolution of electron density and ion density in the interaction. The simulation results can be used to analyze and explain the experimental results well.