CN113174666A - 具有热隔离作用的高温超导磁悬浮加捻装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有热隔离作用的高温超导磁悬浮加捻装置，环形高温超导体定子放置在环形罩壳内；螺旋铜管设置在铜铸环形罩壳的外侧边和底部，螺旋铜管的外侧边和底部装上辐射屏蔽罩，使环形高温超导体定子、铜铸环形罩壳和螺旋铜管置于真空腔环境中；辐射屏蔽罩上方的环形永磁体转子受到来自于环形高温超导体定子的斥力而稳定悬浮。本发明将高温超导磁悬浮轴承定子置于环形连续流动低温恒温器中，使纱线质量不会收到液氮温度的影响，同时使外部的热量也难以传输到系统内部，保证了高温超导磁悬浮轴承的超导稳定性；本发明利用定子中环形高温超导环与转子永磁环之间的斥力实现回转部件的无接触磁悬浮状态，消除机械摩擦造成的磨损和产热。
Description
技术领域
本发明涉及一种加捻装置，尤其涉及一种细纱机的加捻装置。
背景技术
环锭纺是纺纱生产中占比最大，又十分重要的纺纱方式。和新型的转杯纺、喷气纺及涡流纺等纺织技术相比，环锭纺生产效率不高，但纱线质量好。制约环锭纺产能的主要原因是因为在加捻过程中由于摩擦热的影响，锭速不能过高。
细纱机的加捻装置是细纱机上的一个重要组成部分，其主要功能是增加丝线的弹性、强度和耐磨性能，以减少起毛和断头，提高丝织物的牢度。目前的钢丝圈与钢领加捻卷绕的加捻装置由于摩擦力的限制，不能满足细纱机在高速下稳定运转的要求，当锭速超过25000r/min时，会导致钢领与钢丝圈的磨损增大，钢丝圈过热烧毁纱线等问题。导致加工时间长，单位工位产能极低。为提高细纱机的生产效率，需要一种能够提供更高转速的新型加捻装置。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有热隔离作用的高温超导磁悬浮加捻装置，该装置应用于细纱机加捻机构中，具有体积小、重量轻、高转速、无摩擦、纱线捻度高、工作效率高等优点，解决了现有技术中由于扭转元件受摩擦影响转速不能过高的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种具有热隔离作用的高温超导磁悬浮加捻装置，包括高温超导磁悬浮轴承以及低温恒温器，所述高温超导磁悬浮轴承包括环形高温超导体定子，环形永磁体转子，铜铸环形罩壳，螺旋铜管，辐射屏蔽罩，所述环形高温超导体定子放置在环形罩壳内；所述螺旋铜管设置在铜铸环形罩壳的外侧边和底部，所述螺旋铜管的外侧边和底部装上辐射屏蔽罩，使所述环形高温超导体定子、铜铸环形罩壳和螺旋铜管置于真空腔环境中；所述辐射屏蔽罩上方的所述环形永磁体转子受到来自于环形高温超导体定子的斥力而稳定悬浮。
进一步，所述环形永磁体转子采用NdFeB材料。
进一步，所述环形永磁体转子上固定连接导纱环，所述环形永磁体转子在纱线的驱动下旋转，从而给纱线加捻。
进一步，所述环形高温超导体定子采用氧化钇钡铜材料制成YBCO环。
进一步，所述YBCO环的内径为50mm，外径为80mm，由10个单颗粒、熔融织构的块状斜方体组装而成，所述斜方体经过排列，在YBCO环中能够实现对称的悬浮力分布。
进一步，所述YBCO环通过环氧树脂粘在铜铸环形壳体上，所述铜铸环形壳体通过焊接与螺旋铜管相连，所述铜铸环形壳体由三个加强件支撑的定心环定位在低温恒温器中以保持稳定。
进一步，所述YBCO环上方具有2mm的绝缘真空高度，以确保低温恒温器表面无雾。
进一步，所述低温恒温器是一个中间开孔的环形容器，外径处采用CF法兰和O形密封圈密封，内径处采用O形密封圈密封；所述低温恒温器内部设置有螺旋铜管(3)，冷却液LN2以铜管螺旋形式通过低温恒温器，将YBCO环冷却到液氮温度77K，封闭后形成的真空室能够保证纱线质量不受液氮温度的影响。
进一步，所述低温恒温器有四个接头，右侧是真空泵的真空阀接头，前面是热电偶引线，左侧是液氮管道的入口和出口。
本发明的有益效果是：
