Применение активных магнитных подвесов (АМП) в России имеет значительные перспективы для турбин на АЭС. Хотя компания «ГТ Энерго» пока не применяет их на АЭС, научная работа в этом направлении ведется, а сама технология уже доказала свою состоятельность.

Ключевые перспективы и направления развития

— Проекты для газоохлаждаемых реакторов: отраслевые институты, в частности «ОКБМ Африкантов», разрабатывают системы электромагнитного подвеса для турбомашин АЭС с газовым (гелиевым) реактором.
— Технологическая и эксплуатационная база в РФ: благодаря разработке собственной системы управления (СУМП) для магнитного подвеса и наличию успешного опыта его эксплуатации с 2008 года в стране созданы все условия для масштабирования технологии.
— Решение проблем смазки: АМП позволяют полностью отказаться от маслосистемы и редуктора, что радикально повышает пожаробезопасность и надежность.
— Увеличение КПД и ресурса: полное исключение механического трения напрямую ведет к росту коэффициента полезного действия и существенно увеличивает срок службы оборудования.
— Повышение виброустойчивости: бесконтактная работа обеспечивает низкий уровень вибраций и шума, что важно для безопасности и долговечности всей установки.
— Разработка сверхпроводящих подшипников: исследования в МИФИ высокотемпературных сверхпроводящих подшипников(ВТСП-подшипников) открывают путь к созданию еще более эффективных подвесов на основе высокотемпературных сверхпроводников для применения в дальнейших разработках.

Исследования сверхпроводящих подшипников на основе высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП-подшипников) — это дальнейшее развитие идей технологии активных магнитных подвесов. Технология ВТСП-подшипников открывает новые перспективы для применения на АЭС и в других отраслях.

Эффективность ВТСП-подшипников

Эффект ВТСП-подшипников основан на свойствах высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП):
1. Пассивная и устойчивая магнитная левитация
В отличие от активного магнитного подвеса (АМП), требующего сложной электроники для удержания ротора, ВТСП-подшипник левитирует пассивно за счет (эффекта Мейсснера-Оксенфельда) способности сверхпроводника отталкивать магнитное поле. Что более важно, благодаря эффекту «пиннинга» (захвата магнитного потока) сверхпроводник не просто отталкивает магнит, но и фиксирует его в пространстве с определенной жесткостью. Это делает магнитную левитацию устойчивой даже без участия систем управления.
2. Нулевое энергопотребление и трение
АМП тратят энергию на создание магнитного поля. ВТСП-подшипник после охлаждения и намагничивания переходит в сверхпроводящее состояние и вообще не потребляет энергию для поддержания магнитной левитации. Ротор парит в вакууме, что устраняет не только механическое трение, но и аэродинамические потери.
3. Рекордная плотность тока
Использование современных ВТСП-лент позволяет увеличить плотность тока в 100 раз по сравнению с массивными сверхпроводниками, делая подшипники более компактными и мощными.

Перспективы для атомной энергетики

Применение ВТСП-подшипников способно решить крупные технические задачи, стоящие перед АЭС.
— Реакторы на быстрых нейтронах с газовым охлаждением: в проектах газоохлаждаемых реакторов, где турбины вращаются в среде гелия при высоких температурах, ВТСП-подшипники на основе ленточных композитов могут работать без масла и обеспечивать идеальное бесконтактное вращение.
— Главные циркуляционные насосы (ГЦН): замена механических подшипников на ВТСП-аналоги исключит риск попадания масла в первый контур, радикально снизит вибрации и повысит общую надежность системы.
— Кинетические накопители энергии для безопасности АЭС: эта технология открывает путь к созданию гигантских маховиков на ВТСП-подшипниках. Раскрученный ротор может вращаться месяцами, почти не теряя энергии. В случае аварии эта энергия мгновенно преобразуется в электричество для систем безопасности.
— Турбогенераторы для «вечных» миссий: сочетание ВТСП-подшипников и генераторов на сверхпроводниках приближает создание полностью «сухих» турбогенераторов с КПД, очень близким к 100%. Для космических ядерных энергоустановок и компактных АЭС это открывает невероятные возможности.

Ключевые технологические решения

Ученые создают готовую технологическую платформу:
— Пакеты-стопки из ВТСП-лент вместо объемной керамики: это решение позволяет легко создавать подшипники любой геометрии, адаптируя их под конкретные инженерные задачи.
— Измерение нагрузочных характеристик: в лаборатории «Сверхпроводящие энергетические системы» разработали методики точного измерения и математического моделирования, что важно для надежной работы тяжелых роторов турбин.

Освоение ВТСП-подшипников — это создание технического фундамента для совершенствования энергетических установок. ВТСП-подшипники — это практически базовая технология, открывающая путь к полностью «сухим» и необслуживаемым турбомашинам. Для российского атомпрома это означает возможность создания более безопасных, эффективных и технологически совершенных реакторных установок.

Перспективы применения высокотемпературных сверхпроводящих (ВТСП) подшипников на транспорте в России оптимистичны. Эта технология способна сделать транспорт энергоэффективнее. Ключевые преимущества ВТСП-подшипников:
— Нулевое трение и износ: полное отсутствие механического контакта между движущимися частями.
— Пассивная магнитная левитация: в отличие от активных магнитных подшипников, ВТСП не требуют сложной электроники и энергии для поддержания магнитной левитации.
— Высокая надежность: отсутствие износа кратно увеличивает срок службы узлов.
— Устойчивость к вибрациям благодаря физике процесса.
— Компактность: использование ВТСП-лент позволяет создавать подшипники практически любой формы и масштабировать их.

Проекты в России можно условно разделить на два взаимодополняющих направления.

1.Создание магнитолевитирующего транспорта (Маглев)
Это наиболее известная и проработанная технология использования ВТСП-подшипников. В отличие от классических поездов на магнитной подушке, ВТСП-магнитолевитация пассивно устойчива, то есть не требует постоянного контроля параметров и постоянного энергоснабжения для удержания транспортного состава на весу.
— Прототип магнитолевитирующего модуля в Челябинске: это один из самых заметных текущих проектов в России. Ученые из ЧелГУ и ИРЭ РАН уже испытали 2-метровый макет и работают над 12-метровым прототипом. В их планах — разработка полностью автономной микрокриогенной системы, которая позволит отказаться от использования жидкого азота извне.
— Ученые создавшие ВТСП-подшипник, прямо указывают на создание транспорта на магнитной подушке как на одну из основных сфер его применения.

2.Модернизация традиционного транспорта
Это направление предполагает использование ВТСП-подшипников в качестве компонентов для существующих и перспективных видов транспорта, где они способны заменить традиционные подшипники.
— Для электродвигателей и генераторов: ВТСП-подшипники могут быть установлены в тяговые двигатели локомотивов, электропоездов, трамваев, электробусов и легковых электромобилей. Это напрямую ведет к повышению их КПД, снижению энергопотребления и значительному сокращению простоев на техническое обслуживание.
— Для узлов с высокими нагрузками: в тяжелых условиях эксплуатации, где важна виброустойчивость и долговечность (например, в мотор-колесах, в буксовых узлах колесных пар грузовых вагонов или в трансмиссиях), преимущества ВТСП-подшипников будут особенно заметны.

Перспектива для транспортной отрасли

Таким образом, перспективы ВТСП-подшипников в транспортной сфере распадаются на два направления. Один из них — это создание нового, «парящего» транспорта. Второй — глубокая модернизация существующего, превращающая его в более экономичный, надежный и тихий. Оба этих направления уже сегодня прорабатываются российскими учеными.