磁悬浮技术范文

磁悬浮技术范文（精选12篇）

磁悬浮技术 第1篇

不管黑猫白猫, 捉到老鼠的就是好猫。

一句民间谚语除了语言本身的直白和传诵感外, 更重要的是它来源于市场经济的切身实践, 能够直指市场经济的深刻需求。

随着第27 届中国制冷展大幕的落下, 一些畅销产品及新技术也凸显了出来。此次展会, 除了有热门的多联机、螺杆机产品展示外, 以往并不起眼的磁悬浮产品也大放异彩, 受到了广泛关注。除了每年必展的海尔磁悬浮离心机外, 麦克维尔、EK联手SMARDT、必信、西屋康达、汉钟等品牌也携磁悬浮离心机产品重磅出席, 参展品牌数量创历史之最。

加上美的、格力、克莱门特、顿汉布什、约克、捷丰等品牌, 目前, 在中国市场上销售磁悬浮离心机的品牌数量已接近15 家, 并有投资者源源不断涌进来, 似乎磁悬浮已经成为设备厂家的必备产品。

纷纷上马磁悬浮离心机产品, 是跟风、炒作, 还是大势所趋?

为什么是磁悬浮离心机?

目前, 离心机依然代表着行业最高端的技术, 这也是这么多年来离心机品牌缓慢递增的一个非常重要的原因, 同时, 由于其利润回报以及诸多其他中央空调产品所无法比拟的优势, 也让很多品牌垂涎已久。据统计, 目前有离心机的品牌还不足25 家, 足见拥有离心机产品已成为企业实力的象征之一。

随着离心机技术的进一步发展, 传统离心机在升级改造方面也取得了长足的发展, 并且, 将变频、磁悬浮、光伏、降膜式等技术相互渗透应用, 形成优势互补。本届制冷展上海尔推出的全降膜磁悬浮离心机组、格力高效永磁同步变频离心式冰蓄冷双工况机组、美的高效变频直驱降膜式离心机组、麦克维尔模块化磁悬浮变频离心式冷水机组等等, 都是传统离心机产品的升级版。

从技术应用方面来看, 某权威专家认为, 无论是全降膜磁悬浮离心机组、光伏离心机, 还是高效变频直驱降膜式离心机、磁悬浮变频离心式冷水机组等产品, 它们在技术上是势均力敌, 没有太大的差异的, 其节能性方面均大大领先于其他产品。该专家还打了一个形象的比喻, 磁悬浮离心机好比是智能手表, 而其他离心机则是机械手表, 很难分出优劣。

再从产品应用方面来看, 评价一个产品的优劣, 最公正也最残酷的一点就是用销量说话。据统计, 目前中国离心机市场容量保持在3 500 台/ 套左右, 而磁悬浮离心机产品在国内市场应用仅在300 台/套左右, 即便是市场快速增长, 年销量也就在几十台/ 套而已, 市场份额不足2%, 可谓不值一提。

面对如此小众的市场规模, 品牌缘何趋之若鹜?

首先, 2015 年以来, 我国中央空调行业进入了一个明显的“拐点”, 新签约项目明显减少, 市场整体表现疲软。尤其是2015 年下半年以来的市场无疑让业内人士感受到“扑面而来”的“寒意”。

面对一蹶不振的市场际遇, 品牌不可能坐以待毙, 纷纷寻找新的突破口。行业泰斗吴德绳认为, 磁悬浮技术的应用, 让中央空调产业步入了高能效、低运行费用的时代, 磁悬浮离心机有能力成为传统中央空调的替代型产品。可见, 磁悬浮技术大有可为。

不过, 各品牌的发展策略如何, 笔者不得而知。可以肯定, 在众多品牌中, 并不是每家都把磁悬浮作为主打产品的, 甚至有品牌把磁悬浮离心机仅仅作为产品线的补充而已。

其次, 磁悬浮离心机能够有今天的知名度及美誉度, 这一点海尔功不可没。2006 年上海制冷展上, 海尔展出了中国第一台磁悬浮离心机, 掀开了磁悬浮离心机中国市场发展的新纪元, 也就是这一年, 磁悬浮中央空调在中国市场有了样板工程。之后的数十年里, 海尔每年制冷展上都给磁悬浮离心机重要的位置展示, 以凸显对其的重视。此外, 以海尔为代表的磁悬浮品牌还通过各种形式推广磁悬浮产品。正是有海尔等品牌十年如一日的推广, 才成就了磁悬浮离心机今日的市场口碑。

此外, 国家层面对磁悬浮技术给予了大力支持。2015 年11 月18 日, 由国家节能中心推广处、国家信息中心信息资源开发部联合在北京发布了中国中央空调行业首个《磁悬浮离心机产业发展白皮书》。

行业中之所以极少见到白皮书发布, 是因为白皮书由官方制定发布的阐明及执行的规范报告。对于中央空调行业而言, 能有一份属于自身领域的白皮书可谓至高荣耀, 这对促进行业的发展意义深远。《磁悬浮离心机产业发展白皮书》称, 中国磁悬浮中央空调产品技术、节能性、市场应用等方面均达到国外知名品牌水准, 成为建筑领域节能改造的最佳解决方案。磁悬浮离心机产品能够得到国家的支持与推广, 其发展情景可期。

尚需突破的“瓶颈”有哪些?

不可否认, 经过10 年的发展, 磁悬浮离心机产品的应用数量依然很少, 这也成了磁悬浮技术发展的一个桎梏。磁悬浮技术何时才能普及?笔者认为还需要跨过两道坎儿。

其一、压缩机供应渠道单一。目前全球市场上能够供应磁悬浮压缩机的主要有丹佛斯、麦克维尔、江森自控约克、三菱重工等几家。而在中国市场上, 除某些品牌自给自足外, 仅有丹佛斯等极少数厂家对外有售, 这极有可能造成“一言堂”的局面, 从而导致整机价格偏高。笔者认为, 为占有市场而进行策略性降价是磁悬浮离心机产品发展的必经之路。

可喜的是, 丹佛斯已经正式决定在浙江海盐投资建设Turbocor磁悬浮压缩机工厂了, 并且有望在2016 年底完成生产线的组装, 而在2017 年则有望实现投产。另外, 压缩机巨头汉钟推出磁悬浮离心机产品, 也一定会对上游供应链起到积极的作用。

其二、产品检验尚需时日。据调查, 早在1972年carrier生产出了世界首台离心机, 而磁悬浮离心机产品在2003 年才诞生, 两者之间相差30 多年。而国内磁悬浮离心机第一个项目使用案例距今才10 年整, 时间上略显稚嫩。

磁悬浮技术 第2篇

中低速磁悬浮列车是一种利用电磁力将列车悬浮于轨道上，采用非接触运行方式并由直线电机驱动前进的新型地面有轨交通工具。与普通轮轨列车相比，磁悬浮列车取消了起“支承”和“驱动”作用的车轮和由电机驱动车轮的传动机构，具有安全舒适、噪声小和环境兼容性好等优点，其线路敷设条件宽松、建造成本低，易于运用和维护。

防火安全对中低速磁悬浮列车运营安全尤为重要。其防火应以防为主，消防结合，建立防火技术体系及管理机制：一是避免发生火灾或延缓火势蔓延;二是一旦发生不可预测的火灾，可及时灭火救援，引导乘客疏散至安全区域，确保证乘客人身安全及降低财产损失。为此，结合磁悬浮列车的结构和运用的特点，有必要进行防火安全性的技术分析。

1 列车特点及非金属材料的应用

1.1 列车特性要求

针对磁浮列车特性，在材料选取和结构设计上采取了相应的预防性措施，在车头的底部设置除雪等清障器;采用夹层玻璃车窗增强抗风沙及冰雹等冲击能力;在磁悬浮列车运行时，列车外表面和内部环境相对地面的静止设施会产生静电电位差，为保证人身安全，应实行静电释放，使残余的电能低于350mJ;设置避雷器，防止雷电造成危害;避免使用磁性材料;采取相应的防电磁干扰措施。

1.2 非金属材料应用

铝合金车体内表面及底架下表面喷涂3mm阻尼浆，主要成分为水性合成树脂，是一种不燃防火材料，能很好地保护车体。

内装部件采用的非金属材料应充分考虑材料的防火性能，平顶板、司机室间壁采用铝蜂窝复合结构，外露表面喷漆或喷塑处理;侧顶板、侧墙板、门立罩板采用聚酯玻璃钢材料，具有良好的阻燃性、防火性、少烟和低毒性;地板采用主要成分为中密度纤维胶合板，地板上铺3mm厚阻燃地板布;防寒材主要成分为玻璃棉毡、岩棉，为不燃材料。

座椅面板采用结构泡沫玻璃钢制成，即采用表面玻璃钢，中间夹结构泡沫型式。

空调系统的车顶供风道、车上废排风道、司机室风道等为铝合金材料，外敷保温材聚氨酯或消音棉等防火材料。

2 防火安全策略

磁悬浮列车是在高架、单轨的轨道上运行，两侧车门是不能开启的，其防火技术措施、救援与疏散同其他交通工具相比有一定的特殊性。以保护旅客人身安全和财产为目标，分别从引起火灾的可燃物、温度、空气(氧气)三个条件对磁浮列车防火安全进行深入分析：在材料防火性能要求，限制着火条件的产生，防止或延迟火势的蔓延，降低烟雾毒气的扩散对人身造成的伤害;在防火结构设计，防止人为纵火和因技术故障引起火灾，阻止火势蔓延;在火灾监测与应急功能方面，设置火灾预警与探测系统、合理设计疏散通道以及火灾情况下的应急行车功能(如应急通风与照明)，引导人员疏散至安全地带。通过上述防火策略降低火灾的潜在风险。

3 防火技术措施

针对磁悬浮列车的结构及运行特点，分别从材料、结构、系统安全性等方面提出预防性防火措施。

3.1 材料方面

材料防火主要措施如下：

(1)车辆设计及选用材料的防火要求应符合相应标准，且选取燃烧能力小的材料;

(2)关于耐火性，座椅等设计和内装部件的材料首先应防止火势蔓延;

(3)所用材料的耐火性应经中国相关铁路部门或有资质的其他认证机构试验;

(4)车体内墙板和贴面以及内部设备件非金属材料等都应具有阻燃或滞燃性能;

(5)在选择材料时注意有关的其他重要特性，特别是应尽可能抑制可燃气体的毒性，不应使用含有石棉(Asbestos)的绝缘材料。

3.2 结构方面

结构防火主要措施如下：

(1)结构上防止人为纵火和技术故障引起火灾，进行冗余设计，火灾时紧急基本功能应能维持使用(如通信、应急灯等);

(2)电缆具有绝缘功能，电气部件具有接地、隔热、密封等保护;

(3)减缓和限制火势蔓延。结构设计防止热集中和热袋效应，保证电热元件有充分的进出风，防止表面温度超过200℃。火灾时可自动切断火灾车的空调通风系统和手动关闭其他车空调;

(4)设置防火隔离区，以延迟/阻止火势的蔓延，防止火/烟的蔓延，设置相对安全的.区域，确保车上旅客有时间疏散。

3.3 系统方面

系统防火主要措施如下：

(1)火灾探测：应适应可能发生的火灾情况，设置在烟、热量易于集聚区域，并定义报警、故障报警的后续动作;

(2)火灾预警：当遇到火灾时，灭火系统和疏散管理能及时可靠地报警，赢得灭火、疏散、救援时间，减少人员伤亡及财产损失;

(3)配置灭火器具：在司机室及客室易发生火灾的地方设置灭火器，适用的灭火剂要环保并适应电气装置灭火和油类灭火，应便于取用并配有标识。

4 火灾疏散

火灾疏散主要措施如下：

设置逃生线路、疏散、紧急出口及标识，以方便撤离和疏散，减少(限制)乘客逗留车内时间。

紧急出口的设置位于车辆端部的司机室前端紧急疏散门。紧急疏散门必须是从司机室内部向外开启，通过推或其他方式打开疏散门，并设置紧急备用工具。

5 结语

磁悬浮技术 第3篇

关键词：磁悬浮技术；深部提升；罐笼；3D建模

1引言

随着国家工业化的发展，地表的矿物资源不断减少，矿山大部分已由露天转入地下，开采深度也由几百米发展到几千米，导致提升矿物的难度也越来越大，这对矿井提升系统提出了极高的要求。但是，现如今任何一种提升系统都需要钢丝绳作为媒介，随着开采深度的增加，钢丝绳需要设计的越来越粗，使得钢丝绳自重不断增加、提升机越来越大型化，在达到一定深度时，有绳提升装置将会受到极大的限制甚至无法使用。这成为限制传统提升方式提升深度的一个重要因素。因此，随着矿山开采深度越来越深，迫切需要新的安全高效的提升设备改善提升状况。

