CN102348320A

CN102348320A - 非圆断面薄壁真空管道及非圆断面薄壁真空室

Info

Publication number: CN102348320A
Application number: CN 201110292098
Authority: CN
Inventors: 张军辉; 蒙峻; 罗成; 马向利; 张小奇; 张斌; 马力祯
Original assignee: Institute of Modern Physics of CAS
Current assignee: Institute of Modern Physics of CAS
Priority date: 2011-10-01
Filing date: 2011-10-01
Publication date: 2012-02-08

Abstract

本发明主要涉及电真空领域，尤其涉及一种可以在高频交流电场或交变磁场下使用的大型非圆断面薄壁真空室。一种非圆断面薄壁真空管道，所述的真空管道靠近磁极的管壁剖面呈直线，剖面为直线管壁的两侧管壁呈半圆弧线，整个真空管道的剖面呈跑道形；所述真空管的管高为10～90mm，管宽为10～250mm，其管壁厚度为0.3～1mm。本发明还提供一种非圆断面薄壁真空管道组成的非圆断面薄壁真空室。本发明解决了大范围高频交流电场或交变磁场下大型薄壁真空室的设计问题，而设计为非圆断面的目的是通过减小真空室高度尺寸降低电磁铁磁极间隙，从而大大降低工程建造成本。

Description

非圆断面薄壁真空管道及非圆断面薄壁真空室

技术领域

本发明主要涉及电真空领域，尤其涉及一种可以在高频交流电场或交变磁场下使用的大型非圆断面薄壁真空室。

背景技术

由于兰州重离子肿瘤治疗专用装置(HITFiL)建造需求，设计了一种大型非圆断面薄壁真空室，不仅能够满足在高频交流电场或交变磁场下使用要求，而且通过尽可能地减少电磁铁磁极间隙大大降低工程建造成本。在上述工况下，由于真空室会产生电涡流作用，不能采用大体积金属制造。目前，对于小型真空室，采用薄壁圆断面不锈钢管制造，方能满足克服电涡流影响及承受大气压力要求。而对大型真空室，如果仅按比例放大，对真空室中椭圆或跑道形包络断面的束流而言，不仅增加了圆截面管道的无用空间，而且大大增加了电磁铁的磁极间隙，使得加速器整体的制造和运行费用大幅度增加。另外，按比例放大的不锈钢管壁厚不能太厚，会产生较大电涡流作用；另一个问题是大直径薄壁不锈钢管的圆度控制困难，局部不圆将造成抽真空后塌陷变形，连锁反应后使得整个真空室被破坏。

发明内容

本发明的目的在于避免现有技术的不足提供一种可以在高频交流电场或交变磁场下使用的大型非圆断面薄壁真空管道。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种非圆断面薄壁真空管道，其特征在于，所述的真空管道靠近磁极的管壁剖面呈直线，剖面为直线管壁的两侧管壁呈半圆弧线，整个真空管的剖面呈跑道形；所述真空管道的管高为10～90mm，管宽为10～250mm，其管壁厚度为0.3～1mm。

进一步，在所述的真空管道的外表面设有加强筋和固定加强筋，所述加强筋的设置间隔为5～30mm，所述固定加强筋的设置间隔为300～1000mm，加强筋和固定加强筋的厚度为0.5～3mm。

进一步，所述的真空管道的端部断面为卷边设置。当为多个真空管道进行连接时，卷边设置主要是方便连接，一般使用焊接方式，气密氩弧焊连接为宜。

进一步，所述的真空管两端的端面角度为5～45°。

本发明还提供一种如上所述的非圆断面薄壁真空管道组成的非圆断面薄壁真空室，包括偏转二极电磁铁，其特征在于，偏转二极电磁铁的磁极气隙中设有至少一段所述的非圆断面薄壁真空管道，在所述的非圆断面薄壁真空管道伸出所述的偏转二极电磁铁的两端设有液压波纹管装置。

进一步，所述的偏转二极电磁铁的磁极气隙间隙为20～100mm，偏转半径为1000～6000 mm、偏转角度为5～45°，重量为5～30吨；所述的非圆断面薄壁真空管道为1～10段，高度尺寸为10～90 mm。

进一步，所述的液压波纹管装置包括液压波纹管，液压波纹管通过长接管与真空管固连，液压波纹管的另一端设有真空刀口法兰，液压波纹管通过短接管与真空刀口法兰固连；在真空刀口法兰上设有连接座，在所述的长接管上设有接耳，所述的连接座和接耳通过锁紧拉杆相连接，连接座和锁紧拉杆、接耳和锁紧拉杆均为机械固定联连；所述的液压波纹管的剖面形状与所述的非圆断面薄壁真空管道的剖面形状一致。所述的液压波纹管剖面形状与非圆断面薄壁真空管道相匹配。

