轴承在低温下保持润滑性
|
用于低温应用的泵、压缩机和阀门中的部件必须能够承受低温而不收缩、变脆、失去强度或开裂。 近几年，低温领域出现了重大新闻。是的，由于极地涡旋的移动，全球局部地区的气温创下了历史新高，但与宇航局宣布的创造已知宇宙最冷点的计划相比，这些温度微不足道。计划于 2016 年发射到国际空间站的冷原子实验室 (CAL) 将在低于 100 皮开尔文或绝对零度（0°K，-273.15°）以上不到十亿分之一度的温度下进行实验C 或 - 459.67°F)。这比星际空间低大约三开尔文度。 在地球上，低温学的应用也在取得进展，不仅是 CAL 将参与的量子研究项目，还包括支持蓬勃发展的液化天然气行业所需的涡轮压缩机和其他设备、磁共振成像 (MRI) )，这需要液氦冷却和超导输电线路。 在设计用于低温应用的泵、压缩机、阀门和辅助部件时，人们关心的不仅仅是部件承受低温而不收缩、变脆、失去强度或开裂的能力。只要有运动部件，就需要尽量减少摩擦和磨损，并防止粘附或磨损。 一、干式润滑与高温应用不同，在低温下使用流体润滑剂是不可能的。这意味着部件需要涂上或加工成在预期温度范围内提供低摩擦系数的材料。 当采用表面涂层方法时，人们假设磨损很小或没有磨损，因此制造的组件必须有足够的间隙以适应热膨胀和收缩，而不会引起接触，从而磨损表面。同样，需要精密制造来避免任何类型的会导致磨损的偏心或振动。
另一种方法是用会随着时间磨损的自润滑材料制造轴承和衬套。这允许组件构建并保持更严格的公差。例如，有些品牌的石墨和金属复合材料由在高温和高压下浸渍到石墨基板中的金属组成。在这样做的过程中，金属会形成长而连续的细丝，从而赋予材料强度。可以使用多种金属和合金，包括锡、铅、青铜、铜、铁和银。 石墨提供低摩擦表面，没有熔点，在高温下也不会软化，因此它可以在高达 1,000° F 和高达 750°F 的非氧化温度下使用。它在低至 -450°F 的温度下不会变脆。 最近，新材料在磁力计中的低温应用创下了新纪录。它不像 CAL 所能达到的那么低，因为那些只能在太空中达到，但也没有暖和多少。 二、磁力计 磁力 计在实验室中用于测量样品的磁性，通常在接近绝对零的温度下进行。一种称为 SQUID（超导量子干涉装置）的磁力计非常灵敏，但因此也会从附近的其他磁场中拾取噪声。 另一种是振动样品磁强计 (VSM)，它在感应拾取线圈或 SQUID 线圈内振动样品。振动会损坏易碎的样品，并产生热量，使温度升高。SQUID 更准确，但 VSM 的测量速度更快。 研究人员决定尝试另一种方法，即构建旋转样本磁强计 (RSM)。他们在美国物理研究所的科学仪器评论中发表了他们项目的结果。（用于低温和高磁场的旋转样品磁强计；科学仪器评论 82，063902 (2011)；doi：10.1063/1.3600454）。 据研究人员称，“有限的空间和低温要求最关键的设计参数：磁铁的小孔尺寸需要非常紧凑的拾取线圈系统，而低温需要对轴承进行非常仔细的设计。” RSM 由一米长、直径为 28.5 毫米的不锈钢管组成。直流电机安装在管外，用于旋转 6.3 毫米直径的驱动轴。驱动轴涂有碳纤维增强聚合物，并由三个 25 毫米长的 Grade 212 Graphalloy 轴承支撑。 在这三者中，“底部轴承是最关键的部件，因为它必须保证稳定旋转（噪音的主要来源是振动）并以低摩擦力运行以避免发热。 将待测样品放置在驱动轴底部附近的支架中，并以 15 Hz 的频率在一组拾音线圈上方 1 mm 处旋转，作为管的底部。测试使用气态和液态氦进行冷却，温度低至 4.2°K。 发现 RSM 的分辨率超过典型 VSM 的十倍。“因此，磁力计非常适合在广泛的温度和磁场范围内对超导和磁性样品进行精确和快速的表征。” 在这种情况下，与他们在液化天然气压缩机、蒸发气体 (BOG) 压缩机或其他类似低温应用中看到的服务相比，石墨和金属轴承在微小负载下运行。研究表明，在比液化天然气储存温度低近 200°F（-260°F）的温度下进行的六年实验中，轴承无需更换即可正常工作。 |