近年来，磁悬浮技术发展迅速，实现磁悬浮竖直提升已不是难事。磁悬浮罐笼采用无绳提升技术，提升量不受矿井深度的限制，与传统有绳提升装置相比较，更加适合深井提升。同时，在磁悬浮罐笼正常工作过程中摩擦损耗少，能量利用率高，对设备磨损轻微，相较普通罐笼，磁悬浮罐笼维修费用更低，使用寿命更长。

2磁悬浮罐笼结构设计与原理介绍

2.1磁悬浮罐笼的组成结构

磁悬浮罐笼主要由罐笼、直流电机、导向系统、永磁体、电阻式传感器以及vvvF控制器组成，图1为磁悬浮罐笼的初步设计结构简图。在罐笼八个角分别安装有永磁铁，上部四个永磁体磁极相同，下部四个永磁体磁极相同。在井筒四周安装导向系统，导向系统由电磁导轨与辅助导轨两部分组成，电磁导轨上按照一定间距轴对称排列一定数量的线圈定子，为罐笼提供动力。辅助导轨采用传统的T型导轨、滚动导靴以及导轨架组成，辅助导轨在磁悬浮罐笼正常工作时处于停滞状态即滚动导靴不与导轨接触，仅在电流不稳定以致罐笼左右摇摆时滚动导靴与导轨接触起辅助导向作用以及遇到突发性动力丧失时起到紧急制动作用，用来保证罐笼及其相关设备的安全。直流电机与VVVF控制器、电磁导轨串联，传感器安装在罐笼上。

2.2磁悬浮罐笼的工作原理

在磁悬浮罐笼工作过程中，通过罐笼上的传感器将罐笼的位置信息传递给控制器，再通过控制器不断改变线圈定子的电流方向以及电流大小使罐笼平稳运行。在罐笼运行过程中，通过控制器始终保持罐笼上的永磁体的磁极方向与该永磁体左上角或者右上角的线圈定子的磁极方向相同，始终保持罐笼上永磁体的磁极方向与该永磁体左下角或者右下角的线圈定子的磁极方向相反，这样就使得每个永磁铁上方的线圈定子对永磁体产生吸力，下方的线圈定子对永磁体产生斥力，根据磁悬浮罐笼运行状态控制各线圈电流大小，使罐笼按照设计的速度状态运行。

3磁悬浮罐笼提升三维模型

现如今虚拟现实技术飞速发展，3D建模技术在矿山中的应用已不在少数。为了能够更好的演示磁悬浮罐笼的工作原理以及验证磁悬浮罐笼技术的可行性，我们利用3DMAX软件制作磁悬浮罐笼的三维虚拟模型，虚拟模型展示如图2。

4结论

现如今影响矿山深部开采的原因归纳起来主要有三大因素：高应力、高地温、高井深。其中“高井深”导致的主要问题是提升设备大型化，甚至当开采到一定深度时传统提升设备将无法正常工作，由此也引出了大型提升设备安装、维护困难，经济成本高等问题。

磁悬浮技术高速发展，磁悬浮电梯已然成为现实。结合深部矿井提升特点与磁悬浮电梯而提出的磁悬浮罐笼用来解决深部矿井提升困难等问题。磁悬浮罐笼采用无绳提升技术，解除了钢丝绳对开采深度的限制。同时也减少了设备与设备之间的摩擦损耗，降低成本。

磁悬浮技术 第4篇

对于低温环境或室温中使用的电磁线圈,国内外普遍采用酚醛塑料、氨基塑料、环氧树脂、DAP(邻苯二甲酸二烯丙酯)、DMC(Dough Molding Compounds,不饱和聚酯团状模塑料)、聚苯乙烯等有机材料封装线圈。对于在高温环境中工作的线圈,显然有机材料不能用于此类线圈封装,而需要采用高温绝缘无机材料封装。高温磁悬浮轴承是多电航空发动机的一个关键部件,其工作温度可达550℃左右,而传统滚动轴承的工作温度极限为150℃左右。高温磁悬浮轴承可以靠近发动机燃烧室或燃汽涡轮,不需要设计庞大笨重的冷却系统、润滑系统,从而大大减小了发动机的轴向尺寸,减轻了发动机的重量,简化了发动机的结构,节省了大量的冷却介质,提高了发动机的性能。与传统滚动轴承支撑的航空发动机相比,用高温磁悬浮轴承支撑的航空发动机具有较高可靠性、较轻重量、较小振动、结构较简单等特点。但高温磁悬浮轴承有很多关键技术有待解决,其中高温磁悬浮轴承定子线圈的制造技术就是一个技术难点。美国航空航天局NASA现已解决这一问题,但国内尚未见到满意的解决方法。因此,国内一些研究机构迫切希望能够有更好的解决方法,根据需要,本文对这一课题开始了研究,现取得了满意的结果。

1 高温磁悬浮轴承结构与工作原理

高温磁悬浮轴承的基本原理与常温磁悬浮轴承原理相同,所不同的是,高温磁悬浮轴承工作运行在高温等严酷恶劣环境,由此带来很多高温技术方面的难题,如耐高温材料、电磁线圈封装技术、高温传感器等等。目前常用的主动磁悬浮轴承(AMB),是一种利用可控磁场力将转子悬浮在空中并高速旋转的新型高性能轴承,主要由控制器、功率放大器、电磁铁、转子和传感器等部分组成。高温磁悬浮轴承具有传统润滑式滚动轴承无法比拟的优越性能。图1为一个简单的主动磁悬浮轴承系统的工作原理图。电磁铁安装在定子上,转子悬浮在按径向对称放置的电磁铁所产生的磁场中,每个电磁铁上都装有一个或多个传感器,以连续监测转轴的位置变化情况。从传感器输出的信号,借助于电子控制系统,校正通过电磁铁的电流,从而控制电磁铁的吸引力,使转轴在稳定平衡状态下运转,并达到一定的精度要求。

2 高温磁悬浮轴承定子线圈封装结构

高温电磁线圈的封装结构形式根据轴承定子的结构来选择,径向轴承有8极、12极、16极、32极等结构。目前高温磁悬浮轴承定子线圈封装结构有双极线圈封装结构及单极线圈封装结构。

对于与轴承定子外壳非固定结构的电磁线圈适宜采用双极线圈注射成型方法封装工艺,比如美国航空宇航局NASA的C型线芯线圈采用双极线圈注射成型封装工艺,然后把线圈封装体装配到高温磁悬浮轴承定子中,封装前、后的高温磁悬浮轴承定子线圈如图2所示,装配好的高温磁悬浮轴承定子如图3所示。

国内大都采用磁极电磁铁与轴承定子外壳固定的磁悬浮轴承定子结构,电磁线圈封装适宜采用单极线圈封装结构,封装完毕后的高温线圈再装配到磁悬浮轴承定子磁极中,构成高温磁悬浮轴承定子。高温磁悬浮轴承结构示意图如图4所示。

1-磁悬浮轴承磁极;2-轴承定子线圈封装体;3-转子

3 导线结构

目前用于高温线圈的导线有多种结构:(1)裸铜线+高硅氧玻璃纤维绝缘层;(2)镀镍铜线+高硅氧玻璃纤维绝缘层;(3)镀银铜线+高硅氧玻璃纤维绝缘层+四氟乙烯护套;(4)镀银铜线+高硅氧玻璃纤维绝缘层+硅脂浸渍+四氟乙烯护套;(5)镀镍铜线+高硅氧玻璃纤维绝缘层+耐高温涂覆液浸渍;(6)镀镍铜线+陶瓷绝缘层,或镀银铜线+陶瓷绝缘层。本文采用镀镍铜线+高硅氧玻璃纤维绝缘层结构的导线,导线金属线芯为Φ0.8 mm,导线外径为Φ1.0 mm。

4 封装材料分析

由于玻璃纤维绝缘导线长期工作在550℃左右的高温环境中,使用过程中玻璃纤维绝缘层的机械性能会大大下降,玻璃纤维绝缘层较易脱落,从而导致高温磁悬浮轴承定子线圈匝间或层间短路故障。线圈施加电压为220 V,电流为2 A～4 A,一旦发生短路故障将导致磁悬浮轴承系统损坏,给生产带来巨大的安全隐患与经济损失。为此,必须对高温磁悬浮轴承定子线圈进行封装。

通过分析,高温磁悬浮轴承定子线圈封装材料要求具备以下材料特性:(1)耐高温性;(2)高温绝缘性;(3)良好的粘结性能,即要求封装材料能够与导线、线圈陶瓷骨架具有良好的粘结性能;(4)封装温度应在线圈导线熔点以下,以防止线圈导线损坏;(5)具有较好的热稳定性、抗热震性能,防止长期温度变化引起较大的热应力而导致封装体开裂。

通过对普通陶瓷、玻璃、玻璃/陶瓷复合材料等几种材料体系反复对比试验,最后决定采用硅酸盐无机胶作为高温磁悬浮轴承定子线圈的封装材料。

硅酸盐无机胶主要由水玻璃粘结剂、氧化铝填料、氧化硅固化剂构成,具有固化温度低、粘结强度高、高温绝缘性好等特点,能满足高温磁悬浮轴承定子线圈封装材料的要求。其粘结机理为:固化过程中,随着水分逐渐减少溶液析出SiO2胶体,具有极大活性的新生态的SiO2胶体之间以化学键形式结合在一起,通过缩合和聚合化学反应生成高聚物,线型结构的低分子硅酸溶胶通过缩合和聚合过程最终转变为体型网状结构的高分子物质,水玻璃中不断析出的凝聚硅酸凝胶沉积于氧化铝填料中胶结硬化从而获得强度。

当粘结陶瓷骨架时,在无机胶溶液的碱性作用下,陶瓷表面被活化出端羟基,与无机胶溶液中的SiO2胶体作用形成-Si-O-键,从而发生粘结作用。不稳定的SiO2分子形成[SiO4]四面体,[SiO4]四面体通过4个共角的氧原子相互连接形成一个空间网络,网状结构相互作用使固化后的无机胶具有很高的粘结强度。

当无机胶粘结金属导线时,高活性的新生态SiO2与金属表面上的氧化膜作用形成-Si-O-键,从而形成粘结作用。

5 高温磁悬浮轴承定子线圈封装工艺

高温磁悬浮轴承定子线圈封装工艺如下:

(1)设计线圈陶瓷骨架:线圈骨架用于线圈与磁极的绝缘隔离,同时作为线圈的机械支撑,其结构如图5所示。采用玻璃陶瓷加工成的线圈陶瓷骨架具有良好的高温绝缘性、耐高温性、抗热震性能等,同时具有较宽的使用温度范围,能够在-270℃～800℃范围内长期使用。

(2)制备硅酸盐无机胶:为使得硅酸盐无机胶具有较好的常温、高温粘结性能,较低的固化收缩和较高的热稳定性,采用模数(系指SiO2与Na2O的摩尔比)为2.8的水玻璃,以A12O3作为填料,SiO2为固化剂,再加入适量的蒸馏水制成的一种乳白色的粘稠状胶体溶液。

(3)清洁线圈陶瓷骨架:用工业酒精溶液对线圈陶瓷骨架进行超声清洗,去除骨架表面的油污,以保证无机胶能够均匀粘附于陶瓷骨架表面。

(4)在玻璃纤维绝缘导线上涂覆无机胶:当导线经过涂覆槽时导线表面粘附一层无机胶,同时用绕线机将导线绕于陶瓷骨架上,绕线速度不宜过快,使得线圈线匝间隙充满无机胶。导线涂覆过程示意图如图6所示。

(5)在线圈的最外层涂覆无机胶:绕线机读数为50时,停止绕线,然后在线圈的最外层采用涂覆工艺涂覆一层无机胶。

(6)将封装完毕的线圈置于室温养护1天,然后置于烘箱中,缓慢升温到80℃,保温2 h,然后继续缓慢升温到150℃,保温2 h,设置升温速度不宜过快,不超过2℃/min为宜。

(7)随炉冷却,完成高温磁悬浮轴承定子线圈封装,线圈封装体如图7所示。

6 性能测试

(1)耐低温试验:将线圈封装体置于-15℃冰箱中保持5天,无开裂现象。

(2)耐高温试验:将线圈封装体置于650℃电阻炉保持5天,无开裂现象。

(3)抗热震性能试验:将线圈在-5℃下保持1 h,取出后立即放入650℃电阻炉中,1 h后再放入-15℃冰箱中,经10个周期循环,无开裂现象。

(4)通过绝缘电阻表测试分析,固化后的硅酸盐无机胶具有良好的高温绝缘性能,在600℃的绝缘电阻率大于106Ωm,仍具有很高的绝缘电阻率。

(5)通过力学性能测试,经过600℃高温处理的硅酸盐无机胶的粘结强度为19.0 MPa,仍然具有较好的粘结性能。

7 结论

由于高温磁悬浮轴承定子线圈封装在国内尚属新的尝试,在封装材料、封装结构设计、封装工艺等方面存在着一个摸索的过程。笔者在高温磁悬浮轴承定子线圈封装成功的基础上总结出经验,为国内高温磁悬浮轴承定子线圈封装技术的发展奠定了一定的基础,为国内制造高温磁悬浮轴承定子线圈提供了一个新方法。

摘要：高温电磁线圈是高温磁悬浮轴承系统的关键元件,为了延长高温电磁线圈的可靠性及使用寿命,提高磁悬浮轴承系统的性能,需要对高温电磁线圈进行封装。主要介绍了高温磁悬浮轴承系统,设计了高温磁悬浮轴承定子线圈的封装结构以及线圈陶瓷骨架结构,探讨了电磁线圈的封装材料及线圈封装工艺。

关键词：高温磁悬浮轴承,耐高温绝缘导线,电磁线圈,封装

参考文献

[1]李伟全.DMC线圈封装压制模设计[J].机床电器,2004(6):10.

