Новые проводниковые материалы и их влияние на параметры высокоскоростных электромеханических преобразователей энергии
Ключевые слова:
высокоскоростной мини-турбогенератор, аморфный сплав, линейное программирование, постоянный магнит, тангенциальное напряжение, углеродный наноматериал, электротехническая сталь
Аннотация
Представлены результаты анализа последних достижений по созданию новых материалов с повышенной электропроводностью. Установлена возможность в ближайшем будущем применения в электромеханических преобразователях энергии обмоток из углеродного нановолокна, обладающего в диапазоне некриогенных температур электропроводностью в 1,5 раза выше, чем у меди марки ММ. Исследования влияния электропроводности проводниковых материалов на параметры мини-турбогенераторов выполнены на основе численного эксперимента для различных магнитных, ферромагнитных и конструкционных материалов. Установлено, что для высокоскоростных мини-турбогенераторов значение удельной электропроводности проводникового материала не определяет выбор основных размеров мини-турбогенератора и оказывает незначительное влияние на КПД машины и превышения температуры обмотки. Применение материала с повышенной электропроводностью более эффективно для электромеханических преобразователей энергии при частоте 50 Гц, для которых появляется возможность существенного уменьшения расхода хладагента. Предложена методика оценки параметров мини-турбогенераторов по характеристикам проводниковых материалов, основанная на решении задачи линейного программирования.
Литература
Антипов В.Н., Грозов А.Д., Иванова А.В. Выбор магнитных и ферромагнитных материалов для высокоскоростных мини-турбогенераторов. — Электричество, 20i7, № 7, с. 38—46.
Антипов В.Н., Грозов А.Д., Иванова А.В. Применение линейного программирования для эффективного проектирования высокоскоростных мини-турбогенераторов. — Энергетик, 20i8, №4, с. 43-46.
Антипов В.Н., Грозов А.Д., Иванова А.В. Перспективные металлические стекла для высокоскоростных электромеханических преобразователей энергии. — Физика и химия стекла, 20i8, т. 44, № 2, с. 206—2X3.
Осинцев О.Е., Федоров В.Н. Медь и медные сплавы. М.: Машиностроение, 2004, 336 с.
Валиев Р.З., Гундеров Д.В., Мурашкин М.Ю., Семенова И.П. Объемные наноструктурные металлы и сплавы с уникальными механическими свойствами для перспективных применений. — Вестник УГАТУ, 2006, т. 7, № 3(i6), с. 23—34.
Нестеров К.М., Исламгалиев Р.К., Валиев Р.З. Прочность и электропроводность ультрамелкозернистого медного сплава системы Cu-Cr. УГАТУ. Машиностроение, 20i2, т. i6, № 8 (53), с. П0—П7.
Степанов Н.Д. Получение УМЗ структуры в меди и мик- рокомпозиционных медных сплавах методами больших пластических деформаций и ее влияние на свойства прочности и электропроводности: Автореф. дисс.... канд. техн. наук: 05.i6.0i. Екатеринбург, 20i3, 23 с.
Давиденко А.А. Получение высокопрочной наноструктурной медной проволоки с использованием метода угловой гидроэкструзии. — Сб. трудов VII Российской ежегодной конф. молодых научных сотрудников и аспирантов «Физико-химия и
технология неорганических материалов». М: Интерконтакт, Наука, 2010, с. 24-25.
Чувильдеев В.Н., Копылов В.И., Нохрин А.В., Лопатин Ю.Г., Мелехин Н.В., Сахаров Н.В., Пискунов А.В. Термическая стабильность структуры и физико-механических свойств нано- и микрокристаллических металлов и сплавов, полученных методом равноканального углового прессования. — Сб. тезисов 7-й Международной конф. «Фазовые превращения и прочность кристаллов 2012». Черноголовка, 2012, с. 166.
Медведев А.Е., Мурашкин М.Ю., Еникеев Н.А., Овидько И.А., Валиев Р.З. Прочность и электропроводность ультрамел- козернистого алюминиевого сплава Al-2Fe, подвергнутого отжигу и деформации. — Физика и механика материалов, 2015, т. 24, № 3, с. 297—307.
