磁性材料与技术在现代能源中的应用

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1、磁性材料与技术在现代能源中的应用1  引言　　能源是人类社会发展的物展基础，没有能源人类是无法生存的。所谓能源，就是人类取得能量的来源，它分为1次能源——经开采或收集后未经任何改变或转换的能源，如原煤、原油、河流的水等；2次能源——经过加工转换后获得的1次能源，如油料、电力、沼气、核能等；终端能源——1次、2次能源经过输送、储存和分配，供给用户使用的能源，如用于炊事、照明、运输的热能和电能等。　　现在，能源危机是1个世界性的问题。由于目前人类的90％以上工业性能源是来自煤、石油、天然气等天然资源，它们是用之有竭的。所以节约能

2、源、开发新能源就显得十分重要，磁性技术在其中担当着重要的角色，也是确保人类可持续发展的有效措施之一。2  磁性技术在节约能源方面的应用2.1节能的永磁材料   降低现有磁性材料的损耗，研发更低损耗的新材料，便可以在使用磁性材料的各种电机和电器中节约能源。例如，用永磁体代替电流在空间形成1个静磁场（如永磁电机中的定子磁场或转子磁场，扬声器和仪器仪表中的气隙磁场等），这样，不但节省了电能，降低了温度，而且省去1部分电源及控制系统、冷却系统。利用没有励磁线圈的铁芯，不发热的稀土永磁电机来代替常用电动机，可缩小体积，减轻重量，提高效

3、率。如在汽车中用永磁电机替代传统的电机，可使体积和重量减小40％～70％，效率提高50％以上，并可节省铜材和电力。将电气设备中大量使用的电磁开关、电磁阀的电磁铁换成永磁体，可节电90％以上。　　在人类活动中，大量的能源消耗在克服摩擦力的做功上。利用永磁体之间的排斥力和吸引力，做成各种磁悬浮系统，如果再将系统中的空气抽出，则摩擦力几乎按近于零。例如，利用磁悬浮原理制成新型磁轴承，其能源可降低90％以上，转速可达每分钟几十万转。又如，应用磁耦合的齿轮传动机构，可以做到不啮而合，隔而不断，从而大量节约能源。再如，有1种在100大气

4、压高压室内工作的机构，仅用以克服从动轴与高压室壁间所设置的轴封摩擦即要消耗25kW的功率，如应用磁耦合减速器，用1kW电动机便可操纵高压室内的机构工作。同时，磁性轴承和磁性传动器均无需直接接触，不必润滑，没有污染。　　用永磁体在空间建立1个磁场，除了在制作该永磁体时消耗一定能源外，长期使用过程中不再另外消耗能源，显然，利用永磁体能够取得节约资源、节省能源的显著效果。2.2奇特的非晶态磁性合金　　非晶态磁性合金就是磁性玻璃。这种非晶态合金材料是将熔融的金属用每秒近100万℃的超急冷方法直接喷在高速旋转的风轮上，使熔化的液态合金

5、立即凝固成薄带，来不及结晶而形成非晶态。　　非晶态合金具有铁芯损耗小、电阻率高、频率特性好、磁感应强度高、抗腐蚀性强等特点。在漏电保护器、电感滤波器、电力配电变压器和开关电源等方面已获得广泛应用。由于非晶态材料的厚度只有0.03mm，所以铁芯的占空系数较小，约在0.4～0.7之间，其铁芯损耗也仅为硅钢片的1/3，用作变压器铁芯，不但具有优良的高频电磁性能，而且与常规产品相比，体积可缩小30％，总能量损耗减少40％～60％。据资料显示，由于铁芯发热，日本每年要损耗60亿度电，相当于2000亿日元的价值。据估计，我国变压器的总损

6、耗占系统发电量的10％左右，损耗每降低1％，每年可节约上百亿度电，其节能效果十分显著。2.3磁性节能器件　　磁水器在锅炉和热交换系统中的使用，不但提高了热效应，节约了能源，而且还减少了管道和设备的除垢工作。根据美国商业部和国家标准局的资料，锅炉的水垢厚度为0.4mm～9.6mm，平均效率损失为4％～48％，每千升（或每千加仑）燃油浪费40升～480升（或加仑）。按照美国的运行情况，某些锅炉在进行酸洗除垢之前，其积垢厚度有的可达8mm左右，其燃油的浪费相当严重。其它国家和地区，因水质和维护水平不同，严重者会造成更大损失。如果采

7、用磁力除垢器或磁水器均可节约能源并提高维护保养水平。我国某油田用磁水器处理石油，使石油除蜡降粘，热洗周期由12天增加到140天，单井年节电达1.4万度，年节约天然气1.8万m3，年增产原油180吨，多获利2万元。　　将磁化节油减烟器，燃油增能器或磁力强化节能器用于以碳氢化合物（油、气）为燃料的燃烧设备中，其节能效果明显。例如炼钢炉、锅炉、电站、各种发动机等设备均可装设此类节能器，令其燃料在使用之前进行磁化，使油、气分子键断裂雾化，使其充分燃烧，提高燃烧效率，从而省油、省气5％～15％。由于燃烧室温度升高，发动机（引擎）输出增

8、加，可防止积垢，可使CO、NO等有害气体的排放降低25％～65％，同时还可使废气中的含尘量降低25％～40％。在开采或炼制石油的输油管道中，采用此类设置，也可取得有利于油气输送、除蜡降粘的效果。　　用于石油钻井7km深处打捞作业的稀土钴永磁强磁力打捞器，可将掉落井里的钻头、齿轮、轴承、工具