[2]洪彬.汽油机点火线圈的绝缘封装及其灌封系统的研究[D].天津:天津大学,2006:7-19.

[3]徐龙祥,周波.磁浮多电航空发动机的研究现状及关键技术[J].航空动力学报,2003,8(1):51-59.

磁悬浮技术 第5篇

本文提出了采用悬浮填料滤池对活性污泥混合液进行固液分离的新技术.该技术所采用的.悬浮填料滤池可直接设置在生化反应池末端,取消原工艺中的二沉池.中试试验对悬浮填料滤池的固液分离效果,滤池的运行周期及冲洗方法进行了研究.试验证明,悬浮填料滤池运行稳定,在进水表面负荷高达2.0～3.0 m3/m2・h的情况下出水SS达到城镇污水处理厂污染物二级排放标准(GB18918-),工作周期可达到5天以上.悬浮填料滤池可采用曝气方法进行冲洗,操作管理简单,冲洗效果良好,便于实现自动化运行.

作 者：初开艳 董滨 傅钢 周增炎 屈计宁 CHU Kai-yan DONG Bin FU Gang ZHOU Zeng-yan QU Ji-ning 作者单位：初开艳,董滨,周增炎,CHU Kai-yan,DONG Bin,ZHOU Zeng-yan(同济大学环境科学与工程学院,上海,92)

傅钢,FU Gang(上海环保集团有限公司,上海,200092)

屈计宁,QU Ji-ning(上海市环境保护局,上海,200050)

随州磁悬浮狂想 第6篇

在鄂西北——距离武汉约200公里的地级市随州，一条拥有世界上“最先进技术”、首期投资超过2个亿的磁悬浮列车示范线即将落户。

奔驰在上面的磁悬浮列车理论时速可达1000公里，一般时速500至700公里。算上起步和停车的加减速时间，跑完全线仅需两三分钟。

线路初步选址在随州的两个招牌景点之间——连接曾侯乙墓编钟出土地和炎帝神农故里。曾侯乙是战国人，从他的墓中发现的编钟被称为“国之瑰宝”；炎帝神农故里烈山位于随州市九龙山南麓，史书载“神农母安登，感农而生炎帝”。

当然在今天，磁悬浮还只是一纸协议上的“效益预测”。在青山绿水间，人们看不到它的半点影子。

“世界磁悬浮技术中心”

不论从技术含量还是投资量来看，随州磁悬浮示范线都是个不折不扣的大项目。如果建成，它将接受有关部委的鉴定与验收，并向国家申报“中国磁悬浮列车生产工业园(随州基地)”。同时，作为合作的另一方，北京美尔斯通科技有限公司还将筹备后续的产业园工作，产业园项目投资达50至100亿。

在随州市政府和美尔斯通签订的《高温超导磁悬浮列车项目投资协议书》里，对这个项目的效益预测称：能吸引国内外技术人员前来指导建设，扩大地方对外交流的几率。不仅如此，国内拥有该技术90%以上的知识产权，“一项专利可带动100余项专利配套和相关产业发展，可全面提升随州经济开发区技术升级”。因此，这个磁悬浮示范线基地将力争建为国际级科研、制造基地和国内外磁悬浮人才培训中心、学术交流中心。

而在多项评估中，财政税收的数字尤为突出。“规模化生产年均营销收入可达1000亿元，可为地方财政税收创收不低于10亿元税源。”接受《中国新闻周刊》采访时，美尔斯通公司总经理米旺说。在2007年，随州市全年财政收入不过11.9亿元。

另据米旺介绍，未来的产业园内除了轨道交通外，还有磁悬浮飞轮、磁悬浮轴承等项目，“实际上单做轨道交通按一年建1000公里算，销售额就不止1000个亿”。

与包括华夏祖龙、山东曲阜文化城等诸多大项目相似，随州磁悬浮也打出了“文化牌”——在当地官员和媒体的宣传中，“坐磁悬浮看编钟”成了一大卖点。磁悬浮示范线西起随州城西的编钟出土地，北连历山镇炎帝神农园，两个景点分别距离示范线两端不到2公里。全长13公里的示范线，则全部位于随州“炎帝农耕文明园”规划区域内。

随州经济开发区管委会主任腾佑灵对《中国新闻周刊》记者表示，国内乃至世界都会购买此技术及产品，利益无法估量。甚至有当地人乐观预言，随州这个“世界磁悬浮技术中心”正呼之欲出！

为进一步推进项目，5月30日，美尔斯通公司在京召开了“工作协调会”。不仅随州市常务副市长以及磁悬浮技术的提供者——西南交大教授王家素全程参加，米旺还邀请了来自教育部、科技部的有关人士。与会者称：2008年7月底，最后的建设方案就能敲定。

合作模式：百亿投资哪里来

随州与美尔斯通合作的主要依据，是双方于2008年5月18日签订的《高温超导磁悬浮列车项目投资协议书》。这也是目前唯一的书面协议。作为甲方，随州市政府承诺在协议地价、交割方式、工程报建、招投标等方面给予美尔斯通“最大力度、最大优惠、最快捷(的)程规审办”；乙方美尔斯通公司主要负责项目的规划设计；执有磁悬浮技术的西南交大教授王家素，不在协议内容里。米旺称，美尔斯通公司负责与王家素交流，而随州方面不和技术方直接沟通。(关于磁悬浮技术方面的报道，请参见配文《他们突破了世界科学难题？》)

但在资金投入的细节上，政府和企业有了不同说法——“随州肯定要出地出钱。”6月23日，米旺接受《中国新闻周刊》采访时表示。据他称，美尔斯通将为项目用地拿出部分资金，随州市政府也已经承诺，他们也会出一部分钱。“随州目前决心比我还大，虽然没有细谈，前天已经打电话给我说赶紧过来施工”。

《中国新闻周刊》调查表明，作为力推这一项目的公司，美尔斯通的注册资金为1000万元人民币。但磁悬浮项目的首期投资，至少需要2亿元。

根据北京海淀区工商局提供的资料，美尔斯通公司的业务范畴是服务器代理以及骨传导技术的研发。此前，这家公司主要与高校合作，帮对方的科研成果寻找下家。换句话说，这个公司有些中介的味道。“我们曾成功与清华大学和内蒙古两家电厂进行过合作，”米旺介绍，“我们把清华的技术拿过来，生产产品，卖给电厂。”而在与随州的合作中，美尔斯通也延用这个模式，即在科研成果与当地政府、真正的投资方之间的牵线搭桥，米旺则以技术合作的方式参与股份。

随州经济开发区负责人腾佑灵提到投资问题时则表示：在试验线的2个亿、乃至产业园的100亿投资中，随州市政府都不会出钱。《高温超导磁悬浮列车项目投资协议书》可以证明这一点：美尔斯通是示范线的投资主体。磁悬浮线路建设成功后，配套建设工程及产业园建设工程，由美尔斯通以招商引资合作经营方式组织投入。

“真正的投资方是一家美国风险投资公司。”米旺向记者透露，目前该公司已承诺投入60亿元人民币，加上将争取国家科技部2亿元给试验线建设。但当记者进一步探寻这家美国公司的状况时，米旺表示不能透露。

“不管怎么说，风险是他们的风险。随州市能有什么风险？你来我就给你服务，提供良好的环境，就这些。”腾佑灵强调，“但是我们有信心支持他们把这个项目做好。”

下一步，美尔期通、随州开发区以及“美国风险投资公司”将成立一家股份公司运作磁悬浮项目。作为技术合作方，美尔斯通公司将与西南交大教授王家素一起以技术入股，占股30%。

大项目为何落户随州

那么，美尔斯通和王家素的合作又是如何促成的？

2000年，王家素的高温超导磁悬浮技术就已研发出炉，次年的“世纪号”试车成功。但在随后的3年里，这个先进技术一直待字闺中。

2004年7月，米旺认识了王家素。作为高温超导磁悬浮技术的主要研发负责人，这位专家希望将此项技术应用到军工领域。“我在机械工业部工作了15年，机关锻炼了组织协调能力，在促进科研单位与企业合作方面具有优势。”米旺表示。

经米旺牵线，王家素本打算与航天二院进行技术合作，但未能成型。作为牵线人的米旺开始以公司的名义与王家素合作，共同寻求新下家。

为期3年的“征途”开始了，实际上主要找人投资。“作为一家民营企业，美尔斯通根本拿不出那么多钱搞开发，只有靠别人投资。”米旺说。

“我们和西南交大主要是做了三件事，一是工程化问题一个个解决，通过数据通过实验；二是寻求投资，包括在科技部、发改委以及风险投资商，都在寻找投资。另外一件事是寻找合适的地点。”米旺说。他们先后跑了很多地方，包括北京、桂林、西安，还有中国铁路的发源地唐山——他们特别希望磁悬浮能象征性地落户此处。但因所需资金巨大，项目“商业化”遇到了致命阻力。

他们和随州市政府结缘也是通过一家北京的中介公司。当时那家公司找到随州开发区，开发区马上就汇报给了市委书记马清明。米旺称，事实上，中介公司最早介绍的是天门市，“不知道怎样就转向了随州”。

“没想到选了3年多，结果一个星期就定了下来。”米旺说，“这次选择正与随州规划相吻合，既解决了交通问题又增添了一个新旅游线路，同时还可以使得该项技术的工程化问题得到解决，可谓两全其美。”

“它(美尔斯通)在寻找基地，我们在寻找项目，碰到一起后就产生了火花，哈哈！”讲到这一项目落户随州的过程，腾佑灵抚掌大笑。他介绍道，这条示范线建在两个景点之间，将先修一条两公里的试验线，它的论证方案已经完成。若试验线成功，就扩长到13公里，是为示范线。根据协议内容，两公里的试验线投资需要两亿左右，占地800亩。“试验线是走高架，这样就不用占那么多地嘛！”腾佑灵说。

于是，2008年5月16日晚，在随州市政府会议室，白天刚赶到的米旺和西南交通大学教授王家素分别向该市政府负责人汇报磁悬浮项目。作为这个高科技项目的研发者之一，王家素用了2个小时介绍研究成果和发展前景。两天后，《高温超导磁悬浮列车项目投资协议书》签订。

而双方洽谈成功的背景是，这种大招商模式在随州颇受推崇——在6月19日举办的随州(深圳)经贸合作洽谈会上，随州市委书记马清明表示，该市招商有六字原则：安全、赚钱、开心，“客商无小事、诚信打动人、变通是个宝、人人是环境”。随州还提出了主动对接深圳、香港等沿海城市，承接产业大转移，围绕产业链条招大商、大招商，吸引更多的大项目落户的规划。

每年1000公里磁悬浮铁轨卖给谁？

5月18日——美尔斯通和随州市政府签订协议的当天，《随州日报》在头版刊出了这个消息。6月4日，湖北《长江商报》推出了更细致的报道。但这个信息在网上传开后，引起一片哗然。其中最强烈的质疑是，迄今为止，中国仍是世界上唯一建成并正在进行商业运营高速磁悬浮铁路的国家。这条全长约30公里的磁悬浮铁路位于上海，由于成本太高，从2004年～2006年，上海市不得不承担共约10亿元的亏损。

“随州的高温超导磁悬浮技术，跟上海磁悬浮是不同的技术。”米旺解释说。磁悬浮分为多种，包括永磁体悬浮、超导悬磁浮和常导悬磁浮。建在上海的国内第一条商业化磁悬浮线是即常温悬磁浮。采用这个原理的列车，只能产生上下的悬磁力，不能产生前后的磁浮力，所以运行消耗较大。而超导磁悬浮使用液氮，成本较低，车身本身构造也相对简单。

签订协议的当天，王家素站在会议室讲台上，像讲课一样专门给随州的官员们讲解了磁悬浮技术。“他自己非常有信心，我们听完也很受鼓舞。”一位在现场听课的官员对《中国新闻周刊》记者表示。

但中国科学院院士赵忠贤听到高温超导磁悬浮将落户随州的消息后，非常吃惊。他要求《中国新闻周刊》记者到随州核实此事后再致电他，因为这个技术转化成生产“实在是太荒诞了”。

另一个被广泛质疑的是，这个项目即使建成，能否每年销售1000公里轨道，并产生1000亿的营销收入。在采访美尔斯通公司负责人米旺时，《中国新闻周刊》记者提出了这个问题。他对此的回答很简单：市场前景非常广阔。

