Выпуски бюллетеня

ТомНомер
13 1
12 1 2 3 4 5 6
11 1 2 3 4 5 6
10 1 2 3 4 5
9 1 2 3 4 5
8 1 2 3 4 5
7 1
6 1 2 3 4
5 1 2 3 4 5 6
4 1 2 3 4 5 6
3 1 2 3 4 5 6
2 1 2 3 4 5
1 1 2
0 0

Тематический указатель

Cryogenic Engineering Conference/International Cryogenic Materials Conference 2013

2013, Tом 10, выпуск 4
Тематика: Вести с конференций

В период с 17 по 21 июня в г. Анкоридж, штат Аляска, США, прошла очередная международная конференция по криогенной технике и материалам CEC/ICMC 2013. Было представлено большое количество докладов, посвященных самым разным областям физики и техники низких температур.

Подавляющее большинство работ было посвящено двум тематикам: проблемам применения криокулеров в системах охлаждения и использованию ВТСП для решения прикладных задач.

В докладах по криокулерам освещались вопросы уменьшения энергопотребления, увеличения хладпроизводительности, а также создание комплексных систем охлаждения с кулером в качестве основного элемента. При этом общее мнение участников конференции сводилось к необходимости перевода на криокулеры практически всех создаваемых систем охлаждения, что связано с текущим возрастанием стоимости жидких хладагентов, в особенности, гелия. Этот факт неоднократно упоминался в процессе обсуждений представленных докладов.

Работ по применению ВТСП на конференции было меньше, чем по криокулерам, что компенсировалось разнообразием рассматриваемых задач: магнитные системы, токовводы, устройства ограничения тока короткого замыкания, исследование свойств собственно ВТСП проводников. Некоторые работы были посвящены использованию криокулеров для охлаждения ВТСП устройств.

На конференции были доложены результаты двух работ, проведенных в Курчатовском институте: по исследованию процесса деградации токонесущей способности ВТСП лент под действием поперечной нагрузки; по разработке и созданию токовводных и соединительных муфт для ВТСП кабеля постоянного тока на 20 кВ и 2,5 кА.

Механические свойства ВТСП лент 2-го поколения

Сотрудники компании SuperPower представили два доклада, посвященные механическим свойствам ВТСП лент второго поколения с подложкой из хастеллоя и общим вопросам применения лент данного типа.

В первом докладе описаны различные эксперименты по определению механических свойств ВТСП лент, в том числе их устойчивости под воздействием внешних нагрузок (растяжение, сжатии, изгиб).

В качестве экспериментальных образцов авторами были выбраны ВТСП ленты со сверхпроводящим слоем различной ширины и толщины. Сводная таблица по параметрам лент, приведенная в докладе, дана на Рис. 1.

 

Рис. 1. Таблица параметров образцов ВТСП лент. Индекс SCS соответствует лентам с медным покрытием, SF – лентам без медного стабилизатора, покрытым слоем серебра.

Рис. 2. Графики растяжения образцов ВТСП лент при комнатной температуре.

Слева – для чистой подложки из хастеллоя, справа – для лент SCS4050 с медным покрытием разной толщины.

Испытания лент на продольное растяжение проводились в четырех вариантах:

На Рис.2, 3 дана часть приведенных в докладе результатов.

 В докладе описаны эксперименты, в которых к образцу прикладывалась поперечная нагрузка. Несмотря на то, что авторами упоминаются различные варианты экспериментов по расслоению (растягивающая нагрузка прикладывается  перпендикулярно поверхности образца), в качестве основного варианта была выбрана методика с отрывом слоя под углом. Основным достоинством этой методики является возможность наблюдать динамику расслаивания ВТСП ленты в реальном времени. При этом характер расслаивания определяется углом между поверхностью образца и вектором приложенной силы. На Рис 4 - 6 приведен пример, иллюстрирующий данную зависимость.

Рис. 3. Зависимость приведенной токонесущей способности ВТСП ленты шириной 12 мм с медным покрытием толщиной 100 мкм от растягивающих напряжений.

Рис. 4. Сравнение результатов испытаний на отрыв слоя под углами 90º и 180º.

Рис. 5. Изображение поверхности образца после отрыва слоя под углом 180º. Темные участки соответствуют ВТСП-слою, фиолетовые – буферным слоям.

Второй доклад, опубликованный на конференции сотрудниками SuperPower, посвящен общим вопросам использования ВТСП для решения практических задач, а также текущим достижениям в области производства сверхпроводящих лент. Необходимо отметить, что компания SuperPower освоила серийное производство ВТСП лент длиной более 200 м (ширина - 12 мм, толщина медного стабилизирующего слоя - 65 мкм, критический ток при температуре жидкого азота - около 400 А). Вопрос деградации токонесущей способности обмоток при термоциклировании рассматривался отдельно. По мнению авторов, сотрудники компании прикладывают значительные усилия для его решения: параллельно совершенствуются технологии производства проводника и намотки катушек. В первом случае, предпринимаются попытки создать более устойчивые к внешним воздействиям ВТСП ленты, во втором – перераспределить напряжения внутри обмотки путем изменения методов пропитки, межвитковой изоляции и т. д. Универсального решения данной проблемы пока не найдено.

