docWybrane zastosowania nadprzewodników wysokotemperaturowych
download 
Reklamacja Transkrypt
Wybrane zastosowania nadprzewodników wysokotemperaturowych
Wybrane zastosowania nadprzewodników wysokotemperaturowych Ryszard Pałka Department of Electrical Engineering West Pomeranian University of Technology Szczecin KETiI Zakres prezentacji 1. Wprowadzenie – monolityczne nadprzewodniki wysokotemperaturowe 2. Magnesowanie monolitycznych nadprzewodników wysokotemperaturowych 3. Łożyska nadprzewodnikowe Wybrane zastosowania nadprzewodników wysokotemperaturowych, IF ZUT 11.12.2009 KETiI 2 Wybrane zastosowania nadprzewodników wysokotemperaturowych, IF ZUT 11.12.2009 KETiI 3 Tak się wszystko rozpoczęło… Hg Heike Kamerlingh Onnes, Leiden z 1908 - Skroplenie helu 4,2K (-269°C) z 1911 - Odkrycie nadprzewodnictwa z 1913 - Nagroda Nobla Wybrane zastosowania nadprzewodników wysokotemperaturowych, IF ZUT 11.12.2009 KETiI 4 Nadprzewodnictwo wysokotemperaturowe 1986 - Alex Müller i Georg Bednorz (IBM, Szwajcaria) – stwierdzili nadprzewodnictwo w ceramicznym tlenku Cu, Tc = 30 K (NN 1987) Wybrane zastosowania nadprzewodników wysokotemperaturowych, IF ZUT 11.12.2009 KETiI 5 Temperatury krytyczne nadprzewodników nadprzewodniki „wysokotemperaturowe" LN2 "klasyczne" SC Wybrane zastosowania nadprzewodników wysokotemperaturowych, IF ZUT 11.12.2009 KETiI 6 Monolityczne nadprzewodniki wysokotemperaturowe Monokryształ tlenku itrowo-barowo-miedziowego YBa2Cu3O7 Struktura YBCO 16 kryształów nadprzewodnika wytworzonych w procesie MTG Jc (gęstość prądu krytycznego) = 50÷800 A/mm2 Tc (temperatura krytyczna) = 92 K Bc (pole krytyczne) = ca. 5 T Wybrane zastosowania nadprzewodników wysokotemperaturowych, IF ZUT 11.12.2009 KETiI 7 Monolityczne nadprzewodniki wysokotemperaturowe Spiek z umieszczonymi zarodkami Pierścień nadprzewodnikowy po procesie teksturowania Pierścień nadprzewodnikowy po obróbce mechanicznej Wytwarzanie pierścieni nadprzewodnikowych z YBCO HTSC – high temperature superconductor SPM – superconducting permanent magnet Wybrane zastosowania nadprzewodników wysokotemperaturowych, IF ZUT 11.12.2009 Trójdomenowy YBCO KETiI 8 PM HTSC Oddziaływanie pomiędzy monolitycznym HTSC i magnesem trwałym (PM) HTSC PM Siły boczne PM HTSC Odpychanie Wybrane zastosowania nadprzewodników wysokotemperaturowych, IF ZUT 11.12.2009 Przyciąganie KETiI 9 Oddziaływanie pomiędzy monolitycznym HTSC i magnesem trwałym (PM) Pierwowzór łożyska nadprzewodnikowego Wybrane zastosowania nadprzewodników wysokotemperaturowych, IF ZUT 11.12.2009 KETiI 10 Oddziaływanie pomiędzy HTSC-PM Wybrane zastosowania nadprzewodników wysokotemperaturowych, IF ZUT 11.12.2009 KETiI 11 Oddziaływanie pomiędzy HTSC-PM Jc=const. Wybrane zastosowania nadprzewodników wysokotemperaturowych, IF ZUT 11.12.2009 KETiI 12 Zjawisko Meissnera-Ochsenfelda (idealny diamagnetyzm) Tylko dla małych pól magnetycznych! Walther Meissner