Елецкий А.В. Углеродные нанотрубки. — Успехи физических наук, 1997, т. 9, с. 945—972.
Хугсейн С.М.Р.Х., Ханфар А. Углеродные нанотрубки: проблемы и перспективы их использования. — Успехи современной науки, 2017, т. 4, № 4, с. 166—169.
Дьячкова Т.П., Ткачев А.Г. Методы функционализации и модифицирования углеродных нанотрубок. М.: Изд. дом «Спектр», 2013, 152 с.
Яковлев Е.А., Яковлев Н.А., Ильиных И.А., Бурмистров И.Н., Горшков Н.В. Исследование влияния функционализированных многостенных углеродных нанотрубок на электропроводность и механические характеристики эпоксидных композитов. — Вестник Томского гос. ун-та, 2016, № 3(5), с. 15—23.
Москалюк А.Б., Алешин А.Н., Цобкалло Е.С., Крестинин А.В, Юдин В.Е. Электропроводность полипропиленовых волокон с дисперсными углеродными наполнителями. — Физика твердого тела, 2012, т. 54, вып. 10, с. 1993—1998.
Пат. на изобретение РФ №2621102. Углеродное нанот- рубчатое волокно, имеющее низкое удельное сопротивление/М.Я. Отто, де Й. Йонг и др. — БИ, 2017, № 16.
Володин А.А., Бельмесов А.А., Мурзин В.Б., Фурсиков П.В., Золотаренко А.Д., Тарасов Б.П. Электропроводящие композиты на основе оксида титана и углеродных нанотрубок. — Неорганические материалы, 2013, т. 49, № 7, с. 702—708.
Евдокимов И.А., Прусов Е.С., Киреев А.В. Модифицированные углеродными наноструктурами функциональные металломатричные композиционные материалы на основе алюминия и его сплавов с повышенными механическими и эксплуатационными свойствами. — Ползуновский альманах, 2010, № 2, с. 264—268.
Сайт компании ЗАО НПП «Редмаг» [Офиц. сайт] http://redmagnit.com/61.html. (Дата обращения 17.10. 2018).
Сайт компании Bossgoo.com [Офиц. сайт] http://china-magnets.ru.bossgoo.com/ (Дата обращения 14.09.2018).
Антипов В.Н., Грозов А.Д., Иванова А.В. Оценка систем охлаждения высокоскоростных мини-турбогенераторов. — Электричество, 2017, № 6, с. 36—42.
#
Antipov V.N., Grozov A.D., Ivanova A.V. Elektrichestvo — in Russ. (Electricity), 2017, No. 7, pp. 38—46.
Antipov V.N., Grozov A.D., Ivanova A.V. Energetik — in Russ. (Power Engineering Specialist), 2018, No. 4, pp 43—46.
Antipov V.N., Grozov A.D., Ivanova A.V. Fizika i khimiya stekla — in Russ. (Physics and Chemistry of Glass), 2018, vol. 44, No.2, pp. 206-213.
Osintsev O.Ye., Fedorov V.N. Med’ i mednye splavy (Copper and copper alloys). Moscow, Mashinostroeniye, 2004, 336 p.
Valiyev R.Z., Gunderov D.V., Muraskkin M.Yu., Semenova I. P. Vestnik of UGATU — in Russ. (Bulletin of Ufa State Aviation Technological University), 2006, vol. 7, No. 3 (16), pp. 23-34.
Nesterov K.M., Islamgaliyev R.K., Valiyev R.Z. Prochnost’ i elektroprovodnost’ ul’tramelkozernistogo mednogo splava sistemy Cu-Cr (The strength and electrical conductivity of an ultrafine-grained copper alloy of the Cu-Cr system). Ufa State Aviation Technological University. Mashinostroeniye, 2012, vol. 16, No. 8 (53), pp. 110-117.