本发明提出了一种将高温超导磁悬浮轴承定子置于环形连续流动低温恒温器中的设计方案，使纱线质量不会收到液氮温度的影响，同时使外部的热量也难以传输到系统内部，保证了高温超导磁悬浮轴承的超导稳定性。本发明利用定子中环形高温超导环与转子永磁环之间的斥力实现回转部件的无接触磁悬浮状态，消除机械摩擦造成的磨损和产热。
本发明在传统的高温超导磁悬浮轴承基础上，为高温超导磁悬浮轴承定子设计了环形连续流动低温恒温器，该恒温器主体是一个中间开孔的环形容器。将此容器用上盖封闭后，就形成了一个真空室，即超导环的隔热层。外径处(上方)采用CF法兰和O形密封圈密封，内径处(下方)采用O形密封圈密封。这使得纱线不受液氮温度的影响，保证了纱线的质量。
本发明采用高温超导磁悬浮轴承的加捻机构，将导纱环固定在由NdFeB(钕铁硼)材料制成的永磁环上，永磁环(转子)稳定的悬浮在由YBCO高温超导体材料制成的定子上方，永磁环在纱线的驱动下旋转，从而使纱线产生捻度。这种加捻的方式减少了扭转元件中的摩擦热，因此可以大大提高锭子的转速，有望把细纱机的效率提高2～3倍。
附图说明
图1为本发明的连续流动低温恒温器设计原理图；
图2为本发明的环形连续低温恒温器结构示意图；
图3为本发明中用于放置YBCO材料的铜铸壳体的俯视图；
图4为本发明的整体试验装置及供应系统示意图；
图中：1、环形高温超导体定子；2、环形铜铸罩壳；3、液氮铜管；4、辐射屏蔽罩；5、液氮铜管；6、辐射屏蔽罩；7、真空腔；8、环形永磁体转子；9、热电偶引线孔；10、液氮管入口；11、液氮管出口；12、CF法兰；13、环形连续流动低温恒温器；14、真空阀接头；15、加强件及定心环；16、铜铸壳体；17、辐射屏蔽罩；18、螺旋铜管；19、支架；20、真空泵；21、真空阀；22、低温恒温器及YBCO组件；23、加捻元件(环形永磁体转子)；24、锭子；25、牵伸罗拉；26、粗纱；27、气圈；28、环形工作台(上/下移动)；29、温度传感器；30、氮气输出；31、氮气传输管；32、控制阀；33、液氮杜瓦罐。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
请参阅图1-2，加捻装置由两个高温超导磁悬浮轴承(包括环形高温超导体定子1和环形永磁体转子8)以及低温恒温器(包括热电偶引线孔9、液氮管入口10、液氮管出口11、CF法兰12、真空阀接头14、加强件及定心环15、铜铸壳体16、辐射屏蔽罩17和螺旋铜管18)组成。将环形高温超导体定子1用环氧树脂粘在环形铜铸罩壳2内，将螺旋铜管3施于环形铜铸罩壳2的外侧边和底部，在外侧边和底部装上辐射屏蔽罩4，使环形高温超导定子1置于真空腔7内。环形永磁体转子8受到来自于环形高温超导体定子1的斥力而稳定悬浮，实现回转部件的无接触磁悬浮状态，消除机械摩擦造成的磨损和产热。
如图2所示，将已经粘上YBCO材料的铜铸壳体通过焊接与螺旋铜管相连，铜壳由三个加强件支撑的定心环定位在低温恒温器中以保持稳定。低温恒温器是一个中间开孔的环形容器，外径处(上方)采用CF法兰和O形密封圈密封，内径处(下方)采用O形密封圈密封。低温恒温器内部设置有螺旋铜管3，冷却液LN2以铜管螺旋形式通过低温恒温器，将YBCO环冷却到液氮温度77K，封闭后形成的真空室保证了纱线质量不受液氮温度的影响，同时隔离了由于热辐射而产生的热量输入。低温恒温器有四个接头，右侧是真空泵的真空阀接头，前面是热电偶引线。左侧是液氮管道的入口和出口。YBCO环上方需要2mm的绝缘真空高度，以确保低温恒温器表面无雾。
如图3所示，高温超导定子1采用YBCO(氧化钇钡铜)材料，高温超导YBCO材料通过环氧树脂粘在铜铸壳体2上形成YBCO环，YBCO环的内径为50mm，外径为80mm(通过优化确定)，由10个单颗粒、熔融织构的块状斜方体组装而成，这些斜方体经过排列，在环中能够实现对称的悬浮力分布，以保证永磁体转子稳定悬浮。
如图4所示，将加捻装置应用到细纱机上，同时为该试验机配备温度控制和供应系统，低温恒温器温度控制和供应系统由一个液氮储存容器33提供，该容器带有加压阀和冷控制阀。为了调节到低温恒温器的液氮质量流量，使用加压阀手动调节存储容器中的压力。真空泵提供一个高真空的环境，并在低温恒温器执行实验连续工作。超导材料的温度由T型热电偶测量，其规定测量误差为-196℃±2.5K。
