Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка принципов построения и методики проектирования систем комбинированных магнитных подвесов кинетических накопителей энергии энергосберегающих систем распределения и использования энергии на основе высокотемпературных сверхпроводящих магнитных подшипников и пассивных магнитных опор

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
методика, проектирование, конструкция, объемный высокотемпературный сверхпроводник, магнитный подвес, втсп подшипник, пассивная магнитная опора, кинетический накопитель энергии

Цель проекта:
Создание новых высокоэффективных магнитных подвесов, опор и подшипников высокоскоростных роторных механизмов кинетических накопителей энергии энергосберегающих систем распределения и использования энергии на основе высокотемпературных сверхпроводящих материалов

Основные планируемые результаты проекта:
Результатами проекта являются:
1. Математические модели электрофизических свойств ВТСП материалов, учитывающие анизотропные,
нелинейные и гистерезисные свойства, а также временные зависимости характеристик.
2. Методика проектирования комбинированного магнитного подвеса кинетического накопителя энергии на
основе ВТСП подшипников и пассивных магнитных опор.
3. Методика экспериментального исследования электрофизических свойств ВТСП материалов,
ориентированная на отображение материальных уравнений среды в моделях электромагнитного поля.
4. Лабораторный макет комбинированного магнитного подвеса.
5. Рекомендации по использования результатов ПНИ.
6. Проект технического задания на ОКР «Разработка комбинированного магнитного подвеса кинетического
накопителя с запасаемой энергией 30мДж».

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
ПНИ направлена на разработку принципов построения и методики проектирования систем комбинированного магнитного подвеса кинетического накопителя энергии на основе высокотемпературных сверхпроводящих магнитных подшипников и пассивных магнитных опор. Созданные на выполненных этапах работы методики и инструментальные измерительные средства для исследований электрофизических свойств ВТСП материалов ориентированы на получение необходимой информации для составления материальных уравнений, используемых при численном анализе электромагнитного поля. Предложенные новые математические модели электрофизических свойств ВТСП предназначены для моделирования электромагнитных процессов в магнитных системах с ВТСП элементами как в статических, так и в динамических режимах и отражают анизотропные, нелинейные и гистерезисные свойства ВТСП материалов и их временные характеристики. Методы расчетов магнитных систем с ВТСП элементами обоснованы на тестовых задачах на основе сопоставления с данными экспериментальных исследований. Расхождения расчетных и экспериментальных данных не превышают 10-15%.
Выполнены расчетные исследования всех основных типов магнитных подшипников и проведено их сопоставление по техническим параметрам, удельным массогабаритным показателям и технологичности производства. Выработаны рекомендации по выбору типа, критериям, функциональным ограничениям и переменным оптимизационного проектирования ВТСП подшипников.
Разработана комплексная модель комбинированного магнитного подвеса кинетического накопителя энергии для анализа электромагнитных и механических процессов. Работоспособность и достоверность модели подтверждена данными экспериментальных исследования лабораторного макета комбинированного магнитного подвеса, который обеспечивает удержание массы 12 кг В рабочем диапазоне перемещений осевая жесткость подвеса составляет не менее 280 Н/мм, а радиальная жесткость - не менее 200 Н/мм, что достаточно для устойчивой работы маховика
Достигнутые удельные параметры комбинированного магнитного подвеса соответствуют лучшим показателям магнитных подвесов с ВТСП элементами ведущих зарубежных фирм. Новизна предложенных конструктивных решений заключается в возможности построения на их основе полностью интегрированных кинетических накопителей энергии с дополнительными функциями бесконтактного управления начальным центрированием, арретира и страховочного подшипника маховика.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Выполняемые исследования ориентированы на создание методической базы для проектирования высокоэффективных магнитных подвесов кинетических накопителей энергии, предназначенной для профильных исследовательских и проектных институтов и производственных предприятий планирующих участвовать в производстве этой продукции. Результаты работы могут быть применены для создания магнитных опор турбин, компрессоров, насосов, электрических машин с массивными роторами.
Свойство самостабилизации комбинированных магнитных опор позволяет использовать основные преимущества магнитных опор с постоянными магнитами – простоту изготовления и невысокую стоимость на ряду с высокими значения жесткости. Паразитные же силы, возникающие в системе, воспринимаются ВТСП подвесом. Отсутствие системы активного управления и питания существенно упрощает комбинированный подвес, позволяя обеспечить работоспособность кинетического накопителя энергии и повысить эффективность за счет снижения энергопотребления и тепловых потерь.
Анализ публикаций и материалов ведущих мировых конференций по применению сверхпроводимости в промышленности показывает, что создание магнитных подвесов с ВТСП элементами является актуальным направлением исследований, развитие которого возможно в рамках международного сотрудничества.

Текущие результаты проекта:
Выполнены расчеты параметров и теоретические исследования процессов в ВТСП подвесах различных конструкций. Сопоставлены полученные данные с известными экспериментальными данными, полученными отечественными и зарубежными исследователями.
Разработана комплексная математическая модель магнитного подвеса кинетического накопителя энергии для анализа электромагнитных и механических процессов, включая пассивные подшипники с постоянными магнитами.
Разработаны принципы построения и методики проектирования систем комбинированных магнитных подвесов кинетических накопителей энергии.
Разработана эскизная конструкторская документация на экспериментальный образец системы комбинированного магнитного подвеса кинетического накопителя энергии.
Разработана технологическая инструкция для изготовления экспериментального образца системы комбинированного магнитного подвеса.
Изготовлен экспериментальный образец системы комбинированного магнитного подвеса.
Разработана программа и методика исследовательских испытаний экспериментального образца системы комбинированного магнитного подвеса.
Проведены исследовательские испытания экспериментального образца системы комбинированного магнитного подвеса.
Приняты к публикации 2 статьи по теме работы в журнале Электротехника (индексируется в Scopus).
Подана одна заявка на патент