Stepanov N.D. Polucheniye YM3 struktury v medi i mikrokompozitsionnykh mednykh splavakh metodami bol’shikh plasticheskikh deformatsiy i eye vliyaniye na svoistva prochnosti i elektroprovodnosti: Avtoref. diss.... kand. tekhn. nauk (Obtaining an ultrafine-grained structure in copper and microcomposition copper alloys using the methods of large plastic deformations and its influence on the strength and electrical conductivity properties): Author’s abstract. diss. ... Cand. Sci. (Eng.). 05.16.01. Ekaterinburg, 2013, 23 p.
Davidenko A.A. Polucheniye vysokoprochnoi nanostrukturnoi mednoi provoloki s ispol’zovaniyem metoda uglovoi gidroekstruzii. — Sb. trudov VII Rossiyskoi ezhegodnoi konf. molodykh nauchnykh sotrudnikov i aspirantov «Fiziko-khimiya i tekhnologiya neorganicheskikh materialov (Obtaining a high-strength nanostructured copper wire using the angular hydraulic extrusion method, in Proceedings of the Seventh Annual Russian Conference of Young Researchers and Post-Graduate Students «Physicochemistry and Technology of Inorganic Materials»). Moscow, Interkontakt, Nauka, 2010, pp. 24-25.
Chuvil’deyev V.N., Kopylov V.I., Nokhrin A.V., Lopatin Yu.G., Melekkhin N.V., Sakharov N.V., Piskunov A.V. Termicheskaya stabil’nost’ struktury i fiziko-mekhanicheskikh svoystv nano- i mikrokristallicheskikh metallov i splavov, poluchennykh metodom ravnokanal’nogo uglovogo pressovaniya. — Sb. tezisov 7-y Mezhgunarod. konf. «Fazovye prevrashcheniya i prochnost’ kristallov 2012» (Thermal stability of the structure and physicochemical properties of nano- and microcrystalline metals and alloys obtained using the equal-channel angular pressing method, in Abstracts of the Seventh International Conference «Phase Transformations and Strength of Crystals 2012»). Chernogolovka, 2012, 166 p.
Medvedev A.Ye., Murashkin M.Yu., Yenikeyev N.A., Ovid’ko I.A., Valiyev R.Z. Fizika i mekhanika materialov — in Russ. (Physics and Mechanics), 2015, vol. 24, No. 3, pp. 297-307.
Yeletskiy A.V. Uspekhifizicheskikh nauk — in Russ. (Advences in the physical sciences), 1997, vol. 9, pp. 945-972.
Khusseyn S.M.R.Kh., Khanfar A. Uspekhi sovremennoy nauki — in Russ. (Successes of modern science), 2017, vol. 4, No. 4, pp. 166-169.
D’yachkova T.P., Tkachev A.G. Metody funktsionalizatsii i modifitsirovaniya uglerodnykh nanotrubok (Carbon nanotubes functionalization and modification methods). Moscow, Publ. House «Spektr», 2013, 152 p.
Yakovlev Ye.A., Yakovlev N.A., Il’inykh I.A., Burmistrov I.N., Gorshkov N.V. Vestnik Tomskogo gos. universiteta. — in Russ. (Bulletin of Tomsk State University), 2016, No. 3 (5), pp. 15-23.
Moskalyuk A.B., Aleshin A.N., Tsobkallo Ye.S., Krestinin A.V., Yudin V.Ye. Fizika tverdogo tela — in Russ. (Solid state physics), 2012, vol. 54, iss. 10, pp. 1993-1998.
Pat. na izobreteniye RF No. 2621102. Uglerodnoe nanotrubchatoe volokno, imeyushcheye nizkoe udel’noe soprotivleniye (Carbon nanotubular fiber having low resistivity, RF Invention Patent No. 2621102)/M.Ya Otto, de Y. Yong and et al. Bulletin of inventions, 2017, No. 16.
Volodin A.A., Bel’mesov A.A., Murzin V.B., Fursikov P.V., Zolotarenko A.D., Tarasov B.P. Neorganicheskiye materialy — in Russ. (Inorganic materials), 2013, vol. 49,No. 7, pp. 702-708.