Wybrane zastosowania nadprzewodników wysokotemperaturowych, IF ZUT 11.12.2009 KETiI 13 Diagram fazowy nadprzewodnika wysokotemperaturowego Wybrane zastosowania nadprzewodników wysokotemperaturowych, IF ZUT 11.12.2009 KETiI 14 Interakcja nadprzewodnika z polem zewnętrznym Efekt Meissnera Wybrane zastosowania nadprzewodników wysokotemperaturowych, IF ZUT 11.12.2009 KETiI 15 Interakcja z polem zewnętrznym - model obliczeniowy 2D (potencjał wektorowy, FEM, idealne pułapkowanie pola) Trapped flux model: 1. Initial position: A HTSC = f(x,y) 4. Final position: A HTSC = Wybrane zastosowania nadprzewodników wysokotemperaturowych, IF ZUT 11.12.2009 f(x,y)+C2 -C1 KETiI 16 Magnesowanie HTSC w procesie FC Rozkład pola magnetycznego dla „ciepłego” nadprzewodnika Rozkład pola po obniżeniu temperatury nadprzewodnika poniżej Tc i wyłączeniu prądu zasilającego Wybrane zastosowania nadprzewodników wysokotemperaturowych, IF ZUT 11.12.2009 KETiI 17 Magnesowanie HTSC w procesie ZFC Schemat układu magnesującego złożonego z baterii kondensatorów, tyrystora dużej mocy i cewki umieszczonej w naczyniu Dewara Wybrane zastosowania nadprzewodników wysokotemperaturowych, IF ZUT 11.12.2009 Rozkład pola magnetycznego nad nadprzewodnikiem KETiI 18 Magnesowanie HTSC Jednodomenowy HTSC Wybrane zastosowania nadprzewodników wysokotemperaturowych, IF ZUT 11.12.2009 Wielodomenowy HTSC KETiI 19 Cechy łożysk nadprzewodnikowych (SMB: superconducting magnetic bearing) Active and passive magnetic bearings Active Passive (HTSC) Force nature Attractive Attractive & Repulsive Force density 60 N/cm2 40 N/cm2 Axial stiffness 102-103 N/mm 5-50 N/mm 5-10 N/mm 2-10 N/mm 4 kW 0.5 kW Lateral stiffness Power consumption Wybrane zastosowania nadprzewodników wysokotemperaturowych, IF ZUT 11.12.2009 KETiI 20 Struktura SMB Łożysko bezkontaktowe Układ generujący pole magnetyczne HTSC Pojemnik próżniowy Izolacja termiczna Ograniczenie strat Podłoże Połączenie z układem chłodzenia i wytwarzania próżni Wybrane zastosowania nadprzewodników wysokotemperaturowych, IF ZUT 11.12.2009 Dowolne środowisko Opóźnienie czasowe w przypadku zaniku chłodzenia KETiI 21 Cechy łożysk nadprzewodnikowych HTSC Absolutna stabilność Brak kontaktu z otoczeniem SMB Dowolna prędkość Zalety Brak Brakzużycia zużycia Brak Brakukładu układu regulacji regulacji Wybrane zastosowania nadprzewodników wysokotemperaturowych, IF ZUT 11.12.2009 Brak Brakzakłóceń zakłóceń KETiI 22 Zastosowania łożysk nadprzewodnikowych Lewitacja Izolacja termiczna Ruch liniowy Systemy transportowe Ruch rotacyjny Silniki szybkoobrotowe Kinetyczne zasobniki energii Zastosowania specjalne Clean rooms Próżnia W warunkach zagrożenia wybuchem Wybrane zastosowania nadprzewodników wysokotemperaturowych, IF ZUT 11.12.2009 KETiI 23 Składniki systemu Thermal insulation Cryogenic cooling Vacuum system Wybrane zastosowania nadprzewodników wysokotemperaturowych, IF ZUT 11.12.2009 