Рис. 6. Изображение поверхности образца после отрыва слоя под углом 90º. Темные участки соответствуют ВТСП слою, фиолетовые – буферным слоям.

ВТСП токовводы для высокополевых гибридных магнитов

На конференции было представлено большое число публикаций о токовводах на основе ВТСП. Несмотря на некоторые (иногда существенные) различия в конструкции описанные в докладах токовводы разработаны в рамках общей схемы. Ниже рассмотрен наиболее характерный пример конструкции.

Сотрудниками Национальной лаборатории сильных магнитных полей (США, NHMFL), был представлен доклад, в котором описаны варианты систем охлаждения токовводов для последовательно соединенных гибридных магнитов. В распоряжении лаборатории находится два идентичных по конструкции магнита: один предназначен для Центра Гельмгольца (Берлин, Германия), второй является собственностью лаборатории. В качестве хладагента используется сверхкритический гелий при температуре 4,5 К. Для обоих магнитов разработаны токовводы на основе ВТСП. Токовводы различаются как по конструкции, так и по материалам: магнит для Центра Гельмгольца оснащен токовводами на основе AgAuMg/Bi-2223 лент производства Bruker EST, тогда как токоввод для магнита NHMFL изготовлен с применением лент Sumitomo Bi-2223/AgAu. Схема этого токоввода дана на рис. 7.

Токовводы состоят из двух секций – верхней медной и нижней из ВТСП. Нижние секции токовводов охлаждаются одинаково для обеих конструкций (NHMFL и Центра Гельмгольца): сверхкритический гелий при температуре 4,5 К подается на холодный конец токоввода, охлаждая его и ведущий к сверхпроводниковому магниту токоподвод. Далее, газообразный гелий поднимается вверх по токовводу, охлаждая его ВТСП часть, после чего отводится в рефрижератор для последующего использования.

Охлаждение медных частей токовводов отличаются принципиально. В случае сверхпроводникового магнита для Центра Гельмгольца, медная часть токоввода охлаждается потоком газообразного гелия от рефрижератора, таким же образом охлаждается медный тепловой экран. Нужно отметить, что, несмотря на разницу температур верхней и нижней частей токоввода, теплообмен между ними практически отсутствует – поступающее тепло отводится сверхкритическим гелием.

Медная часть токоввода NHMFL заканчивается объемом с жидким азотом (см. схему), в нем азот выкипает, после чего испаряющийся газ охлаждает токоввод и сбрасывается в атмосферу. Система охлаждения обеспечивает температуру теплого конца ВТСП части токоввода ниже 79 К. При необходимости, в азотную емкость подливается жидкий азот из резервуара.

Рис. 7.Схема токоввода NHMFL

Системы криогенного обеспечения для ВТСП кабелей

Криогенная секция была представлена весьма обширно и по широкому фронту направлений, включая установки для получения сверхнизких (доли градуса) температур, а также криокулеры с системами подавления вибрации, предназначенные для использования в условиях невесомости.

В докладе, опубликованном представителями Taiyo Nippon Sanso Corporation, описана разработка системы «турбина-компрессор» для рефрижератора на обратном цикле Брайтона мощностью 10 кВт при 70 К. Потребность в подобных устройствах возникла в процессе работы по проектам сверхпроводящих кабелей: ICHEON в Корее и YOKOHAMA в Японии.

При разработке прототипа, которому посвящен доклад, рассматривалось два варианта реализации обратного цикла Брайтона. В первом случае, в системе используется две турбины и два компрессора, объединенных попарно. Во втором варианте задействовано три компрессора и одна турбина, соединенных в последовательно-параллельную цепь. Схемы обоих вариантов представлены на рис. 8.

Рис. 8. Схемы систем турбина-компрессор. Слева – с последовательным подключением компрессоров (С1, С2) и параллельным подключением расширителей (Т1, Т2). Справа – с последовательным подключением компрессоров (С1, С2 и С3) и последовательно-параллельным подключением расширителя (Т1).

Авторы приводят результат расчетов параметров системы (рабочее давление газа в системе, уровень циркуляции неона, давление жидкого азота и т.д.). Для практической реализации в прототипе был выбран первый вариант (на схеме слева). Это решение было принято в связи с меньшей стоимостью производства, кроме того, в такой системе легче избежать потерь давления. При разработке компрессор и турбина были объединены в одном корпусе. Фотография устройства приведена на рис. 9.

Рис. 9. Заменяемая кассета для рефрижератора на обратном цикле Брайтона. В одном корпусе объединены компрессор, турбина и вспомогательные системы.

Для испытания системы был создан экспериментальный стенд, Рис.10. Испытания планируется проводить ступенчато (сначала с использованием одной секции «турбина-компрессор», потом двух) и при пониженном давлении. В ближайшее время будут получены экспериментальные данные.

Рис. 10. Экспериментальный стенд для испытаний

Д.Н.Диев

Главная | Новости | Бюллетень | Конференции | Поиск публикаций в базе данных | Новое в базе данных
Российские организации | Энциклопедия | Цели сайта | Контакты | Полезные ссылки | Карта сайта | Помощь

© Copyright 2006-2012. Использование материалов сайта возможно только с обязательной ссылкой на сайт.
Свои замечания и пожелания вы можете направлять по адресу perst@isssph.kiae.ru
Техническая поддержка Alexey, дизайн Teodor.