Yevdokimov I.A., Prusov Ye.S., Kireyev A.V. Polzunovskiy al’manakh — in Russ. (Polzunovsky almanac), 2010, No. 2, pp. 264-268.
Sayt JSC NPP «Redmag» [Ofits. Sayt] http://redmagnit.com/61.html (Data obrashchrniya 17.10. 2018).
Сайт компании Bossgoo.com. [Ofits. Sayt] http://china-magnets.ru.bossgoo.com/ (Data obrashchrniya 14.09.2018).
Antipov V.N., Grozov A.D., Ivanova A.V. Elektrichestvo — in Russ. (Electricity), 2017, No. 6, pp. 36-42.
Антипов В.Н., Грозов А.Д., Иванова А.В. Применение линейного программирования для эффективного проектирования высокоскоростных мини-турбогенераторов. — Энергетик, 20i8, №4, с. 43-46.
Антипов В.Н., Грозов А.Д., Иванова А.В. Перспективные металлические стекла для высокоскоростных электромеханических преобразователей энергии. — Физика и химия стекла, 20i8, т. 44, № 2, с. 206—2X3.
Осинцев О.Е., Федоров В.Н. Медь и медные сплавы. М.: Машиностроение, 2004, 336 с.
Валиев Р.З., Гундеров Д.В., Мурашкин М.Ю., Семенова И.П. Объемные наноструктурные металлы и сплавы с уникальными механическими свойствами для перспективных применений. — Вестник УГАТУ, 2006, т. 7, № 3(i6), с. 23—34.
Нестеров К.М., Исламгалиев Р.К., Валиев Р.З. Прочность и электропроводность ультрамелкозернистого медного сплава системы Cu-Cr. УГАТУ. Машиностроение, 20i2, т. i6, № 8 (53), с. П0—П7.
Степанов Н.Д. Получение УМЗ структуры в меди и мик- рокомпозиционных медных сплавах методами больших пластических деформаций и ее влияние на свойства прочности и электропроводности: Автореф. дисс.... канд. техн. наук: 05.i6.0i. Екатеринбург, 20i3, 23 с.
Давиденко А.А. Получение высокопрочной наноструктурной медной проволоки с использованием метода угловой гидроэкструзии. — Сб. трудов VII Российской ежегодной конф. молодых научных сотрудников и аспирантов «Физико-химия и
технология неорганических материалов». М: Интерконтакт, Наука, 2010, с. 24-25.
Чувильдеев В.Н., Копылов В.И., Нохрин А.В., Лопатин Ю.Г., Мелехин Н.В., Сахаров Н.В., Пискунов А.В. Термическая стабильность структуры и физико-механических свойств нано- и микрокристаллических металлов и сплавов, полученных методом равноканального углового прессования. — Сб. тезисов 7-й Международной конф. «Фазовые превращения и прочность кристаллов 2012». Черноголовка, 2012, с. 166.
Медведев А.Е., Мурашкин М.Ю., Еникеев Н.А., Овидько И.А., Валиев Р.З. Прочность и электропроводность ультрамел- козернистого алюминиевого сплава Al-2Fe, подвергнутого отжигу и деформации. — Физика и механика материалов, 2015, т. 24, № 3, с. 297—307.
Елецкий А.В. Углеродные нанотрубки. — Успехи физических наук, 1997, т. 9, с. 945—972.
Хугсейн С.М.Р.Х., Ханфар А. Углеродные нанотрубки: проблемы и перспективы их использования. — Успехи современной науки, 2017, т. 4, № 4, с. 166—169.
Дьячкова Т.П., Ткачев А.Г. Методы функционализации и модифицирования углеродных нанотрубок. М.: Изд. дом «Спектр», 2013, 152 с.