KETiI 24 Łożysko osiowe Wirnik PM Fe HTSC SMB Wzbudzenie Wybrane zastosowania nadprzewodników wysokotemperaturowych, IF ZUT 11.12.2009 KETiI 25 Łożysko radialne PM Fe Wirnik SMB HTSC Wzbudzenie Wybrane zastosowania nadprzewodników wysokotemperaturowych, IF ZUT 11.12.2009 KETiI 26 Łożysko radialne Wybrane zastosowania nadprzewodników wysokotemperaturowych, IF ZUT 11.12.2009 KETiI 27 Aktywacja łożyska Activation in working position Splitted HTSC-Stator Cooling position Working position Wybrane zastosowania nadprzewodników wysokotemperaturowych, IF ZUT 11.12.2009 • Movable shells KETiI 28 Aktywacja łożyska Pozycja wyjściowa Wybrane zastosowania nadprzewodników wysokotemperaturowych, IF ZUT 11.12.2009 Pozycja robocza KETiI 29 Aktywacja łożyska MM Stal Wybrane zastosowania nadprzewodników wysokotemperaturowych, IF ZUT 11.12.2009 KETiI 30 Ruchoma szala łożyska HTSL Cold head Wybrane zastosowania nadprzewodników wysokotemperaturowych, IF ZUT 11.12.2009 KETiI 31 Test bench for SMB: Design High speed machine Actuator HTSC bearing Wybrane zastosowania nadprzewodników wysokotemperaturowych, IF ZUT 11.12.2009 KETiI 32 Test bench for SMB Cryo cooler High speed machine Wybrane zastosowania nadprzewodników wysokotemperaturowych, IF ZUT 11.12.2009 Actuator HTSC bearing KETiI 33 Izolacja termiczna Infrared camera view Super insulation Cold head Cryocontainer Warm bore ambient Wybrane zastosowania nadprzewodników wysokotemperaturowych, IF ZUT 11.12.2009 KETiI 34 Łożysko pracujące w ciekłym azocie Stainless steel reinforcement Iron poles Wybrane zastosowania nadprzewodników wysokotemperaturowych, IF ZUT 11.12.2009 KETiI 35 Pomiary • Średnica 82 mm • Długość 124 mm • Zmierzona sztywność radialna 300 N/mm • Obliczona sztywność radialna 312.56 N/mm • Temperatura 77K Wybrane zastosowania nadprzewodników wysokotemperaturowych, IF ZUT 11.12.2009 KETiI 36 Pomiary Łożysko cylindryczne Wybrane zastosowania nadprzewodników wysokotemperaturowych, IF ZUT 11.12.2009 Łożysko płaskie KETiI 37 Zastosowania – kinetyczny zasobnik energii DYNASTORE SMB Masa wirująca Łącznik Stator  Wymiary Ø Obudowa 1500mm Ø Koło zamachowe 1300mm Wybrane zastosowania nadprzewodników wysokotemperaturowych, IF ZUT 11.12.2009 Rotor Wysokość 650mm Masa koła zamachowego 450kg KETiI 38 Zastosowania – kinetyczny zasobnik energii DYNASTORE PM+Fe Wzbudzenie HTSC SMB HTSC Łącznik Wybrane zastosowania nadprzewodników wysokotemperaturowych, IF ZUT 11.12.2009 Głowica chłodząca Łożysko pomocnicze KETiI 39 Zastosowania – kinetyczny zasobnik energii DYNASTORE Wybrane zastosowania nadprzewodników wysokotemperaturowych, IF ZUT 11.12.2009 KETiI 40 Zastosowania - pojemnik do przewożenia gazów LH2-tank HTSC-bulks Field excitation Wybrane zastosowania nadprzewodników wysokotemperaturowych, IF ZUT 11.12.2009 KETiI 41 Dziękuję za uwagę Wybrane zastosowania nadprzewodników wysokotemperaturowych, IF ZUT 11.12.2009 KETiI 42
