本發(fā)明涉及低溫電機(jī)領(lǐng)域，尤其涉及一種潛液式液化天然氣泵用低溫電機(jī)。

背景技術(shù)：

目前，隨著大氣污染，特別是霧霾污染的加重，對于粉塵、硫氮含量高的燃料，尤其是煤炭燃料的限制越來越廣。但整個(gè)北方地區(qū)，對于燃料的需求越來越大，因此，清潔能源的應(yīng)用會(huì)越來越廣。

在清潔能源中，天然氣因?yàn)闊嶂蹈撸斔头奖闱胰紵髢H產(chǎn)生二氧化碳和水，獲得了極大的應(yīng)用。天然氣的大量應(yīng)用帶來了相應(yīng)的輸送問題，而天然氣因?yàn)槠湫螒B(tài)的原因，輸送主要是通過將其液化后輸送的。當(dāng)液化天然氣(liquefied natural gas，LNG)的輸送量較大或管路流動(dòng)阻力較大時(shí)，通常采用LNG泵進(jìn)行輸送。另外，LNG運(yùn)輸船裝、卸LNG以及汽車加注LNG等場合均需要使用LNG泵。

由于液化天然氣冷卻至液體的溫度是-161.5℃，因此液化天然氣泵對低溫性能要求較高。目前，低溫天然氣泵的主要供應(yīng)商為美國J.C.Carter公司，日本的Ebara、Nikkiso、Shinko公司，法國的Cryostar公司等少數(shù)幾家公司。這幾家公司基本壟斷著LNG輸送泵技術(shù)，我國目前暫無自主知識產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品。

LNG泵分為潛液式和非潛液式，其中潛液式結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行安全，是目前LNG泵的主流形式。潛液式LNG泵所用電機(jī)密封于泵內(nèi)，浸泡在被輸送的LNG中。由于LNG溫度一般低于-161℃，因此LNG泵用電極必須是低溫電機(jī)。低溫電機(jī)是LNG泵的核心部件之一，在LNG泵的價(jià)格構(gòu)成中占到總價(jià)格的20％-40％，因此開展LNG泵低溫電機(jī)的研究將為LNG泵的國產(chǎn)化提供重要的技術(shù)支持，也為其他低溫領(lǐng)域的電機(jī)應(yīng)用奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提出一種潛液式液化天然氣泵用低溫電機(jī)，能夠使得所述泵工作溫度達(dá)到-250℃甚至更低，其功率密度是常溫電機(jī)的4倍以上。

為達(dá)此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種潛液式液化天然氣泵用低溫電機(jī)，該電機(jī)采用3相、4極和異步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)，所述電機(jī)的定子繞組采用MgB₂超導(dǎo)材料，其轉(zhuǎn)子導(dǎo)條以硅鋼為主體，摻雜有MgB₂和SmCo。

本發(fā)明的硅鋼指的是含硅量為0.5％至4.5％的極低碳硅鐵合金，因結(jié)構(gòu)和用途不同而被分為無取向硅鋼和取向硅鋼。本發(fā)明經(jīng)過在各種硅鋼中進(jìn)行選擇，例如牌號分別為V400-50A、M140-30S、50A290、50A470、JIS35A300、2212、3413和27QG110等，經(jīng)過比例配合等，最后發(fā)現(xiàn)VM111-35N的低溫鐵耗與常溫基本相同，同時(shí)能夠在低溫(低于零下250℃)能夠使用良好，其余眾多牌號硅鋼均不能在低于-250℃下表現(xiàn)出預(yù)期的技術(shù)效果，因此本發(fā)明的硅鋼為VM111-35N。

盡管現(xiàn)有技術(shù)中，也有對VM111-35N用于低溫的報(bào)導(dǎo)，一般是不低于-200℃的。但發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，-200℃是其低溫極限，本發(fā)明進(jìn)行了眾多復(fù)配試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)單獨(dú)或者與除本發(fā)明的配方之外的組分復(fù)配使用，其達(dá)不到本發(fā)明的-250℃的使用要求。