进一步地，导纱环固定在由NdFeB永磁体23制成的圆环上，圆环(转子)稳定的悬浮在由YBCO高温超导体材料制成的定子22上方，转子23通过纱线在定子22带动下转动给纱线加捻。和传统的钢领-钢丝圈加捻装置相比，高温超导磁悬浮加捻的转子几乎没有摩擦力，因此可以大大提高锭子的转速，有望把细纱机的效率提高2～3倍。
进一步地，所述环形永磁体转子8采用NdFeB(钕铁硼)材料。由于转子在工作时的旋转速度一般都是上万转，因此对转子的机械强度及其工艺要求很高，防止因质量偏心使系统在旋转过程中产生振动。
需要指出的是，为保证纱线的高质量，该工艺必须考虑空气湿度和环境温度在加捻过程中对纱线的影响。该液氮低温恒温器材料不得影响永磁体的磁场，且能够保证在长时间的实验中使超导材料的温度恒为77K。
本发明将高温超导磁悬浮轴承应用到细纱机上，同时为传统的磁悬浮轴承定子设计了一个低温恒温器，保证了纱线质量不受液氮温度的影响，本发明可以承受传统加捻装置不能承受的超高速度，在保证纱线质量的前提下，极大地提高了生产效率。本发明的加捻装置大幅减少了传统扭转元件中的摩擦热，具有体积小、重量轻、高转速等特点。此外，该工艺操作简单，液氮消耗低，相对于大幅提高的产能，成本投入并不算高。
Claims (9)
1.一种具有热隔离作用的高温超导磁悬浮加捻装置，包括高温超导磁悬浮轴承以及低温恒温器，其特征在于：所述高温超导磁悬浮轴承包括环形高温超导体定子(1)，环形永磁体转子(8)，铜铸环形罩壳(2)，螺旋铜管(3)，辐射屏蔽罩(4)，所述环形高温超导体定子(1)放置在环形罩壳(2)内；所述螺旋铜管(3)设置在铜铸环形罩壳(2)的外侧边和底部，所述螺旋铜管(3)的外侧边和底部装上辐射屏蔽罩(4)，使所述环形高温超导体定子(1)、铜铸环形罩壳(2)和螺旋铜管(3)置于真空腔(7)环境中；所述辐射屏蔽罩(4)上方的所述环形永磁体转子(8)受到来自于环形高温超导体定子(1)的斥力而稳定悬浮。
2.根据权利要求1所述的具有热隔离作用的高温超导磁悬浮加捻装置，其特征在于：所述环形永磁体转子(8)采用NdFeB材料。
3.根据权利要求1所述的具有热隔离作用的高温超导磁悬浮加捻装置，其特征在于：所述环形永磁体转子(8)上固定连接导纱环，所述环形永磁体转子(8)在纱线的驱动下旋转，从而给纱线加捻。
4.根据权利要求1所述的具有热隔离作用的高温超导磁悬浮加捻装置，其特征在于：所述环形高温超导体定子(1)采用氧化钇钡铜材料制成YBCO环。
5.根据权利要求4所述的具有热隔离作用的高温超导磁悬浮加捻装置，其特征在于：所述YBCO环的内径为50mm，外径为80mm，由10个单颗粒、熔融织构的块状斜方体组装而成，所述斜方体经过排列，在YBCO环中能够实现对称的悬浮力分布。
6.根据权利要求4所述的具有热隔离作用的高温超导磁悬浮加捻装置，其特征在于：所述YBCO环通过环氧树脂粘在铜铸环形壳体(2)上，所述铜铸环形壳体(2)通过焊接与螺旋铜管(3)相连，所述铜铸环形壳体(2)由三个加强件支撑的定心环定位在低温恒温器中以保持稳定。
7.根据权利要求4所述的具有热隔离作用的高温超导磁悬浮加捻装置，其特征在于：所述YBCO环上方具有2mm的绝缘真空高度，以确保低温恒温器表面无雾。
8.根据权利要求1所述的具有热隔离作用的高温超导磁悬浮加捻装置，其特征在于：所述低温恒温器是一个中间开孔的环形容器，外径处采用CF法兰和O形密封圈密封，内径处采用O形密封圈密封；所述低温恒温器内部设置有螺旋铜管(3)，冷却液LN2以铜管螺旋形式通过低温恒温器，将YBCO环冷却到液氮温度77K，封闭后形成的真空室能够保证纱线质量不受液氮温度的影响。
9.根据权利要求1所述的具有热隔离作用的高温超导磁悬浮加捻装置，其特征在于：所述低温恒温器有四个接头，右侧是真空泵的真空阀接头，前面是热电偶引线，左侧是液氮管道的入口和出口。
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