但国家发改委和住房和城乡建设部的相关资料显示：“十一五”期间，预计各城市在轨道交通建设方面将投资6000多亿元，到2015年中国城市轨道交通线路，将超过2000公里。如果按照米旺的算法，他们生产的磁悬浮铁轨将占整个规划的一半。

气流悬浮输送技术的专利技术分析 第7篇

气流悬浮输送技术由于其在输送过程中以气流为支撑介质, 从而将被输送物体与输送装置表面分离, 以无接触的方式对物体进行运输, 从而极大地避免了对物体造成的损伤, 尤其是在太阳能电池、玻璃基板等生产领域得到了广泛青睐[3]。然而, 由于气流悬浮输送的摩擦系数很低且通常情况下气流是流动的状态, 因此, 可能会增加物件在输送过程中的不确定状态, 比如波动、与侧壁撞击、粉尘污染、受力不均匀等情况。该技术的发展经历了比较长的时期, 在其发展过程中技术人员不断发现存在的问题并不断做出改进, 目前已取得了较大的发展, 国内外关于该技术的相关专利申请量已有约6000项, 其中, 日本在该技术领域的发展较快且较为完善。

1 流悬浮输送技术的研究重点分布

气流悬浮输送技术由最初简单的气流直吹浮起物件的方式开始, 通过不断地改进, 现已出现了基于吸浮原理、多孔介质原理、气流涡旋原理、组合式气流悬浮等多种技术分支[4,5], 本部分将对各个分支技术的特点以及国内外关于该技术的专利技术发展进行简要的分析。

1.1 伯努利吸浮输送

伯努利吸浮顾名思义, 该技术是指利用了伯努利原理的技术。伯努利原理是流体力学中重要的原理, 该原理表明流体的流速增大必然会伴随流体压力的降低。伯努利吸浮通常是由伯努利吸盘实现的, 如图1所示, 伯努利吸盘通常具有一个压缩气体入口, 压缩气体进入吸盘并流向物件表面时, 气体的流速增大, 导致气体压力降低, 从而在物件上表面附近产生负压, 则物件的上下表面产生了压差, 此压差抵消了物件自身的重力从而实现悬浮, 伯努利吸盘是将物件从上方吸浮起来, 吸盘与物件表面无接触, 二者之间的间隙可以由物件的重量自行调节。伯努利吸浮可以适用的物件较广, 对于易碎、柔软、具有孔或者表面不均匀的工件都能实现吸浮。

日本的FURORO MECHANIC公司在2005年开发了一种用于吸持半导体晶片的伯努利吸盘, 并申请了专利 (JP2007067054A) 。该装置的特点在于:可以以无接触的形式方便实现晶片的转移, 避免了对晶片表面的污染。

中国的上海星纳电子科技有限公司于2013年设计了一款无接触式晶片上料装置 (CN203165871) , 该上料装置利用无接触式吸盘装置抓取晶片, 吸盘采用伯努利原理。该装置的特点在于:它不但实现了无痕抓取且对晶片的表面形状没有特别的要求。

1.2 气旋吸浮输送

伯努利吸浮方式虽然能够达到无接触输送的效果, 但是其需要消耗大量的压缩气体, 因此, 气旋吸浮作为一种可以减少气体消耗的吸浮方式应运而生, 如图2所示。气旋吸浮输送是利用气流的回旋产生负压从而达到吸浮的效果。气旋吸浮输送装置通常具有一个可以产生气旋的腔室, 压缩气体沿切向方向进入腔室产生气旋, 然后从腔室与物件之间的间隙流出, 气旋产生的负压使得物件上下表面产生了压差从而抵消物件的重力, 达到无接触悬浮的效果。

日本汉莫科技株式会社于2006年设计了一种非接触搬运装置旋流形成体 (JP2007324382A) 。该旋流形成体的特别之处在于其具有两个气体旋流腔, 两个气体旋流腔相切且相互连通, 气体由两个旋流腔交接处的侧壁喷入, 从而导致两个旋流腔中的气旋方向相反, 该装置能够很好地抑制被输送物件的旋转。

日本精工爱普生株式会社于2010年设计了一种非接触保持体及非接触保持柄 (JP2011138877A) 。该装置的特点在于:在旋流腔的吸浮面上设置多个引导槽, 引导槽沿着回旋流的回旋方向进行卷绕, 流入的气体沿着卷绕方向进行引导, 从而使从开口流出的气体不与开口周边的气体摩擦降低流速, 能够使回旋气流产生的负压稳定, 使得工件保持稳定的姿态。此外, 该装置的创新之处还在于:在非接触保持柄上设置成矩阵形的四个非接触保持体, 位于对角位置的保持体中气旋方向相同, 而位于边上的保持体中气旋方向相反, 这种设置一方面增强了吸浮的效果, 另一方面也避免了气旋流与物件接触时产生的旋转力导致的物件旋转现象。

1.3 小孔型气流悬浮输送

小孔型气流悬浮输送技术是一种比较简单的悬浮形式, 它通常包括压缩气源和具有多个气孔的输送表面, 压缩气流通过气孔直接正对物件表面喷射产生向上的推力以使物件悬浮。

韩国三发机电有限公司于2005年设计了一种基板传送装置 (KR100527241B1) 。该装置的特点是:在物件的输送表面安装有多个气体喷射单元和多个气体抽吸单元, 在使物件悬浮的同时还能使物件保持平展, 另外, 还包括一个换气单元, 该换气单元分别通过导管连接喷射单元和抽吸单元, 从而达到集成两单元的目的。

日本翔凤技术有限公司于2006年设计了一种空气浮起单元、运送方法以及空气浮起运送装置 (JP2006222209A) 。该装置的特点在于:在输送表面的下游设置倾斜喷嘴, 倾斜喷嘴从输送表面的下游朝向中央喷出空气, 使得物件前端的悬浮量上升, 从而达到防止物件在输送表面的不连续处与其它部件发生干涉。

中国东莞宏威数码机械有限公司于2009年设计了一种气浮式基板输送装置 (CN201626700U) , 该装置的改进在于将气板上表面的喷气量从中心向边缘逐渐增大, 解决了输送过程中气体容易集中在基板下部中心位置导致基板变形的问题。

中国申请人黎鑫于2011年设计了一种气悬浮传送装置 (CN102363476A) 。该装置的改进在于, 将输送表面的喷气口设置为长的缝隙结构, 可以克服传统的点状喷气造成对物件的支撑力不连续的问题, 使工件的支撑力更加均衡, 防止物件发生倾斜或者上下波动现象。

1.4 多孔材质型气流悬浮输送

小孔型气流悬浮输送虽然结构简单, 但是也存在固有的缺陷:直接喷射会导致物件中心产生较大的应力, 然而, 随着科技的不断进步, 有些物件正朝着大型化和超薄化的方向发展, 例如第10代玻璃基板的厚度仅有0.7mm, 那么当采用小孔型装置输送时极易对其造成损坏。多孔材质型气流悬浮输送装置是使用多孔质材料 (例如多孔质烧结金属、可透气的陶瓷等) 与气体供给路径连通, 气流经过多孔质材料喷射到物件表面, 从而使气流较为均匀地流出, 避免产生较大的应力。

日本SMC株式会社于2004年设计了一种工件漂浮装置 (JP2005191553 A) , 该装置通过压力流体向物件施加压力以使物件悬浮并输送, 该装置具有多孔质材料构成的悬浮表面。该专利技术的特点在于:增设了流量减少器, 流量减小器可为环形槽或者表面凹凸, 用于减小在保持表面和工件之间流动的压力流体的流速, 从而增加保持表面和工件之间的压力流体的压力, 达到减小气流消耗量并提高工件漂浮稳定性的目的。

1.5 涡流悬浮输送

随着生产的要求越来越高, 传统的小孔型或者多孔材质型由于无法精确控制物件的悬浮精度和高度, 已逐渐不能满足需要, 探寻一种可以精确悬浮精度和高度的装置成了大势所趋。涡流悬浮输送是指利用高速旋转的气旋作用于物件的下表面, 使物件达到悬浮无接触的一种技术。

日本翁令司工业股份有限公司于2009年设计了一种非接触式搬运装置 (WO2009119377A1) , 如图3所示, 该装置包括涡流形成体1, 涡流形成体1具有从表面贯通到里面的横截面为圆形的贯通孔1a以及向贯通孔1a内喷出空气而产生涡流的喷出口1d。该装置的特点在于:通过在涡流形成体的表面产生朝向上方的涡流使得被输送物件悬浮, 并且在贯通孔的开口部产生的负压会导致向下方的空气流, 产生真空吸附的效果用以保持物件上浮的高度和精度, 同时与以往相比, 降低了气体消耗量和能耗。

1.6 改进型涡流悬浮输送

单一的涡流悬浮输送虽然具有很大的优势, 但在使用中也存在一定的问题, 比如当搬运大型面板 (比如FPD面板和太阳能电池面板) 时, 当被输送物被上升涡流作用一边悬浮一边移动的过程中, 一方面, 若被输送物的边缘部位处于上升涡流的中心部位, 被输送物与涡流形成体仅有部分重叠, 可能导致被输送物因浮力不足而与涡流形成体接触;另一方面, 由于贯通孔中心附近产生负压导致向下方的吸附力, 若被输送物为刚性较小的薄板, 薄板的边缘部位极有可能发生弯曲而与基体或者涡流形成体触碰发生危险。因此, 国内外对涡流悬浮输送做了很多改进。

日本翁令司工业股份有限公司于2009年设计了一种涡流形成体和非接触式运送装置 (WO2010004800A1) , 如图4所示, 该装置的涡流形成体1包括横截面为圆形的从表面贯通到里面的贯通孔11、第一喷出口14和第二喷出口16;第一喷出口14沿贯通孔11内周侧面喷出气体, 产生上升涡流, 同时在贯通孔11的开口附近产生由负压导致的向里的空气流;第二喷出口16向上方喷出上升流。该装置相对于普通的涡流悬浮输送装置具有以下优点:当被输送物的边缘部位与涡流形成体1部分重叠时, 可由第二喷出口16喷出的上升气流对被输送物增加辅助的浮力, 以避免被输送物与其他部件接触而产生危险。

浙江大学于2013年设计了一种气旋流悬浮装置 (CN103662835A) , 如图5所示。该装置包括悬浮平面1, 悬浮平面1设置有通过气体旋流产生负压的向内凹的旋流腔2, 旋流腔2横截面为圆形且底部开有连通大气的通孔3, 旋流腔2内壁设有喷嘴4, 喷嘴4沿壁面切线方向喷射气流以形成旋流。该装置的优势在于:旋流中心产生的负压从上述通孔3中吸入气流以增加支撑物件悬浮所需的气量并减小负压对物件向下的吸力作用, 防止被输送物件与其它部件相接触而产生危险, 并且各个通孔由管道进行连接, 管道上安装流量调节阀, 通过对吸入气体流量的调节来调整物件的悬浮高度与精度。

1.7 其它类型的悬浮输送

针对小孔型悬浮易产生局部应力集中的问题, 涡流悬浮产生的负压易引起被输送物端部与其他物件接触产生的问题。国内外研究机构还同时寻找了其它类型的悬浮输送形式。

日本翁令司工业股份有限公司于2011年设计了一种上升流形成体及使用该上升流形成体的非接触运送装置 (WO2012086279A1) , 如图6所示, 上升流形成体包括有底的且具有圆筒内壁面的圆筒状基体部7c, 至少一个流体喷出孔7j, 流体喷出孔从圆筒状基体部的外周面向圆筒内壁面开口并且顶端部朝向该圆筒状基体部的中心。该装置的特点在于:从流体喷出孔喷出的气体与圆筒内壁面或者与其它喷出口喷出的气体相碰撞, 使气体的喷出速度下降并且成为喷雾状分散的上升流, 可极大抑制气流对被输送物件产生的应力、减小被输送物的振幅并且增大被输送物的悬浮量。此外, 还可以在上升流形成体的周围设置吸引孔将周围的空气抽真空以精确控制被输送物的悬浮高度。

2 气流悬浮输送技术的发展方向

随着科技的日益发展, 对于输送装置的要求也越来越高, 尤其是在LCD、FPD和太阳能电池板等生产领域中, 气流悬浮输送技术作为一种无接触输送方式正在得到越来越普遍的应用, 国内外都进行了大量的研究, 其中国内相关的专利申请已达到2000多项, 国外的专利申请也有3000多项, 日本在该项技术的研究较为全面, 其中日本的翁令司工业股份有限公司、哈莫技术股份有限公司、SMC株式会社等研究较多。

从国内外的研究现状来看, 主要是偏重于气体旋流方面的研究, 在该方面需要解决的问题主要是如何更加精确地控制被输送物件的悬浮高度, 如何更加方便地利用上升旋流中心产生的负压的吸附作用而又避免该负压对被输送物件造成损害, 以及如何进一步节约气流的消耗量和输送能耗。此外, 进一步探索不同种类的悬浮输送技术的结合, 将各种技术的优势相互配合达到取长补短的效果也将成为未来的发展方向之一。

摘要：气流悬浮输送技术属于无接触输送方式中的一种, 其通过气流作用于被输送物体, 从而使物体与输送装置的表面无接触, 相较于传统的输送技术, 其具有摩擦系数低、不损伤被输送物体表面的优点。该技术经过长时间的发展和改进, 目前已经广泛应用于各个自动化生产线领域, 而且出现了基于多种原理的气流悬浮输送技术。本文从专利文献的角度出发, 探讨了该技术在国内外的技术发展路线, 并对各个技术分支的特点做了简要的概括说明, 为相关领域的生产企业或者研究机构提供一定的参考。

关键词：气流,悬浮,无接触,输送,搬运

参考文献

[1]王涛, 杨玉贵, 彭光正.半导体及平板显示制造业中的空气非接触搬运技术[J].液晶与显示, 2009, 24 (3) :404-407.

