Расчёт  сверхпроводящих опор сводиться  к вычислению восстанавливающей силы при осевом и радиальном смещении ротора. Важен выбор оптимальных размеров опор заданной величины жёсткости и предельно допустимой нагрузки.

      Произведем  расчёт создаваемого магнитного поля. Площадь поперечного сечения провода: , тогда ток: _{(Приложение 1).}

       _{Магнитный поток имеет постоянную величину:}

       

 

где - коэффициент заполнения, - число витков, выбираем самостоятельно .

Способ  укладки сверхпроводящего ниобий–титанового  провода марки ПЭТВ-2НТ показан на рис. 21.

         

Рис. 21 – Намотка круглым проводом виток к витку с сотовой укладкой.

Величину  примем равную 10мм. 

 
 
 
 
 
 
 
 
 

Определим число  витков в одном слое как отношение толщины катушки к диаметру провода:

Определим число  слоев:

 

Из рис.22 найдем величину Х:

Тогда толщина  намотки:

Наружный  радиус катушки находим как сумму  внутреннего радиуса катушки  и толщины намотки:

Определим площадь  зазора:

 

Находим индукцию в зазоре:

 

где – средний диаметр:

  – ширина кольца:

Осевая жесткость:

Радиальная жесткость:

где

Таким образом ,    
 

      Вычислим  общую массу роторного устройства. Она складывается из массы стального  вала m_в, двух масс m_э ниобиевых опорных элементов и массы ротора m_рот. Возьмём ротор с массой .

       ,                                          (27)

                         (29)

      Учитывая, что ρ_Nb=8.6_*10³ кг/м³, D₁=0.06м, D₂=0.0184м, d₁=0.01м, d₂=0.014м, h₁=0.015м, h₂=0.012м , получим:

      

      

Тогда общая масса роторного устройства

       .

      После расчёта опоры рассмотрим технологию изготовления деталей. Конструкция  состоит из нескольких деталей, таких  как: вал, опора, соленоид, магнитопровод, экран. Вал, как самостоятельная  деталь вытачивается на фрезеровальном станке за один постанов. Опора вытачивается на фрезеровальном станке за один постанов. Материал ниобий, так как данный металл вязкий, то при обработке рекомендуется использовать свиное сало. Крепление опоры  с валом – штопорное, чтобы исключить проворотов. Соленоид берётся как самостоятельная деталь и изготавливается по стандартам криоборудования. На соленоид  крепиться магнитопровод с , чтобы не было потерь на перемагничивание. Берётся как самостоятельная деталь из магнитомягкого материала по геометрическим размерам катушки. фиксируется при помощи клея на корпусе опоры. На магнитопровод тугой насадкой крепиться экран. Материал ниобий. Он препятствует рассеиванию магнитного поля в пространство. Крепить напрямую к корпусу нельзя. При монтаже нужно установить компенсаторы, так как велик рабочий температурный интервал, и коэффициент линейного термического расширения будет значительно влиять на конструкцию. Изготавливается на фрезеровальном станке за один постанов. 

 

     Заключение 

   По  теме курсового проекта был сделан обзор литературы. Доказана важность и актуальность темы. Так же была выбрана конструкция сверхпроводящего подвеса с внутренним расположением бортиков экрана. Проведён расчёт сверхпроводящей электромагнитной опоры, в результате которого получены следующие результаты:

        см,

       см

       ,

       ,

      n=2000 витков,

.

      В результате проведённых исследований электромагнитных опор, можно сделать следующие выводы:

1. В исследованном диапазоне скоростей вращения экрана не происходит ухудшение расчетных параметров опор; наложение внешней нагрузки на опору, в полтора раза превышающей расчетное номинальное значение, не оказывает заметного влияния на ее поведение; вращение опор со скоростями свыше 1000 об/мин приводит к некоторому ухудшению нагрузочных характеристик опор.
2. Незначительное повышение температуры в    некоторой    локальной    области сверхпроводящей  платформы,  имеющей  хороший  тепловой  контакт с жидким гелием, оказывает существенное влияние на    распространение магнитного поля и вызывает ухудшение силовых характеристик опор.

     При расчёте конкретной опоры, получены следующие результаты:

осевая  жёсткость:

               радиальная жёсткость:  

    При использовании таких электромагнитных опор в сверхпроводящих электродвигателях  погружного типа в качестве подшипников  будем иметь:

полезная  осевая нагрузка  – 3,45 кг, допустимая нагрузка 4,4кг.

Таким образом, рассчитанная нами опора  является  дееспособной. В целях увеличения величины полезной  нагрузки, а следовательно расширения области применения, предлагается сделать комбинированную сверхпроводящую опору, с внутренним и наружным расположением бортиков на экранах.

 

            Список литературы 

1. Милошенко В.Е. Техническое использование низких температур: Учеб. пособие. - Воронеж: Изд-во ВГТУ, 2005. – 332 с.
2. Милошенко В.Е. Техника эксперимента в физике низких температур: Учеб. пособие/ Милошенко В.Е., Железный B.C. – Воронеж: Изд-во ВГТУ, 2003. – 221 с.
3. Милошенко В.Е., Кармазин В.М.   Исследование сверхпроводящих подвесов для электрических машин малой мощности // Сверхпроводники в технике: Труды 2-ой Всесоюз. конф. Ленинград, 1983. Ч.1. – С. 295-297.
4. Милошенко В.Е., Кармазин В.М. Исследование сверхпроводящих электромагнитных опор // Техническая электродинамика, 1984. №4. – С. 6-12.
5. Милошенко В.Е., Кармазин В.М. Исследование охлаждаемых электромагнитных опор // Техническая электродинамика, 1986. №2. – С. 31-34.
6. Кэмпбелл К., Иветс Дж. Критические токи в сверхпроводниках.- М.: Мир, 1975.-330с.

 
 
 
 
 
 

 

Приложение 1.