要達(dá)到本發(fā)明-250℃的使用要求，所述轉(zhuǎn)子導(dǎo)條中必須摻雜有MgB₂和SmCo。本發(fā)明嘗試替換或省略該兩種組分，發(fā)現(xiàn)替換或省略之后，都不能在-250℃下達(dá)到本發(fā)明的技術(shù)效果。

優(yōu)選的，本發(fā)明的潛液式液化天然氣泵用低溫電機(jī)轉(zhuǎn)子導(dǎo)條含有13-28％的MgB₂，進(jìn)一步優(yōu)選15-25％。例如13.5％、14％、14.5％、15.5％、16％、16.5％、17％、17.5％、18％、18.5％、19％、19.5％、20％、20.5％、21％、21.5％、22％、22.5％、23％、23.5％、24％、24.5％、25.5％、26％、26.5％、27％、27.5％等。

優(yōu)選的，本發(fā)明的潛液式液化天然氣泵用低溫電機(jī)轉(zhuǎn)子導(dǎo)條含有2-18％的SmCo，進(jìn)一步優(yōu)選8-15％。例如2.5％、3％、3.5％、4％、4.5％、5％、5.5％、6％、6.5％、7％、7.5％、8.5％、9％、9.5％、10％、10.5％、11％、11.5％、12％、12.5％、13％、13.5％、14％、14.5％、15％、15.5％、16％、16.5％、17％、17.5％。

VM111-35N硅鋼余量。

優(yōu)選的，雜質(zhì)含量低于2％，優(yōu)選低于1％，進(jìn)一步優(yōu)選低于0.5％。

本發(fā)明的上述百分含量均是質(zhì)量/重量百分含量。

本發(fā)明通過以硅鋼為主體，摻雜有MgB₂和SmCo得到潛液式液化天然氣泵用低溫電機(jī)轉(zhuǎn)子導(dǎo)條，并采用超導(dǎo)材料MgB₂制備定子繞組，使得所述泵工作溫度可以達(dá)到-250℃甚至更低，其功率密度是常溫電機(jī)的4倍以上，達(dá)到了本領(lǐng)域的領(lǐng)先水平。

附圖說明

圖1是本發(fā)明提供的潛液式液化天然氣泵用低溫電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖并通過具體實(shí)施方式來進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。

圖1是本發(fā)明提供的潛液式液化天然氣泵用低溫電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。

本發(fā)明的潛液式液化天然氣泵用低溫電機(jī)，該電機(jī)采用傳統(tǒng)3相、4極和異步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)，與現(xiàn)有的電機(jī)相比，所述電機(jī)的定子繞組采用MgB₂超導(dǎo)材料，其轉(zhuǎn)子導(dǎo)條以硅鋼為主體，摻雜有MgB₂和SmCo。該電機(jī)的轉(zhuǎn)子可穩(wěn)定運(yùn)行于同步轉(zhuǎn)速，電子的轉(zhuǎn)子損耗大幅降低，輸出轉(zhuǎn)矩和功率密度均增大。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所述泵工作溫度可以達(dá)到-250℃甚至更低，其功率密度是常溫電機(jī)的4倍以上，達(dá)到了本領(lǐng)域的領(lǐng)先水平。

實(shí)施例1

一種潛液式液化天然氣泵用低溫電機(jī)，該電機(jī)采用3相、4極和異步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)，所述電機(jī)的定子繞組采用MgB₂超導(dǎo)材料，其轉(zhuǎn)子導(dǎo)條以硅鋼為主體，摻雜有MgB₂和SmCo。所述轉(zhuǎn)子導(dǎo)條含有28％的MgB₂和12％的SmCo，余量的VM111-35N硅鋼。