[2]罗清岳.非接触性大型玻璃基板搬运技术[J].国际光电与显示, 2007 (6) :61-63.

[3]门连通, 白淑璠.非接触式搬运设备在液晶物流中的应用[J].物流技术, 2006 (5) :27-29.

[4]阮晓东, 郭丽媛, 傅新, 邹俊.旋涡式非接触硅片夹持装置的流动计算及试验研究[J].机械工程学报, 2010, 46 (16) :189-194.

绯寒樱细胞悬浮培养技术研究 第8篇

绯寒樱(Prunus campanulataMaxim.)为蔷薇科李属落叶小乔木,又名福建山樱花,其树形优美,早春着花,花色呈粉红至绯红色,颜色鲜艳,满树繁花高雅脱俗,令人心旷神怡,是优良的行道树和风景林树种。近年在福建、湖北、广东等地示范栽培,深受消费者的欢迎。但由于收集种子困难和扦插繁殖技术不成熟[1],各种规格的苗木生产供不应求。目前,绯寒樱离体快繁技术已有少量报道[2,3],但主要集中在丛生芽诱导和生根诱导的研究,国内尚无绯寒樱细胞悬浮培养研究的报导。本文采用绯寒樱嫩枝为外植体材料,诱导出绯寒樱愈伤组织,进一步建立起绯寒樱细胞悬浮培养体系,为加快绯寒樱组培技术奠定基础。

2 材料与方法

2.1 材料

供试材料为绯寒樱野生树的嫩枝[4]。

2.2 方法

2.2.1 无菌外植体的获得

接种材料为当年抽生侧芽饱满的幼嫩茎段,在自来水下冲洗0.5h,然后在超净工作台上用1 g/L的HgCl2溶液消毒6 min,无菌水冲洗5次,70%的酒精浸泡30 s,无菌水冲洗2遍,用灭菌滤纸将残留于外植体表面的水分吸干。接着将外植体放入经灭菌处理的瓶中,1%L汞水浸泡7 min(为确保外植体得到全面彻底的灭菌,要将瓶子加以摇荡),然后用无菌水冲洗5遍以上,备用。

2.2.2 愈伤组织的诱导

在无菌条件下,借助显微镜将外植体顶端剥开,切取长约0.8cm、带生长点及叶原基的茎段,接种于1/2MS+0.5 6-BA+0.01NAAmg/L培养基上15d诱导出愈伤组织。于MS+1.0 6-BA+0.5 NAAmg/L 培养基上继代培养,取继续培养25d的愈伤组织。

2.2.3 樱花细胞悬浮培养体系的建立

将分散性好、疏松的愈伤组织,接种在MS液体培养基中,每150mL的三角瓶中加入液体培养基40mL,为了研究几种常用植物激素对樱花细胞悬浮培养的影响,选取6-BA和NAA以及2,4-D等3种激素(因素),每个因素设3个水平进行激素的筛选(表1)。摇床转速为120r/min,温度25℃。每隔10d继代1次,连续培养4～5代后逐渐形成稳定的细胞系。每隔1d在倒置显微镜下观察细胞形态、分散程度并照相,进行细胞计数,以建立细胞数量生长曲线。

2.2.4 细胞悬浮生长曲线的测定

取0.5g悬浮培养物,接入新鲜液体培养基中,进行振荡培养,每隔1d取样1次,共培养13d,连续做3次平行实验。

2.2.5 悬浮细胞数目的测定

用血球计数板法对悬浮细胞计数,每个结果为4次平行实验的平均值。细胞数按下面公式计算:1mL悬浮液中的总细胞数=A/5×25×104×B(A为5个中方格总细胞数,B为稀释倍数)[5]。

3 结果与分析

3.1 不同激素配比对细胞悬浮培养的影响

在植物细胞培养的过程中激素的种类及配比都会对植物细胞的生长、发育、繁殖、分化和新陈代谢起重要调节控制作用。因此本研究选用了不同激素配比来进行实验,各种激素组合对悬浮培养物的生长状态如图1。

随着生长调节物质浓度的增高,悬浮细胞生长量加大,颜色为淡黄色或黄色。当生长调节物质浓度增至1.5mg/L 6-BA+3.0mg/L NAA+1.5mg/L2,4-D 时,悬浮细胞生长受到了明显的抑制,而且培养液浑浊。因此,生长调节物质组合以1.0mg/L 6-BA+2.0mg/L NAA+1.0mg/L2,4-D为宜,此条件下细胞悬浮液为白色混浊,有许多大颗粒,细胞多数成团,保持较旺盛的分裂能力,见图2。

3.2 不同起始密度对悬浮细胞生长的影响

培养瓶中的培养物密度过高过低都会阻碍培养物的继代培养,即悬浮细胞的生长具有群聚效应,细胞密度太低,悬浮细胞生长缓慢;细胞密度过高时,细胞生长速度过快,细胞液泡变大,悬浮细胞容易积累有害物质,不利于悬浮细胞系的建立。只有密度合适,才能促进细胞生长,利于培养物的分散,形成细微的细胞团颗粒,建成胚性细胞系效应[6]。因此应当添加适当的培养物于培养瓶内,当发现培养瓶中培养物密度过大时,应及时分装进行继代培养。同时还要及时淘汰一些大的组织块和黄褐色的坏死组织。

表2所示的是不同起始密度对悬浮细胞生长的影响。结果表明:悬浮培养细胞最佳起始密度为2.5×104个·mL-1,最适合悬浮细胞的培养。

3.3 培养时间对樱花悬浮细胞生长的影响

不同的培养时间对樱花细胞悬浮培养也会产生影响,樱花细胞在营养充足的情况下,开始快速地有丝分裂,细胞的数目随着时间的变化而变化。通过培养、观察、计数,得到其数目变化的结果见图3。

由图3可知,悬浮培养细胞生长曲线呈现抛物线型,2～6d生长缓慢,8～14 d 进入对数生长期,并趋于稳定,达到最大值1.673×106 个/mL,14d 以后呈现下降的趋势。因此最佳培养时间为14d,樱花细胞悬浮培养的继代周期为10～14d。

3.4 摇床转速对细胞悬浮培养的影响

培养愈伤组织的摇床转速对其增殖量也有影响。30、50、70、90、110r/min,随着转速的增加,悬浮培养细胞增殖量也逐渐增加,但当转速超过 130r/min 后,悬浮培养细胞增殖量开始下降,原因有待进一步研究。因此确定愈伤组织适宜进行悬浮培养的摇床转速为 120r/min。

4 结语

利用樱花嫩茎为外植体进行愈伤组织的诱导,进而建立樱花细胞悬浮培养体系,试验结果表明:愈伤组织以MS +1.0mg/L 6-BA+2.0mg/L NAA+1.0mg/L2,4-D液体培养基为最佳培养条件,培养温度26℃,摇床转速120r/min,细胞悬浮培养细胞最佳起始密度为2.5×104个·mL-1,培养14d,细胞悬浮培养达到最佳值。本实验初步确定了樱花细胞悬浮培养的条件,试验后期细胞系的稳定性较差,可能是由于激素的配比影响,本研究将继续补充相关试验,以提高樱花细胞悬浮培养体系的稳定性,为樱花组织快繁的产业化和规模化发展提供可靠的技术服务平台。

参考文献

[1]吕月良,陈樟,施季森.福建山樱花研究现状、开发前景与育种策略[J].南京林业大学学报:自然科学版,2006,30(1):115～118.

[2]王光萍,黄敏仁.福建山樱花的组织培养及植株再生[J].南京林业大学学报:自然科学版,2002,26(2):73～75.

[3]吕月良,陈璋,施季森,等.福建山樱花不定芽诱导和植株再生规模化繁殖试验[J].南京林业大学学报:自然科学版,2006,30(3):105～108.

[4]和凤美,朱永平,杨晓红,等.冬樱花愈伤组织诱导和抑制褐化初探[J].中国农学通报,2010,26(12):130～134.

[5]王艳红,龚束芳,车代弟.丰花月季愈伤组织的诱导及细胞悬浮培养[J].东北农业大学学报,2007,38(2):161～165.

工业应用型永磁悬浮轴承关键技术 第9篇

主动磁悬浮轴承是利用可控磁场力提供无接触支承、使转子稳定悬浮于空间且其动力学性能可由控制系统调节的一种新型高性能轴承,它是一种典型的机电一体化产品。它的研究涉及到机械学、电磁学、电子学、转子动力学、控制理论和计算机科学,它作为滚动轴承、滑动轴承和空气轴承等传统机械轴承的更新换代产品,成为本世纪最有发展前途的主导轴承之一[1]。但它需要一套复杂昂贵的主动电子控制系统才能工作,成本比滚动轴承高100倍,一般工业场合难以接受,只能在航空航天等高技术领域应用,且需要专业技术水平很高的研究人员设计、维护,在一般的工业应用领域应用较难。

被动磁悬浮轴承是利用永磁体产生的磁场力将转子悬浮起来,不需主动电子控制系统,不仅节省了电力消耗,更重要是减少了可能失效的复杂的控制系统部件,使系统更加可靠,使用寿命更长。被动磁悬浮轴承可分为:永磁悬浮轴承、超导磁悬浮轴承、抗磁体磁悬浮轴承、电动力磁悬浮轴承。其中的永磁悬浮轴承由轴向并行放置的永磁环构成,利用永磁体之间的作用力来实现悬浮物体在部分自由度上的稳定悬浮,它不需控制系统,悬浮功耗小。与主动磁悬浮轴承相比,永磁悬浮轴承存在控制精度低、刚度和阻尼小、装配困难等缺点,为了克服这些缺点,永磁悬浮轴承可以通过堆叠以及恰当的结构设计实现高承载力、高刚度来满足要求[2]。阻尼可以通过引入机械阻尼器、电磁阻尼器来实现转子系统的动力稳定[3]。随着科学技术的发展,机械制造业得到了迅速的发展,同时也对机械设备及节能减耗提出了更高的要求。

1 永磁悬浮轴承的研究和应用现状

在国外,Yonnet最早在他的文献[4]中提出永磁体磁轴承。在永磁体磁场数值计算方面,Yonnet[5]在一定假设基础上建立了适用于轴向磁化和径向磁化磁轴承的通用模型。而后Dellinger[6]在Yonne文献[5]假设基础上,结合等效磁荷法,将环形磁体假设成两个圆柱形,建立了轴向磁化径向磁轴承的数学模型。文献[7]介绍了永磁环作为弹簧和轴承的应用,分析得出永磁体可以产生自身重量100倍大小的力。文献[8]介绍了通过堆叠形式增加永磁轴承刚度的形式。文献[9]介绍了实现高刚度永磁轴承的设计方法,与传统的Yonnet堆叠形式[8]进行了计算对比。在国内,谭清昌等[10]则根据两个点电荷之间作用力关系,以径向磁化径向磁轴承为例,建立了径向磁轴承的数值积分模型;修世超等[11]结合等效磁荷法,根据两个点电荷之间作用力关系,以轴向磁化径向磁轴承为例,建立了径向磁轴承的数值积分模型;郭克希和潘存云[12]用有限元法进行了永磁轴承的转子-磁体在高速运转状态下的应力和变形分析,求得其极限转速(60000r/min),为永磁轴承系统设计提供了有价值的设计依据。高刚[13]提出了轴向磁化类型的径向永磁轴承结构,设计了该类型永磁轴承支承转子系统,并以此为中心进行了相关的理论公式推导、仿真分析研究和实验验证,最后进行了初步的永磁悬浮轴承-转子系统动力学特性分析。

由上述国内外对永磁悬浮轴承的研究现状及发展动态可知,目前永磁轴承正处于理论和实验研究阶段,通常由自行设计的分散组件自行组装而成,由于吸力很大,且没有专业化工厂制造生产,使得组装、安装非常困难,不能像滚动轴承和滑动轴承那样广泛应用于一般工业中,若能研制一种与目前广泛应用于实际工业的滚动轴承类似的永磁悬浮轴承,将使这种磁悬浮轴承应用于实际工业成为可能,给工业生产带来极大的帮助,对于节能环保也是相当有利的。