Яковлев Е.А., Яковлев Н.А., Ильиных И.А., Бурмистров И.Н., Горшков Н.В. Исследование влияния функционализированных многостенных углеродных нанотрубок на электропроводность и механические характеристики эпоксидных композитов. — Вестник Томского гос. ун-та, 2016, № 3(5), с. 15—23.
Москалюк А.Б., Алешин А.Н., Цобкалло Е.С., Крестинин А.В, Юдин В.Е. Электропроводность полипропиленовых волокон с дисперсными углеродными наполнителями. — Физика твердого тела, 2012, т. 54, вып. 10, с. 1993—1998.
Пат. на изобретение РФ №2621102. Углеродное нанот- рубчатое волокно, имеющее низкое удельное сопротивление/М.Я. Отто, де Й. Йонг и др. — БИ, 2017, № 16.
Володин А.А., Бельмесов А.А., Мурзин В.Б., Фурсиков П.В., Золотаренко А.Д., Тарасов Б.П. Электропроводящие композиты на основе оксида титана и углеродных нанотрубок. — Неорганические материалы, 2013, т. 49, № 7, с. 702—708.
Евдокимов И.А., Прусов Е.С., Киреев А.В. Модифицированные углеродными наноструктурами функциональные металломатричные композиционные материалы на основе алюминия и его сплавов с повышенными механическими и эксплуатационными свойствами. — Ползуновский альманах, 2010, № 2, с. 264—268.
Сайт компании ЗАО НПП «Редмаг» [Офиц. сайт] http://redmagnit.com/61.html. (Дата обращения 17.10. 2018).
Сайт компании Bossgoo.com [Офиц. сайт] http://china-magnets.ru.bossgoo.com/ (Дата обращения 14.09.2018).
Антипов В.Н., Грозов А.Д., Иванова А.В. Оценка систем охлаждения высокоскоростных мини-турбогенераторов. — Электричество, 2017, № 6, с. 36—42.
#
Antipov V.N., Grozov A.D., Ivanova A.V. Elektrichestvo — in Russ. (Electricity), 2017, No. 7, pp. 38—46.
Antipov V.N., Grozov A.D., Ivanova A.V. Energetik — in Russ. (Power Engineering Specialist), 2018, No. 4, pp 43—46.
Antipov V.N., Grozov A.D., Ivanova A.V. Fizika i khimiya stekla — in Russ. (Physics and Chemistry of Glass), 2018, vol. 44, No.2, pp. 206-213.
Osintsev O.Ye., Fedorov V.N. Med’ i mednye splavy (Copper and copper alloys). Moscow, Mashinostroeniye, 2004, 336 p.
Valiyev R.Z., Gunderov D.V., Muraskkin M.Yu., Semenova I. P. Vestnik of UGATU — in Russ. (Bulletin of Ufa State Aviation Technological University), 2006, vol. 7, No. 3 (16), pp. 23-34.
Nesterov K.M., Islamgaliyev R.K., Valiyev R.Z. Prochnost’ i elektroprovodnost’ ul’tramelkozernistogo mednogo splava sistemy Cu-Cr (The strength and electrical conductivity of an ultrafine-grained copper alloy of the Cu-Cr system). Ufa State Aviation Technological University. Mashinostroeniye, 2012, vol. 16, No. 8 (53), pp. 110-117.
Stepanov N.D. Polucheniye YM3 struktury v medi i mikrokompozitsionnykh mednykh splavakh metodami bol’shikh plasticheskikh deformatsiy i eye vliyaniye na svoistva prochnosti i elektroprovodnosti: Avtoref. diss.... kand. tekhn. nauk (Obtaining an ultrafine-grained structure in copper and microcomposition copper alloys using the methods of large plastic deformations and its influence on the strength and electrical conductivity properties): Author’s abstract. diss. ... Cand. Sci. (Eng.). 05.16.01. Ekaterinburg, 2013, 23 p.