經(jīng)測試，其可以在-260℃下正常工作，低溫鐵耗與常溫基本相同，其功率密度是常溫電機(jī)的4.3倍。

實(shí)施例2

一種潛液式液化天然氣泵用低溫電機(jī)，該電機(jī)采用3相、4極和異步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)，所述電機(jī)的定子繞組采用MgB₂超導(dǎo)材料，其轉(zhuǎn)子導(dǎo)條以硅鋼為主體，摻雜有MgB₂和SmCo。所述轉(zhuǎn)子導(dǎo)條含有15％的MgB₂和18％的SmCo，余量的VM111-35N硅鋼。

經(jīng)測試，其可以在-280℃下正常工作，低溫鐵耗與常溫基本相同，其功率密度是常溫電機(jī)的4.6倍。

實(shí)施例3

一種潛液式液化天然氣泵用低溫電機(jī)，該電機(jī)采用3相、4極和異步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)，所述電機(jī)的定子繞組采用MgB₂超導(dǎo)材料，其轉(zhuǎn)子導(dǎo)條以硅鋼為主體，摻雜有MgB₂和SmCo。所述轉(zhuǎn)子導(dǎo)條含有13％的MgB₂和15％的SmCo，余量的VM111-35N硅鋼。

經(jīng)測試，其可以在-275℃下正常工作，低溫鐵耗與常溫基本相同，其功率密度是常溫電機(jī)的4.8倍。

實(shí)施例4

一種潛液式液化天然氣泵用低溫電機(jī)，該電機(jī)采用3相、4極和異步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)，所述電機(jī)的定子繞組采用MgB₂超導(dǎo)材料，其轉(zhuǎn)子導(dǎo)條以硅鋼為主體，摻雜有MgB₂和SmCo。所述轉(zhuǎn)子導(dǎo)條含有25％的MgB₂和8％的SmCo，余量的VM111-35N硅鋼。

經(jīng)測試，其可以在-290℃下正常工作，低溫鐵耗與常溫基本相同，其功率密度是常溫電機(jī)的4.5倍。

對比例1

相較于實(shí)施例1，其轉(zhuǎn)子導(dǎo)條不含有SmCo，其余相同。

經(jīng)測試，其低溫正常工作極限是-170℃，其功率密度是常溫電機(jī)的3倍。

對比例2

相較于實(shí)施例1，其轉(zhuǎn)子導(dǎo)條不含有MgB₂，其余相同。

經(jīng)測試，其低溫正常工作極限是-187℃，其功率密度是常溫電機(jī)的3倍。

對比例3

相較于實(shí)施例1，將轉(zhuǎn)子導(dǎo)條VM111-35N硅鋼替換為M140-30S，其余相同。

經(jīng)測試，其低溫正常工作極限是-190℃，其功率密度是常溫電機(jī)的3倍。

對比例4

相較于實(shí)施例1，將定子繞組采用的MgB₂超導(dǎo)材料替換為常規(guī)材料，其余相同。

經(jīng)測試，其在-240℃下，功率密度是常溫電機(jī)的1.6倍。

上述實(shí)施例與對比例說明，本發(fā)明的潛液式液化天然氣泵用低溫電機(jī)轉(zhuǎn)子導(dǎo)條中，必須采用本發(fā)明的特定組成，才能在-250℃的低溫下正常工作。對其組分進(jìn)行替換或者改變配比，都不能達(dá)到本發(fā)明的技術(shù)效果。同時(shí)，所述定子繞組必須采用MgB₂材料，才能保證低溫和功率密度的均衡。

申請人聲明，本發(fā)明通過上述實(shí)施例來說明本發(fā)明的潛液式液化天然氣泵用低溫電機(jī)，但本發(fā)明并不局限于上述潛液式液化天然氣泵用低溫電機(jī)材料組成，即不意味著本發(fā)明必須依賴上述實(shí)施例詳細(xì)潛液式液化天然氣泵用低溫電機(jī)材料才能實(shí)施。所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該明了，對本發(fā)明的任何改進(jìn)，對本發(fā)明產(chǎn)品各原料的等效替換及輔助成分的添加、具體方式的選擇等，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍和公開范圍之內(nèi)。