由Earnshaw定律可知,永磁悬浮轴承不能实现所有自由度的稳定悬浮[14]。因此,在永磁悬浮系统中,至少在一个自由度上需要引入其他支承方式,它可与电磁轴承、机械轴承和超导体磁轴承等相结合,构成各种形式的磁悬浮轴承系统,在能源交通、航空航天、风力发电、机械工业以及机器人等高科技领域有着广阔的应用前景[15]。

永磁悬浮轴承与电磁悬浮轴承相结合的混合磁悬浮轴承同样需要一套主动电子控制系统才能工作,成本高,一般工业场合也难以接受。永磁悬浮轴承与超导体磁悬浮轴承相结合的磁悬浮轴承由于需要一套昂贵的制冷系统且目前超导技术还不过关而不能工业化。只有永磁悬浮轴承与机械轴承相结合的磁悬浮轴承具有成本低、结构简单、易于工程应用等优点。

将永磁悬浮轴承取代机械轴承应用于风力发电机转子系统中,不但可以大幅度地降低转子和轴承间的摩擦力、摩擦力矩,实现风力发电机的“轻风起动、微风发电”,使占我国风力资源70%的一级微风可以发电,扩大了风力资源的利用率,提高了发电效率,还可以免除以往轴承使用和维护的高额费用,降低风力发电成本,这不仅有利于我国风力发电的普及和风电事业的发展,而且对我国实施节能减排工作起着重要的推动作用。

目前,永磁悬浮轴承已在电表、风力发电和永磁悬浮列车等特殊场合得到了实际应用,但它也是与机械支承相结合的,存在装配困难、需要资深专业技术人员设计安装维护的缺点,达不到工业应用要求,还不能普遍应用于一般的工业机械中。因此,目前国内外还没有像滚动轴承那样由专业厂家生产制造的标准化和系列化的磁悬浮轴承。如果能将永磁悬浮轴承做得像滚动轴承那样安装简便并且标准化、系列化,使制造成本与滚动轴承相当,那么它一定能够像滚动轴承那样在工业上得到普遍应用。

2 工业应用型永磁轴承的设计方案

图1所示的是本文设计的工业应用型永磁轴承的结构示意图。它由外环套圈1、内环套圈2、外永磁环3、内永磁环4和轴向定位推力球轴承5组成,可整体形成类似传统滚动轴承的结构,减少了用户自行组装带来的不便,具有使用方便、便于普及应用以及摩擦力小、节能环保等优点,并易于标准化、系列化,可以参照传统滚动轴承的尺寸系列由专业化工厂批量化生产投放市场,满足工业应用的要求,用户购买该产品后可像传统滚动轴承那样直接安装使用,给推广应用带来极大的方便。

1.外环套圈2.内环套圈3.外永磁环4.内永磁环5.轴向定位推力球轴承

3 关键技术研究内容

关键技术研究内容主要包括理论研究和实际应用研究两部分。

3.1 理论研究

理论研究内容为永磁悬浮轴承承载能力、刚度、阻尼和安装维护简便等达到工业应用要求的设计技术理论、永磁悬浮轴承-转子系统动力学特性达到工业应用要求的设计技术理论。

首先,从安培磁力定律出发,建立永磁轴承等效电流模型,推导出永磁轴承的承载能力和刚度、阻尼的表达式;在此基础上,结合永磁轴承结构特点和物理特性,建立承载力和刚度、阻尼矩阵。而且利用Matlab对理论公式进行程序编制。其次,通过对力和刚度、阻尼表达式的无量纲化处理,重点研究永磁轴承尺寸参数对其力学性能的影响规律,并进行相应的优化,提出该类永磁轴承的结构设计步骤和优化方法。再次,利用有限元软件Ansys建立2D、3D模型,得到永磁轴承轴向力的计算结果并与理论表达式得到的数据进行了对比。最后,建立永磁悬浮轴承-转子系统动力学模型,计算不同气隙和不同永磁轴承数目情况下的转子固有频率,分析刚度、阻尼系数对系统临界转速的影响规律,另外还进行模态分析和不平衡响应分析等,为下一步实际应用研究打下基础。

关于永磁悬浮轴承-转子系统动力学理论要以旋转机械非线性动力学理论和主动磁悬浮轴承-转子系统的动力学以及磁性物理学理论为基础,以解决工业中各种由永磁悬浮轴承支承的旋转机械等实际工程问题为目的,根据永磁悬浮轴承-转子系统动力学的特点,创建与实际相吻合的线性和非线性动力学分析模型,并建立相应的计算方法,研究其动力学特性,把永磁悬浮轴承支承的转子系统的动力学响应特性与滑动轴承和主动磁悬浮轴承支承的转子系统动力学特性响应进行分析比较,分析该系统在线性和非线性激励作用下系统响应的不同特点,以及对系统转子动力学特性有较大影响的参数,例如滑动轴承支承的转子系统在大型旋转机械或高速运转的旋转机械表现出复杂的动态响应,从低速向高速运行的过程中,在不同参数影响下,常表现出多种运动状态,如系统由一般运动状态到倍周期分岔,再到四倍周期分岔,然后进入混沌运动状态,或系统响应从周期运动演变为拟周期运动,然后又重新进入周期运动,再从周期运动进入参数域极窄的混沌运动,之后又进入周期运动,再经过倍周期分岔,最后进入混沌运动状态等一系列复杂运动过程;需要考虑的因素主要有油膜涡动导致的油膜震荡、转轴裂纹、基础松动、碰摩、不对中等因素,需要考虑的主要参数有转子偏心量、碰摩间隙、转子裂纹深度和裂纹角等;而主动磁轴承支承的转子系统需要考虑的因素主要有机电的耦合作用、控制系统的灵敏度、转子的偏心量以及转子上的裂纹深度和角度等。但是,永磁悬浮轴承支承的转子系统是否也会表现出类似的动力学特性以及需要考虑的影响因素则需要进一步研究分析,这是前人所没有研究过的。而研究参数激励的非线性动力系统的响应、分岔和混沌问题的常用方法有:平均法、多尺度法、广义谐波平衡法、以及L-S法、奇异性理论、中心流形理论、范式理论、幂级数法、数值计算等,因此,在分析研究过程中可以采用多种不同的研究方法,然后再将其得到的结果进行分析比较,并且把各个研究方法所得的结果与实验结果进行比较分析,最后建立认为合理的永磁悬浮轴承-转子系统的线性与非线性动力学理论,以达到理论指导工业应用的目的。

3.2 实际应用研究

实际应用研究主要包括永磁悬浮轴承转子系统的工业应用试验研究、永磁悬浮轴承在机床电主轴中的工业应用研究、永磁悬浮轴承在风电发电机中的工业应用研究以及和永磁悬浮轴承的标准化系列化达到工业应用要求的设计技术理论。

在上述理论分析的基础上,首先设计出轴承装配、安装、维护像滚动轴承那样简便的永磁悬浮轴承,并制造一台简易永磁悬浮轴承支承的转子试验台,试验永磁悬浮轴承的工业应用性能。其次,达到工业应用要求后,再将它应用于机床电主轴和风电发电机中作进一步的实际工业应用研究。最后,将永磁悬浮轴承像滚动轴承那样进行标准化和系列化研究,以方便工厂企业的普通工程技术人员进行选用。

4 可行性分析

工业应用永磁轴承设计的关键技术是它的结构设计、制造与应用技术,即如何设计并制造出成本与滚动轴承相当、安装使用也像滚动轴承那样方便的永磁悬浮轴承,并把它应用于工业实际(如电主轴、风力发电机)中,也可从理论和工业应用两方面进行可行性分析。

由永磁悬浮轴承支承的转子在空间有6个自由度,设(x,y,z,φ,ψ)为永磁悬浮轴承控制的5个自由度,θ为转子由电机控制的转动角度方向自由度,则最终可建立永磁悬浮轴承-转子系统的动力学模型为

式中q=[x,y,z,φ,ψ]T为广义坐标,M为包含转子质量m和绕各坐标轴的转动惯量jx、jy、jz的矩阵,C为阻尼系数的矩阵,K为刚度系数矩阵,F为包含永磁悬浮轴承对转子沿各坐标轴方向的非线性力部分fx、fy、fz和外界对转子的横向非线性激励力fx′、fy′的矩阵。由式Mq咬+Cq觶+Kq=F可求得永磁悬浮轴承-转子系统的动力学特性,如系统的复特征值、复模态、临界转速、失稳转速以及在谐振力和非线性力作用下的强迫振动响应分叉和混沌现像等。

悬浮力、刚度、阻尼、旋转损耗等都是影响永磁悬浮轴承动特性的重要参数,而如何提高刚度是实际永磁磁悬浮轴承研制的一个难点。我们可以在自己已有的理论分析基础上,通过理论对各种结构的永磁悬浮轴承结构设计进行指导并反复试验,逐步改进轴承结构,提高轴承的刚度,并通过试验台实际测量特性参数,对理论模型进行修正,建立动力学方程。在实际工业应用中,对系统动态特性的实验分析,通常采用频响函数法,通过结构一点激励,在多点进行响应测量,经过频谱分析,可以得到系统的全部模态。阻尼比的测量采用自由衰减法和半功率法。

对工业应用研究主要从动力学角度,研究机械结构参数对永磁轴承-转子系统动力学特性的影响规律,为永磁悬浮轴承的工业应用设计提供理论支持和实践经验。这可以在永磁悬浮轴承转子系统简易模拟试验台(图2)的基础上,以永磁悬浮电主轴为实际应用背景设计建立永磁悬浮轴承-转子系统模拟试验台,对于该轴承在装配、安装、维护中的关键技术主要是永磁悬浮轴承承载能力、刚度和安装维护等达到工业应用要求的轴承工程设计制造技术。这些需要通过系统动力学理论研究和试验研究相结合,最终将现有永磁悬浮轴承技术达到工业应用水平的要求。

5 结语

本文提出了一种新型的工业应用型永磁轴承,对它的工作机理进行了分析,并提出了要解决永磁悬浮轴承工业应用的几个关键设计技术问题,即永磁悬浮轴承承载能力、刚度和安装维护等达到工业应用要求的设计技术问题、永磁悬浮轴承-转子系统动力学特性达到工业应用要求的设计技术问题,以及永磁悬浮轴承的标准化、系列化达到工业应用要求的设计技术问题。根据以上问题拟定了设计方案并对其进行了可行性分析,为永磁悬浮轴承像滚动轴承一样在工业上得到普遍应用奠定了理论基础,为解决其它类似的理论与技术问题提供借鉴和参考,对我国实施节能减排工作起着重要的推动作用。

摘要：提出了一种新的工业应用型永磁悬浮轴承,对其工作机理进行了详细的分析,并论述了要解决永磁悬浮轴承工业应用的几个关键设计技术问题,即永磁悬浮轴承承载能力、刚度和安装维护等达到工业应用要求的设计技术问题、永磁悬浮轴承-转子系统动力学特性达到工业应用要求的设计技术问题,以及永磁悬浮轴承的标准化、系列化达到工业应用要求的设计技术问题。拟定了设计方案并对其进行了可行性分析,为永磁悬浮轴承像滚动轴承一样在工业上得到普遍应用奠定了理论基础。

用于晶体生长的地基无容器悬浮技术 第10篇

探空火箭、航天飞机、返回式卫星和国际空间站上的重力水平可达到10-3～10-9g。这种环境中,由浮力驱动的对流和沉降可被消除或大大减弱,溶质分子传输仅靠缓慢的扩散过程,且易于实现晶体的无容器悬浮生长,可避免来自容器壁的各种不良影响,有利于晶体各个方向上的自由生长,从而得到高质量的单晶,为解决利用X射线单晶衍射技术解析晶体,特别是蛋白质晶体结构中的瓶颈问题提供了一条理想的解决途径[1,2,3]。大量研究表明[1,2,3,4,5,6,7],与地基相比,在空间微重力环境中进行结晶时,形核及二次形核数目减少,晶体生长速率降低,尺寸增大,形貌更好,缺陷和孪晶减少,有序水分子增多,衍射分辨率提高,镶嵌度降低,B因子降低。可见,空间微重力环境可为生长高质量晶体提供一个较为理想的环境。

目前,利用空间微重力环境生长晶体还存在很多问题,如空间重力水平不稳定[3,4,7]、航天器上震动的影响[3,4]、马朗格尼对流(Marangoni convection)的影响[3,7]、研究手段缺乏[3]、总成功率偏低[1,2,3,4,7]、实验机会受限、成本高昂、研究资助力度下降[1,7]等。因此,空间微重力环境地基模拟技术的研发有着十分重要的意义。

初期发展的空间微重力环境地基实验技术有落塔、落管、落井、抛物线飞机等[8]。这些基于自由落体的实验技术持续时间短暂,难以满足晶体生长,特别是蛋白质晶体无容器悬浮生长的需要。

