[发明专利]一种用于高速运行高温超导磁悬浮系统的无磁低温容器及其制造方法

说明书

技术领域

本发明属于高温超导磁悬浮技术，涉及一种适用于高速运行条件下高温超导磁悬浮系统的无磁低温容器及其制造方法。

背景技术

高温超导磁悬浮技术以其自身所特有的磁通钉扎能力，无需外部控制即可实现稳定的悬浮，具备被动悬浮的明显特征，从而避免了主动控制技术和设备的研发与投入，具有结构简单、原理可靠、性能优越等诸多特点，是一种理想的实用磁悬浮技术。

高温超导磁悬浮技术在高速磁悬浮交通、电磁发射、飞轮储能、磁悬浮轴承等领域具有广阔的应用前景，其所具备的低能耗、高可靠性、无污染等诸多优势也使其成为发展绿色能源产业的理想选择之一。2000年底，载人高温超导磁悬浮（HTS-Maglev）实验车“世纪号”在中国成都实验成功，标志着高温超导磁悬浮技术在交通领域应用的重大突破。

与利用电磁吸力实现悬浮的电磁悬浮（EMS）列车和利用电磁感应排斥力的电动悬浮（EDS）列车相比，高温超导磁悬浮（HTS-Maglev）列车无需外部能源供给，依靠高温超导块材与永磁轨道之间的电磁感应作用产生的永久电流实现稳定的自悬浮。高温超导块材工作于临界温度以下是维持永久电流所需要的基本条件之一，因此高温超导磁悬浮列车系统需要引入低温容器以保证高温超导块材工作于临界温度以下。

以较常用的高温超导材料钇钡铜氧（YBaCuO）为例，其临界温度为92K，而液氮的温度为77K，可以满足其工作要求，因而需要设计一种可以盛装液氮的车载低温容器以满足高温超导磁悬浮列车运行要求。相比于低温超导材料（LTS）需要使用4.2K液氦以及相关容器，77K液氮低温容器的设计与使用要简单得多，且造价低，维护简便，这也是高温超导磁悬浮技术的优势之一。

在准静态测试（测试速度低于1m/s）或低速运行(运行速度低于30km/h)时，可以使用金属材料制作的液氮低温容器，但必须保证此金属材料为顺磁性材料或相对磁导率≈1，以避免对永磁轨道的磁路结构造成影响。针对准静态或低速运行使用的金属低温容器的性能要求还包括保温时间长、结构强度高、底部厚度小等，通过合理的设计，可以满足这些指标。

在高速或超高速运行(运行速度高于100km/h)时，由于永磁轨道沿列车前进方向的磁场存在一定程度上的不均匀性，会在金属低温容器底部感应产生电涡流，并会对磁悬浮列车运行带来诸多不利影响。首先此电涡流会对高温超导块材和永磁轨道的耦合磁场产生影响，削弱高温超导块材的悬浮效能；其次此电涡流会产生热量，加速低温容器内液氮的挥发，缩短低温容器的工作时间；同时此电涡流还会与轨道的不均匀磁场发生耦合作用，产生拖拽电磁力，抵消部分磁悬浮列车的驱动力，降低驱动效能。

由于此电涡流与运行速度成平方的正比关系，运行速度越高，则感应产生的电涡流越强，对磁悬浮列车造成的影响越大，因此需要对金属低温容器进行改进或替换，以找到一种适合于高速运行高温超导磁悬浮系统的低温容器制作方法。

发明内容

本发明的目的：提供一种适用于高速运行高温超导磁悬浮系统的低温容器及其制作方法，使该低温容器不仅满足保温时间长、结构强度高、底部厚度小等基本技术特征，同时最大程度地阻碍或削弱高速运行时在低温容器底部产生感应电涡流现象，从而提高高温超导磁悬浮系统的高速工作效能。

技术方案：一种用于高速运行高温超导磁悬浮系统的无磁低温容器，包括非导磁金属材料骨架1，高温超导块材紧固装置2，低温容器固定法兰3，超级绝热材料4，低温容器盖7，通气孔8，其特征在于，超级绝热材料4覆裹于非导磁金属材料骨架1外部；低温容器盖7通过低温容器固定法兰3与非导磁金属材料骨架1及超级绝热材料4连接,形成一个空腔；高温超导块材5位于该空腔内部；通气孔8开设于低温容器盖7上；低温容器固定法兰3通过螺栓固定的方式与磁悬浮列车车体固定在一起；非导磁金属材料骨架1底部厚度不超过3mm；

所述非导磁金属骨架1采用顺磁性金属材料，如紫铜，铝合金或不锈钢，要求其相对磁导率≈1；

所述非导磁金属材料骨架1的底部经采取镂空、刻蚀或者编织工艺等特殊工艺处理，将非导磁金属材料骨架1的底部的导电层分割成小区域，以缩小感应电涡流的流动空间，阻碍或尽可能减小感应电涡流的产生，以消除该电涡流在高速下对整个磁悬浮系统造成的不利影响；

所述超级绝热材料4一般采用二氧化硅纳米孔材料，起到隔热保温的作用；在覆裹过程中，可采用不同的覆裹工艺，如直接缠绕、分层换向缠绕或者纤维编织工艺；