进一步，所述的液压波纹管通过过渡环与所述的长接管和短接管固连。

进一步，所述的固连为焊接，且为气密氩弧焊连接。进一步，所述的长接管与真空管固连的一端设有防焊接变形槽。

本发明的有益效果是：解决了大范围高频交流电场或交变磁场下大型薄壁真空室的设计问题，而设计为非圆断面的目的是通过减小真空室高度尺寸降低电磁铁磁极间隙，从而大大降低工程建造成本。所设计元件断面既能满足带电粒子通过需求，又能满足克服电涡流影响及承受大气压力要求。真空度指标、抽真空形变状况、电涡流发热情况等均达到使用要求，具有较强抗电涡流发热、高真空、结构紧凑轻巧、使用可靠的特点。

当电磁铁磁极间隙降低为原来的50%时，电磁铁的造价大约可以降低30%，综合考虑后，耗电功率大约会降低50%，因此无论是一次性投入还是长远运行的经济性，均十分有意义。与制造成圆断面薄壁真空室相比，本最佳实施例的实施，使电磁铁磁极间隙降低大约60%，因此，对降低整个工程造价有较大贡献量。

附图说明

图1为本发明所述的非圆断面薄壁真空管道俯视示意图；

图2为本发明所述的非圆断面薄壁真空管道侧视剖面示意图；

图3为本发明中当多个真空管道连接时，真空管道端部卷边结构示意图；

图4为本发明所述的非圆断面薄壁真空管道组成的非圆断面薄壁真空室的俯视示意图；

图5为本发明所述的非圆断面薄壁真空管道组成的非圆断面薄壁真空室的侧视示意图；

图6为本发明液压波纹管装置俯视剖面示意图；

图7为本发明液压波纹管装置侧视示意图；

图8为本发明长接管1-8与真空管2-1焊接处的防焊接变形槽示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

实施例1：如图1，图2，图3所示，一种非圆断面薄壁真空管道，所述的真空管道1-1靠近电磁铁磁极的管壁剖面呈直线，剖面为直线的管壁两侧管壁呈半圆弧线，整个真空管道的剖面呈跑道形；所述真空管道1-1的管高为62mm，管宽为153mm，其管壁厚度为1mm。在所述的真空管道1-1的外表面设有加强筋1-2和固定加强筋1-3，所述加强筋1-2的设置间隔为32mm，所述固定加强筋1-3的设置间隔为638mm，加强筋1-2和固定加强筋1-3的厚度为2mm。所述的真空管道1-1的端部断面为卷边设置，即可以在图中看到，真空管道1-1端部为平面卷边设置，即当有多个真空管道1-1进行连接时，卷边设置可以方便连接，一般使用焊接方式，气密氩弧焊连接为宜。所述的真空管道1-1两端的断面角度为9°。

实施例2：与实施例1相同，不同的是：所述真空管道1-1的管高为10mm，管宽为10mm，其管壁厚度为0.3mm。

实施例3：与实施例1相同，不同的是：所述真空管道1-1的管高为90mm，管宽为250mm，其管壁厚度为0.8mm。

实施例4：如图4-8所示，本发明还提供一种如上所述的非圆断面薄壁真空管道1-1组成的非圆断面薄壁真空室1，包括偏转二级电磁铁2，偏转二级电磁铁2的磁极气隙中设有相连的五根非圆断面薄壁真空管道1-1，在所述的非圆断面薄壁真空管道1-1伸出所述的偏转二级电磁铁2的两端设有液压波纹管装置3。所述的液压波纹管装置3包括液压波纹管3-5，液压波纹管3-5通过长接管3-8与真空管道1-1固连，液压波纹管3-5的另一端设有真空刀口法兰3-1，液压波纹管3-5通过短接管3-3与真空刀口法兰3-1固连；在真空刀口法兰3-1上设有连接座3-2，在所述的长接管3-8上设有接耳3-7，所述的连接座3-2和接耳3-7通过锁紧拉杆3-6相连接，连接座3-2和锁紧拉杆3-6、接耳3-7和锁紧拉杆3-6均为机械固定联连；所述的液压波纹管3-5的剖面形状与所述的非圆断面薄壁真空管道1-1的剖面形状一致。所述的液压波纹管3-5通过过渡环3-4与所述的长接管3-8和短接管3-3固连。

所述的偏转二极电磁铁2的磁极气隙间隙为74mm，偏转半径为4000 mm、偏转角度为45°，重量为20吨；所述的非圆断面薄壁真空管道1-1为5段，总高度尺寸为72mm。