随后,又研发了多种可用于晶体无容器悬浮生长的空间微重力环境地基模拟技术,主要有空气动力悬浮[9,10,11,12]、静电悬浮[13,14,15,16,17]、电磁悬浮[8,18,19,20,21,22]、液体界面悬浮[23,24,25,26,27,28,29]、超声悬浮[30,31,32,33,34,35,36,37,38,39]、磁场悬浮[40,41,42,43,44,45,46,47,48,49,50,51,52,53,54]及其组合应用[22,31,55,56]。这些技术能够实现晶体较长时间的无容器悬浮生长,各有其优势和缺陷。这些地基模拟技术不仅能为空间结晶实验筛选结晶条件,提供对照实验,还可能部分或完全取代成本高昂的空间结晶实验,生长高质量单晶。

本文对这些能够用于晶体生长的无容器悬浮技术逐一进行了总结和评述,重点介绍了可用于蛋白质晶体生长的较为成熟的地基模拟技术,包括液体界面悬浮、超声悬浮和磁场悬浮技术。

1 晶体无容器悬浮生长技术的特点

在常重力场中生长晶体时,由于晶核与溶液之间存在密度差,晶核会沿重力方向发生沉降,在沉降过程中可能会发生融合或碰撞而产生缺陷或孪晶。随后,晶核沉降至容器壁上继续生长。此时,晶体与容器壁互相作用,产生较大内应力,妨碍了晶体一个或多个晶面的生长,特别是紧密接触器壁的晶面,从而导致晶体产生缺陷或扭曲[1,2,3,4,5,6,7,26]。另外,容器器壁容易诱导无机盐或蛋白质形核或二次形核,从而产生过多的晶核,不利于得到高质量单晶[26]。而空间微重力环境或地基模拟微重力环境可实现晶体的无容器悬浮生长,避免了来自容器器壁的各种不良影响,有利于晶体各个方向上的自由生长和等方性生长,易于形成形貌均一的较大单晶。

与传统的有固态界面的晶体生长技术相比,使用无容器悬浮技术生长晶体,特别是蛋白质晶体时,晶体数目减少,尺寸增大,形貌更好,缺陷和孪晶减少,有序水分子增多,衍射质量提高,解析获得并改善了多种具有重要生物学意义的蛋白质三维结构,有力地促进了结构生物学的长足发展。另外,空间微重力或模拟微重力环境下生长晶体,有助于人们探索重力矢量对于结晶的影响,探索晶体生长机理,丰富晶体生长理论体系。因此,无容器悬浮生长技术是一项应用前景广阔的晶体生长技术。

2 用于晶体生长的地基无容器悬浮技术

2.1 空气动力悬浮技术

空气动力悬浮技术(Aerodynamic levitation technique)是通过一定的装置通入流速可控的干燥空气,利用气流对抗重力来实现样品的无容器悬浮处理的技术[9,10,11,12]。Arai等[10]使用缩放空气动力悬浮仪通入一定流速的干燥空气来悬浮样品,生长得到了尺寸可达2mm的高质量Al2O3单晶,生长速率高达60mm/h,并使用CCD实时监测晶体生长过程。空气动力悬浮可避免容器壁对晶体生长的不良影响,有利于提高晶体质量,但是此项技术实施需要复杂的机械装置,样品悬浮稳定性较差,目前在晶体生长中已较少应用。

2.2 静电悬浮技术

静电悬浮技术(Electrostatic levitation technique)是通过电极产生的静电场中的库仑力来克服重力,实现带电样品的无容器悬浮技术[13,14,15,16,17]。静电悬浮技术能在地基模拟空间微重力环境实现样品的稳定悬浮,进行材料加工处理和蛋白质晶体生长,避免来自容器壁的不良影响。该技术适用范围广,悬浮尺度大,能较长时间实现样品的无容器悬浮状态,且其超高真空环境可避免介质对结晶或样品处理的影响,克服了电磁悬浮技术仅适用于导体和高导电率的半导体样品悬浮的缺点。但此技术需要复杂的装置,必须精确控制样品的带电量及悬浮电压,较难为晶体生长提供一个均一的力场,限制了其在结晶中的广泛应用[16,17]。

Chung等[31]利用超声-静电联合悬浮装置,无容器悬浮生长得到了较大的高质量鸡卵清溶菌酶和甜味蛋白晶体。该实验利用静电库仑力悬浮蛋白质液滴,利用超声波控制液滴沿水平方向旋转,在结晶过程中蛋白质液滴受到静电作用、超声波流和辐射压联合作用的影响。

2.3 电磁悬浮技术

电磁悬浮技术(Electromagnetic levitation technique)是通过悬浮线圈通入高频交变电流时产生的高频电磁场,使金属或其他样品表面产生涡旋电流,涡流与交变电磁场相互作用,使样品受到的洛沦兹力与重力平衡,来实现样品的无容器悬浮的技术,电磁力取决于磁场强度与磁场梯度[8,18,19,20,21]。目前,电磁悬浮技术作为一种比较成熟的地基无容器悬浮技术应用于晶体生长、材料固化、成核及深过冷等问题的研究中。但是电磁悬浮不能处理非导电材料和低熔点金属材料,较难为晶体生长提供一个均一的力场[18,19,20,21]。

Hyers等[22]联合应用电磁悬浮和静电悬浮技术研究了钢合金枝晶的演变和准晶体的形核与生长,并计算研究了对流的影响。

2.4 液体界面悬浮技术

2.4.1 油悬浮技术

油悬浮技术(Oil levitation technique)是利用与水不相混溶的油与蛋白质溶液的密度差悬浮蛋白质液滴,进行无容器悬浮生长蛋白质晶体的技术[23,24,25,26]。最常用的是石蜡油和硅油。早期多用石蜡油(ρ=0.83～0.86 g/cm3),它几乎不透水,密封性好,但由于其密度小于水,所以蛋白质液滴会沉降至容器底部,较难实现蛋白质晶体的无容器悬浮生长。另外,石蜡油还可能与蛋白质结晶试剂中的成分发生相互作用,对结晶产生影响。而水在硅油中可以自由扩散,同时可采用不同比例的石蜡油和硅油混合调节水分子的扩散速率,且硅油具有化学惰性,与大多数结晶试剂不发生相互作用,所以后来多采用不同密度的硅油(ρ=0.92～1.27 g/cm3)来实现蛋白质晶体的无容器悬浮生长[25,26]。

Chayen等[26]利用两层不同密度的硅油实现了蛋白质晶体的无容器悬浮生长。基本原理如图1所示,下层含氟的高密度硅油(ρ=1.27 g/cm3)用于悬浮蛋白质液滴,上层低密度硅油聚二甲硅氧烷(ρ=0.92 g/cm3)起密封作用,蛋白质液滴悬浮在两层硅油的界面上进行晶体生长。结果表明[26],与有固态界面的对照实验相比,使用双层硅油无容器悬浮生长的羧肽酶G2、甜味蛋白、鸡卵清溶菌酶的晶体形核数目显著减少,生长速率显著降低,晶体尺寸显著增大[26]。Lorber等[25]证实有6种商业硅油(ρ=0.853～1.28g/cm3)与水不相混溶,并使用其中高低两种不同密度的硅油(ρ=0.873g/cm3和ρ=1.25g/cm3)无容器悬浮生长了6种蛋白质和1种植物病毒的晶体。与Chayen等[26]的研究结果一致,Lorber等[25]的结果表明,与有固态界面的对照相比,硅油无容器悬浮生长的鸡及火鸡卵清溶菌酶、甜味蛋白的晶体形核与异相形核数目显著减少,尺寸增大,晶体质量显著提高,再次证实了硅油构建的无容器悬浮生长技术对蛋白质结晶的有益影响。Lorber等[25]还发现,晶体形核多发生在蛋白质液滴与硅油界面上,随着晶体尺寸的增大可诱导液滴发生旋转[25]。油悬浮技术也曾尝试用于膜蛋白结晶,已得到了叶绿素结合蛋白43、光合体系Ⅰ和Ⅱ的晶体。但由于此法中的油类可能会与膜蛋白中的亲脂成分产生相互作用,所以没有大规模地应用于膜蛋白的结晶实验中[26]。

油悬浮技术不需要复杂特殊设备,操作简单方便,可实现自动化操作,结晶实验的可重复性好,可用于优化结晶条件,也提供了一种简便易行的晶体生长动力学研究方法[25,26]。油悬浮技术不仅可以避免固态容器壁对蛋白质结晶的不良影响,油还可以隔绝空气,保持蛋白质液滴的清洁,避免来自空气中的灰尘或杂质的污染,避免杂质诱导的蛋白质晶体的异相形核,有利于得到少而大的蛋白质单晶[23,24,25,26]。另外,油悬技术还可在结晶实验或运输中保护晶体,避免外部震动对晶体生长的不良影响[26]。此技术的缺陷是硅油或石蜡油可能与少数的脂溶性或挥发性结晶试剂如二氧己环、麝香草酚、苯酚、甘油等发生相互作用,不能用于含这些结晶试剂的蛋白质结晶实验[23,24,25,26]。

2.4.2 凝胶悬浮技术

凝胶悬浮技术(Gel levitation technique)是利用琼脂糖等凝胶介质在地基模拟微重力环境,实现蛋白质晶体的无容器悬浮生长的技术[27,28,29]。凝胶悬浮技术生长蛋白质晶体的原理如图2所示。此项技术可抑制或减少蛋白质溶液中的对流和晶体沉降,有利于得到较大的高质量单晶。另外,琼脂糖凝胶还可以增强晶体的抗辐射能力,在运输或结晶实验中保护晶体,免受外部震动对晶体产生的不良影响[28]。Hasenaka等[28]使用1.6%～2.0%(w/v)琼脂糖凝胶实现了鸡卵清溶菌酶、葡萄糖异构酶和甜味蛋白晶体的无容器悬浮生长,结果表明,与对照相比,凝胶实验组的晶体形核数目减少,尺寸增大,质量显著提高。Otalora等[29]利用毛细管和琼脂糖凝胶实现的逆向扩散技术(Counterdiffusion methods)研究了蛋白质晶体的无容器悬浮生长,结果表明,蛋白质晶体形核显著减少,晶体衍射质量提高,杂质含量减少。也有研究报道凝胶悬浮技术对蛋白质晶体质量无显著影响,尚无报道显示其对蛋白质结晶产生不良影响[27,28,29]。

2.5 超声悬浮技术

超声悬浮技术(Ultrasonic levitation technique)是高声场强度下的非线性效应,利用声波产生的声辐射压力来平衡样品的重力,从而实现样品的无容器悬浮的技术[30,32,33,34,35,36,37,39]。超声悬浮技术一般分为驻波悬浮和近场悬浮。驻波悬浮是由超声换能器将超声波发生器产生的匹配电信号转化为声波震动,通过多级放大后,在发射器和反射器之间经过多级反射叠加放大形成驻波,可有一个或多个压力节点,样品可以悬浮在这些驻波压力节点上。驻波超声悬浮装置主要有三轴式和单轴式两种[33,34,35]。单轴式驻波超声悬浮的原理示意图见图3。解文军等[34,35,37,38]和沈昌乐等[39]研制出磁致伸缩式单轴悬浮装置,通过计算和实验优化相关参数,大幅度提高了单轴式超声悬浮技术的悬浮能力和悬浮稳定性,首次实现了常温下密度最大的固体铱(22.6g/cm3)和液体汞(13.6g/cm3)的悬浮,并首次成功悬浮了蚂蚁、小鱼等生物活体[38],有力拓宽了超声悬浮技术的应用范围。驻波悬浮样品的半径要远小于半波长(λ/2),一般小于λ/4～λ/3[36,37,38,39]。近场悬浮也称压层悬浮,是直接将悬浮样品置于超声发射器附近代替反射器,产生一个强的悬浮力平衡重力,使样品处于无容器悬浮状态[32]。超声悬浮技术已广泛应用于蛋白质晶体生长、材料的熔融与凝固、样品分析等方面的研究[34,35]。理论上,超声悬浮技术可以在任何介质下悬浮任何性质和聚集状态的样品,克服了静电悬浮和电磁悬浮技术对样品导电性和磁性等方面的限制。但实际上,超声悬浮技术多用于空气介质下液体和固体样品的悬浮研究,气体样品悬浮较罕见[30,31,32,33,34,35,36,37,38,39]。

目前,可用于蛋白质晶体形核条件的快速筛选方法非常罕见。Santesson等[33]利用超声悬浮技术建立了超声悬浮蛋白质晶体形核条件的理性筛选方法,最大限度地减少了蛋白质样品的消耗量,适用于从未成功筛选到结晶条件的蛋白质。沈昌乐等[39]报道了在声悬浮条件下硝苯吡啶的结晶、碳酸氢钙的分解及碳酸钙的形核及生长过程,结果表明,碳酸钙先以无定形方式析出,然后在此基础上形成晶核,气液界面对晶体形核无显著影响。超声悬浮的主要缺陷是较难实现液滴长时间稳定悬浮,液滴蒸发较快,液滴内部存在超声流,不能为蛋白质结晶提供一个均匀的力场[34,35]。