Davidenko A.A. Polucheniye vysokoprochnoi nanostrukturnoi mednoi provoloki s ispol’zovaniyem metoda uglovoi gidroekstruzii. — Sb. trudov VII Rossiyskoi ezhegodnoi konf. molodykh nauchnykh sotrudnikov i aspirantov «Fiziko-khimiya i tekhnologiya neorganicheskikh materialov (Obtaining a high-strength nanostructured copper wire using the angular hydraulic extrusion method, in Proceedings of the Seventh Annual Russian Conference of Young Researchers and Post-Graduate Students «Physicochemistry and Technology of Inorganic Materials»). Moscow, Interkontakt, Nauka, 2010, pp. 24-25.
Chuvil’deyev V.N., Kopylov V.I., Nokhrin A.V., Lopatin Yu.G., Melekkhin N.V., Sakharov N.V., Piskunov A.V. Termicheskaya stabil’nost’ struktury i fiziko-mekhanicheskikh svoystv nano- i mikrokristallicheskikh metallov i splavov, poluchennykh metodom ravnokanal’nogo uglovogo pressovaniya. — Sb. tezisov 7-y Mezhgunarod. konf. «Fazovye prevrashcheniya i prochnost’ kristallov 2012» (Thermal stability of the structure and physicochemical properties of nano- and microcrystalline metals and alloys obtained using the equal-channel angular pressing method, in Abstracts of the Seventh International Conference «Phase Transformations and Strength of Crystals 2012»). Chernogolovka, 2012, 166 p.
Medvedev A.Ye., Murashkin M.Yu., Yenikeyev N.A., Ovid’ko I.A., Valiyev R.Z. Fizika i mekhanika materialov — in Russ. (Physics and Mechanics), 2015, vol. 24, No. 3, pp. 297-307.
Yeletskiy A.V. Uspekhifizicheskikh nauk — in Russ. (Advences in the physical sciences), 1997, vol. 9, pp. 945-972.
Khusseyn S.M.R.Kh., Khanfar A. Uspekhi sovremennoy nauki — in Russ. (Successes of modern science), 2017, vol. 4, No. 4, pp. 166-169.
D’yachkova T.P., Tkachev A.G. Metody funktsionalizatsii i modifitsirovaniya uglerodnykh nanotrubok (Carbon nanotubes functionalization and modification methods). Moscow, Publ. House «Spektr», 2013, 152 p.
Yakovlev Ye.A., Yakovlev N.A., Il’inykh I.A., Burmistrov I.N., Gorshkov N.V. Vestnik Tomskogo gos. universiteta. — in Russ. (Bulletin of Tomsk State University), 2016, No. 3 (5), pp. 15-23.
Moskalyuk A.B., Aleshin A.N., Tsobkallo Ye.S., Krestinin A.V., Yudin V.Ye. Fizika tverdogo tela — in Russ. (Solid state physics), 2012, vol. 54, iss. 10, pp. 1993-1998.
Pat. na izobreteniye RF No. 2621102. Uglerodnoe nanotrubchatoe volokno, imeyushcheye nizkoe udel’noe soprotivleniye (Carbon nanotubular fiber having low resistivity, RF Invention Patent No. 2621102)/M.Ya Otto, de Y. Yong and et al. Bulletin of inventions, 2017, No. 16.
Volodin A.A., Bel’mesov A.A., Murzin V.B., Fursikov P.V., Zolotarenko A.D., Tarasov B.P. Neorganicheskiye materialy — in Russ. (Inorganic materials), 2013, vol. 49,No. 7, pp. 702-708.
Yevdokimov I.A., Prusov Ye.S., Kireyev A.V. Polzunovskiy al’manakh — in Russ. (Polzunovsky almanac), 2010, No. 2, pp. 264-268.
Sayt JSC NPP «Redmag» [Ofits. Sayt] http://redmagnit.com/61.html (Data obrashchrniya 17.10. 2018).
Сайт компании Bossgoo.com. [Ofits. Sayt] http://china-magnets.ru.bossgoo.com/ (Data obrashchrniya 14.09.2018).
Antipov V.N., Grozov A.D., Ivanova A.V. Elektrichestvo — in Russ. (Electricity), 2017, No. 6, pp. 36-42.