所述的固连为焊接，且为气密氩弧焊连接。所述的长接管3-8与真空管道1-1固连的一端设有防焊接变形槽。

所述的大型非圆断面薄壁真空室1。最终将安装在如图4-5所示大型偏转二极电磁铁2的磁极气隙中，大型偏转二极电磁铁2的磁极气隙为74mm、偏转半径为4000mm、偏转角度为45°，电磁铁2的重量约23吨。因此满足安装的大型非圆断面薄壁真空室1最大弦长尺寸超过3620mm，弦弧高最大尺寸近620mm，在电磁铁2磁极气隙中的元件高度尺寸为72 mm，每段跑道型断面真空管道1-1长约629mm、两端面夹角为9°，共5段，合计转角为45°，真空管道1-1的壁厚为1mm，加强筋1-2和固定加强筋1-3的厚度为2mm，经过建模计算选择筋间距32mm时，该薄壁真空室1抽真空后计算变形大约为0.14 mm，在真空度为1×10^-5~2×10^-5 Pa条件下，实测变形为0.2mm，且放大气后完全恢复，为弹性形变，与计算结果吻合；对跑道型断面液压波纹管3也做了类似工作，实测变形为0.3mm，同样可以满足使用要求。

实施例5，与实施例2相同，不同的是偏转二级电磁铁3的磁极气隙中设有相连的多根非圆断面薄壁真空管道2。

实施例6，与实施例2相同，不同的是所述的偏转二极电磁铁的磁极气隙间隙为20mm，偏转半径为1000mm偏转角度为5°，重量为5吨；所述的非圆断面薄壁真空管道为1段，高度尺寸为10毫米。

实施例7，与实施例2相同，不同的是所述的偏转二极电磁铁的磁极气隙间隙为100mm，偏转半径为6000mm偏转角度为45°，重量为30吨；所述的非圆断面薄壁真空管道为10段，高度尺寸为90毫米。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种非圆断面薄壁真空管道，其特征在于，所述的真空管道靠近磁极的管壁剖面呈直线，剖面为直线管壁的两侧管壁呈半圆弧线，整个真空管道的剖面呈跑道形；所述真空管的管高为10～90mm，管宽为10～250mm，其管壁厚度为0.3～1mm。

2.如权利要求1所述的非圆断面薄壁真空管道，其特征在于，在所述的真空管道的外表面设有加强筋和固定加强筋，所述加强筋的设置间隔为5～30mm，所述固定加强筋的设置间隔为300～1000mm，所述加强筋和固定加强筋的厚度为0.5～3mm。

3.如权利要求1或2所述的非圆断面薄壁真空管道，其特征在于，所述的真空管道的端部断面为卷边设置。

4.如权利要求1或2所述的非圆断面薄壁真空管道，其特征在于，所述的真空管道两端的端面角度为5～45°。

5.一种非圆断面薄壁真空管道组成的非圆断面薄壁真空室，包括偏转二极电磁铁，其特征在于，所述的偏转二极电磁铁的磁极气隙中设有至少一段所述的非圆断面薄壁真空管道，在所述的非圆断面薄壁真空管道伸出所述的偏转二极电磁铁的两端设有液压波纹管装置。

6.如权利要求5所述的非圆断面薄壁真空室，其特征在于，所述的偏转二极电磁铁的磁极气隙间隙为20～100mm，偏转半径为1000～6000mm偏转角度为5～45°，重量为5～30吨；所述的非圆断面薄壁真空管道为1～10段，高度尺寸为10～90毫米。

7.如权利要求5所述的非圆断面薄壁真空室，其特征在于，所述的液压波纹管装置包括液压波纹管，所述液压波纹管一端通过长接管与所述真空管道固连，所述液压波纹管的另一端设有真空刀口法兰，所述液压波纹管通过短接管与所述真空刀口法兰固连；在所述真空刀口法兰上设有连接座，在所述的长接管上设有接耳，所述的连接座和接耳通过锁紧拉杆相连接，所述连接座和锁紧拉杆、接耳和锁紧拉杆均为机械固定联连；所述的液压波纹管的剖面形状与所述的非圆断面薄壁真空管道的剖面形状一致。

8.如权利要求7所述的非圆断面薄壁真空室，其特征在于，所述的液压波纹管通过过渡环与所述的长接管和短接管固连。

9.如权利要求8所述的非圆断面薄壁真空室，其特征在于，所述的固连为焊接，且为气密氩弧焊连接。

10.如权利要求8所述的非圆断面薄壁真空室，其特征在于，所述的长接管与真空管道固连的一端设有防焊接变形槽。