2.6 磁悬浮技术

磁悬浮技术(Magnetic levitation technique)是利用强磁场对样品产生的磁化力来平衡重力,实现样品的无容器悬浮的技术。自然界大多数材料为抗磁性,人们研发的大型混合磁体可产生大梯度强磁场,在地基模拟空间微重力环境,实现抗磁性样品的无容器悬浮,但是混合磁体能耗过大,且持续时间较短,难以在蛋白质晶体生长等需时较长的研究中推广应用[40,41]。随着超导技术的迅速发展,超导磁体不但能实现蛋白质液滴的稳定悬浮,为结晶提供一个相对均一的力场,而且解决了混合磁体不能长时间工作的问题,其能耗与混合磁体相比可忽略不计[45,46,50]。2002年日本JASTEC公司率先研发了具备良好模拟空间微重力环境能力的超导磁体,其以液氦作为超导材料冷却剂,充电后可持续工作4年,运行时不消耗电力,只需定期添加液氦和液氮即可。笔者所在的西北工业大学生命学院分别于2005年及2009年引进了两台这样的大梯度强磁超导磁体(JMTA-16T50MF,Japan),实物图及结构示意图分别见图4、图5。其最大磁感应强度为16T,磁化水平B(dB/dz)可达-1500～-1100T2/m,可同时实现0～2g任意重力条件的地基模拟,具备长时间稳定悬浮蛋白质液滴和生物等抗磁性物质的能力,为相关研究提供了优良的平台。利用超导磁体模拟空间微重力环境,磁场强度和磁场梯度两方面共同作用,对蛋白质晶体生长和晶体质量产生重要影响[46,51]。一方面是磁场强度即磁场本身对蛋白质结晶的影响。研究表明,磁场可抑制蛋白质溶液中的自然对流[49,53],增加溶液粘度和双折射(Δn),降低溶质的扩散系数,使晶体产生特定取向[54],晶体的生长速率与溶解速率减慢[43,51],改变晶体形貌,提高晶体质量[49]。另一方面是磁场梯度产生的磁化力可改变蛋白质溶液所处的重力状态,提供模拟微重力环境,实现蛋白质溶液的无容器悬浮,影响蛋白质结晶中的溶质传输过程、形核及晶体生长过程,改善晶体质量[47,48,49,50]。2004年Yin等[50]首次使用超导磁体模拟空间微重力环境生长了鸡卵清溶菌酶晶体,证实由超导磁体提供的模拟微重力环境能有效改善蛋白质晶体质量。Wakayama等[49]的研究表明,超导磁体提供的模拟微重力环境通过抑制对流提高了鸡卵清溶菌酶和果糖-1,6-二磷酸酶的晶体质量。他的另一项研究表明[47],超导磁体提供的不同重力水平对立方猪胰岛素晶体和四方溶菌酶晶体质量无显著影响,说明利用磁场模拟微重力环境只能提高某些类型蛋白质的晶体质量,可为空间蛋白质结晶实验筛选有潜力的蛋白质样品。Lu等[44]研发的蛋白质晶体无容器悬浮生长装置可在超导磁体提供的模拟微重力环境中实现精确进样、精确控温、实时观测和远程控制等,为无容器悬浮生长蛋白质晶体研究提供了便利条件。Lin等[52]在梯度磁场中研究发现,与1.3g的超重环境相比,在0.7～0.8g的低重力环境中生长的果糖-1,6-二磷酸酶晶体的衍射分辨率更高。Yin等[42,54]的研究表明,以顺磁盐作为结晶试剂时,磁场中生长的鸡卵清溶菌酶晶体可产生新的形貌和特定取向,并发现晶体特定取向与溶液pH值密切相关。

由此可见,超导磁体技术为长期进行蛋白质晶体无容器悬浮生长研究提供了一条新途径,是目前最好的空间微重力环境地基模拟技术之一。

3 结语

上述的各种地基无容器悬浮技术各有其优势和缺陷,而一些组合技术可取长补短,拓宽应用范围。如Chung等[31]采用的静电与超声联合技术,无容器悬浮生长了高质量的溶菌酶和甜味蛋白单晶。Paradis等[55,56]发展的静电与空气动力联合悬浮技术、Hyers等[22]发展的静电与电磁联合悬浮技术,在一定程度上避免了单一无容器悬浮技术的缺陷,拓展了其样品的应用范围。这些单一或组合地基无容器悬浮技术为晶体生长,特别是蛋白质晶体生长提供了有益的生长环境,可避免来自容器壁的污染,部分抑制溶液中的对流与沉降,有利于得到较大的高质量单晶。这些空间微重力环境的地基模拟平台,不仅可为空间结晶实验筛选结晶条件和有潜力的蛋白质样品,而且还有可能部分或完全替代昂贵的空间结晶实验,生长高质量晶体,解决利用X射线单晶衍射技术解析蛋白质三维结构的瓶颈问题,有力促进结构生物学的长足发展,同时还可为在地基进行结晶动力学和机理研究提供简单易行的手段。此外,这些地基无容器悬浮技术在高纯材料加工、微量或有毒样品分析、活细胞研究及环境监测等方面都有其独特优势。随着科技进步,这些地基无容器悬浮技术将会有更广阔的应用前景。

“磁悬浮”与“磁浮”的定名 第11篇

早在20世纪30年代，德国人赫尔曼•肯佩尔就申报了磁悬浮（磁浮）技术专利。从60年代开始，世界各发达国家相继开展了铁路提速的试验，但传统轮轨列车的最快运营速度始终只能在300km/h左右，很难再提高。在这种情况下，德国、日本等发达国家开始筹划进行磁悬浮（磁浮）运输系统的开发。中国从70年代开始进行磁悬浮（磁浮）列车的研制，但从实验室中走出来，进入中国公众视野，则是在上海磁浮列车项目开发之后。

上海磁浮列车是世界上第一条投入商业化运营的高速磁浮线路，全长29.863千米。从媒体当前使用的情况来看，多数文章涉及上海磁浮列车项目以及最近的沪杭磁浮列车项目问题，在“磁悬浮”“磁浮”的名称使用上，不同地域、不同风格的媒体也不一致。

检索《人民日报》电子文本（截至2007年12月31日），“磁悬浮”始见于1981年，计206篇，“磁浮”始见于1986年，计56篇。“磁悬浮”用例明显比“磁浮”多。从使用倾向看，比较郑重的场合多用“磁悬浮”，以“全球首条高速磁悬浮交通商业示范运营线（肩题）上海磁浮通过国家验收（主标题）”（《人民日报》2006年4月27日）为例，肩题使用了“磁悬浮”，而主标题使用“磁浮”是因为“上海磁浮”是一个专名。

在上海人的语言使用中，“磁悬浮”“磁浮”的用例数量不相上下，《新民晚报》是上海的一份报道都市百姓生活的报纸，检索2007年的用例情况，结果为：“磁悬浮”42篇，“磁浮”48篇。分析其原因，是因为这条快速交通线路的名称采用了“磁浮”的称谓，浏览上海磁浮交通发展有限公司的网页http://www.smtdc.com，使用的相关中英文名称为：上海磁浮交通发展有限公司Shanghai Maglev Transportation Development Co.,Ltd，上海市磁浮列车示范运营线Shanghai Maglev Demonstration Line，上海磁浮列车 Shanghai Maglev Train。“磁浮”这一缩略的称谓逐渐为上海人所接受。

从缩略语形成的角度来看，由“磁悬浮”缩略为“磁浮”是顺理成章的。随着使用频率的增加，与别的词语的组合面也在扩大，如“磁浮线、磁浮椅、磁浮工程、磁浮交通、磁浮速度、磁浮动力、磁浮产业、磁浮快速列车、超导磁浮列车”等，受两个音节构成一个音部的汉语韵律规律的制约，需要把三音节的“磁悬浮”缩略为双音节的“磁浮”。“轻型轨道”缩略为“轻轨”，“城市铁路”缩略为“城铁”，“地下铁道”缩略为“地铁”等也是同样道理。

从语义的完足性来看，由于利用磁力的原理使车体浮离地面并不存在漂浮等情况，无需突出“悬浮”来说明不是别的“×浮”，因此，“磁浮”可以默认为就是“磁悬浮”，不会产生歧义。

其实，全国科学技术名词审定委员会公布的《铁道科技名词（1996）》（科学出版社1998年）已经对“磁悬浮”“磁浮”做了如下定名：

磁浮铁路 magnetic levitation railway，maglev

磁[悬]浮 maglev，magnetic levitation

磁[悬]浮车辆 maglev vehicle

上列定名中，“磁浮铁路”和“磁[悬]浮、磁[悬]浮车辆”中的“磁浮”“磁悬浮”处理不一致，从现有的处理来看，是倾向于用“磁浮”的。从规范名词的源语言来看，采用“磁浮”这种缩略语也符合英语原文，因为在英语原文中也已经做了缩略。

水剂暂堵剂悬浮剂技术的研究 第12篇

目前市场常见的悬浮剂[6]多以表面活性剂及有机膨润土为主。本实验针对水剂暂堵剂进一步提高其悬浮液悬浮稳定性能, 这直接关系到水剂暂堵剂的使用效果, 也关系到地层保护的效果如何, 因而本实验研究对地层进行有效保护、确保新井产能的可持续性等方面也具有深远的意义。

实验研究的悬浮液其主要理化指标见表1。

研究前后的暂堵剂悬浮分散体系指标对比见表2。

通过上表的对比可以看出, 采用新型悬浮液配制的水剂暂堵剂性能明显优于原用悬浮液配制的产品。经过一年来的实际应用, 更突显出利于现场施工, 利于长期库存, 有效固含量较高, 屏蔽暂堵效果更加理想等优势。

由于油溶性屏蔽暂堵剂[7-9]在实际施工中存在着瓶颈, 因而对其悬浮分散体系中关键成份悬浮液进行研究, 使其更切合实际需要, 更便于施工和贮存。提高暂堵剂体系的悬浮稳定性;避免长期存放形成的沉淀物板结, 有效保持悬浮体系有效固相成份不损失;引入润湿剂、活化剂、增稠剂、分散剂及辅助稳定剂等多种助剂, 取代现有悬浮剂中的部分表面活性剂及所有有机膨润土成份, 由以往的离子电荷作用为辅粘度作用为主, 变为引入极性分子阻断树脂纤维间亲合, 改善纤维面张力, 以微观的极性分子、离子电荷作用为主粘度作用为辅, 在提高对暂堵剂固相成份表面浸润性能、液相分散性能及悬浮稳定性的同时, 屏蔽暂堵有效固相成份含量也得以提高;引入泥浆加重剂活化剂成份, 提高暂堵剂悬浮体系与水基钻井泥浆的配伍性, 使其能与泥浆形成均匀稳定的共混体系。

实验研究改善了暂堵剂固相成份浸润性能, 阻隔其相互亲合力;增加了悬浮体系固相介质的悬浮稳定性;实现有效固相成份增容;提高了与泥浆的配伍性;确保引入的各助剂的特性不发生冲突, 而是相互起到辅助作用。我们筛选填加带有单亲水自由基的, 易亲合屏蔽暂堵剂表面的助剂, 不但可以有效改善其不易浸润的特性, 还对纤维相互的亲合力起到了阻隔的作用;增强其悬浮稳定性可以通过添加少量的增稠剂及辅助稳定剂来实现;摒弃原悬浮液中的粘土成份, 因其虽然带有离子自由基团并产生一定的粘度促进悬浮, 但其本身也是一种无效的悬浮成成份, 而已活化剂、分散剂等助剂取代, 还可以达到固相有效成份增容的效果;为了达到与泥冰具有良好的配伍性, 一方面要控制增稠剂的填加量, 严格控制产品粘度指标, 另一方面可以采用泥浆加重剂活化剂, 可以达到预期的效果;为防止助剂特性发生冲突, 产品中采用的各种助剂均系带有同类离子或极性集团或两性离子的助剂。

改进后的暂堵剂悬浮剂于2010年开始投入生产使用, 经过一年的使用, 取得了非常理想的使用效果。产品在施工过程中, 倒出后包装桶内基本没有沉淀物残留, 添加到泥浆中, 迅速均匀分散, 又提高了施工质量和效率;采用新型悬浮剂配制的水剂暂堵剂产品经过一年的存放后, 今年再次使用时, 简单搅动就重新形成均匀的悬浮体系, 包装特底部没有致密的板结物残留;通过对今年施工井中10口井现场泥浆采样, 并在实验室对泥浆填加暂堵剂前后流变性、粘度指标及密度指标进行测评, 粘度及密度指标基本一致, 滤失量明显降低。

综上所述, 从理化指标、实际使用效果、现场施工情况看, 经过改进后的水剂暂堵的悬浮液都比以往使用的悬浮剂产品具有更大的优势。

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