CN102723150B - 一种低温绝缘子及其制作方法 - Google Patents

一种低温绝缘子及其制作方法 Download PDF

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Abstract

一种低温绝缘子及其制作方法，它涉及一种密封装置及其制作方法。本发明目的是为了解决低温绝缘子的低温密封性能在降温可达的所有温区内易遭受拉应力、弯应力和扭应力的破坏、以及其反复降温热循环后的可靠性差的问题。所述套管套装在主绝缘管的外表面上，主绝缘管的两端各设置有一个绝缘压板和一个接管，每个绝缘压板上有轴向通孔和四个拉杆通孔，每个接管上均分别有一个台肩，每个接管穿过其对应的绝缘压板上的轴向通孔固定连接在主绝缘管的内部，每个接管上的台肩与主绝缘管相贴紧，两个接管和主绝缘管的内部贯通形成气流通道，四个拉紧螺杆设置在两个绝缘压板之间，所述主绝缘管和接管上的台肩之间设置有铟环。本发明用于低温管路中。

Description

一种低温绝缘子及其制作方法
技术领域
本发明涉及一种密封装置及其制作方法，具体涉及一种低温绝缘子及其制作方法。
背景技术
随着材料和制造工艺的成熟，超导磁体的稳定性不断得到增强，已经到了不再令人担心的程度。而作为获取超导磁体低温运行条件的液氦是地球上的稀缺资源，价格不断攀升。因此许多已经工业化的超导磁体，如核磁共振仪超导磁体等大口径超导磁体(直径大于0.5m)正在寻求少液氦和省液氦的设计方案。与浸泡式冷却相比，间接冷却的超导磁体具有驻留液氦少、失超时液氦损失小的优势，能够极大的降低超导磁体的成本。随着超导磁体口径和储能的增加，间接冷却可能是不得不采用的冷却方式。例如在粒子加速器的探测器等场合，如果使用浸泡式冷却，那么这些超大口径(直径大于3m)超导磁体的制造和运行成本都将是惊人的。本发明涉及的运行在液氦温度的低温绝缘子是间接冷却超导磁体设计技术的重要部件。
与浸泡式冷却相比，间接冷却超导磁体的线圈引线在绝热夹层真空中引出。因此作为供电元件的气冷电流引线直接暴露于真空环境，电流引线底端的冷却气流必须来自于额外的低温管路。这一类气冷电流引线的内部结构可以参考专利号为2004200501327，公开号为CN2689404Y，名称：电流引线；专利号2005100901780，公开号为CN1913189名称：一种螺旋形截面的正负一体电流引线结构及方法。在该管路上允许气流通过、对夹层真空而言具有良好密封性能的绝缘装置就成为不可或缺的部件。类似的绝缘密封装置，如专利号为2006101378338，公开号为CN101174500，名称：工作在超低温下的大电流引线绝缘密封结构及制造方法和专利号为2010102097732，公开号为CN101937751A，名称：低温超导电流引线密封装置，分别提到了两种不同的低温绝缘密封的制作方法，它们涉及的非金属材料与金属材料之间的界面具备良好的低温密封性能。它们与本发明涉及的低温绝缘子的差别在于前者不需要提供气流通道，属于电连接馈通接头。实践中发现，将前者的密封界面直接应用于本发明涉及的低温绝缘子，其低温密封性能会变得不可靠。经过分析发现，一类被破坏的密封界面是由于自身接合力不够，而另一类是由于低温管路热胀冷缩而在密封界面上施加了拉应力、弯应力和扭应力作用的结果，即使在低温管路上配装柔性连接装置也不能有效避免这三种应力的作用。后者是其低温密封性能变得不可靠的主要原因。
发明内容
本发明的目的是提供一种低温绝缘子及其制作方法，以解决低温绝缘子的低温密封性能在降温可达的所有温区内易遭受拉应力、弯应力和扭应力的破坏、以及其反复降温热循环后的可靠性差的问题。
本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：所述低温绝缘子包括主绝缘管、套管、两个接管、两个绝缘压板、两个铟环和四个拉紧螺杆，所述套管套装在主绝缘管的外表面上，所述主绝缘管的两端各设置有一个绝缘压板和一个接管，每个绝缘压板上加工有轴向通孔和四个拉杆通孔，每个接管上均分别加工有一个台肩，每个接管穿过其对应的绝缘压板上的轴向通孔固定连接在主绝缘管的内部，每个接管上的台肩与主绝缘管相贴紧，两个接管和主绝缘管的内部贯通形成气流通道，所述四个拉紧螺杆设置在两个绝缘压板之间，每个拉紧螺杆的两端穿过两个绝缘压板上的拉杆通孔并与两个绝缘压板固定连接，所述主绝缘管和接管上的台肩之间设置有铟环。
本发明的低温绝缘子的制作方法，所述方法按照以下步骤实现：
步骤一：固定过程：
首先将主绝缘管、两个接管和两个绝缘压板需要粘接的表面均匀涂满环氧胶，在50～60℃的环境中静置10～15分钟；
步骤二：组装过程：
首先，将两个接管安装在主绝缘管内，其次将套管套装在主绝缘管的外表面上，然后两个接管穿过其对应的绝缘压板的轴向通孔，最后把四个拉紧螺杆安装在两个绝缘压板之间，拉紧每根拉紧螺杆但不施加预紧力，逐件套合后即完成了组装过程；
步骤三：清理、固化及拉紧过程：
将连接好的低温绝缘子进行挤压，挤压出多余的环氧胶后清理低温绝缘子上的环氧胶，清理完毕后将绝缘子水平放置于保温箱中进行固化处理：在80～120℃下烘烤4～8个小时；从保温箱中取出后自然降温到室温15～20℃后再使用力矩扳手均匀等力拉紧每根拉紧螺杆，至此，所述低温绝缘子制作完成。
本发明的有益效果是：本发明密封结构可靠、制作方法简便、成本低，可有效实现间接冷却超导磁体气冷电流引线底端的低温绝缘密封，在低温下保证绝热夹层真空的指标；本发明中的绝缘子结构限制密封界面可能承受的拉应力、弯应力和扭应力到最小程度。本发明采用铟环密封和环氧胶密封两种低温密封手段，最大限度的提高了绝缘子长期运行可靠性和经历反复降温热循环之后的可靠性；本发明中的低温绝缘子在于常温下密封良好的非金属材料与金属材料之间的界面经历降温过程之后克服热应力在4.2K低温条件下仍能保持密封性能，即使得金属材料与金属材料之间的界面具有良好的低温密封性能。
附图说明
图1是本发明的主视结构示意图，图2为图1的右视结构示意图，图3为图1的左视结构示意图，图4为图1中A处放大图，图5为绝缘压板的左视结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1、图2、图3和图4说明本实施方式，本实施方式所述低温绝缘子包括主绝缘管1、套管5、两个接管2、两个绝缘压板3、两个铟环4和四个拉紧螺杆6，所述套管5套装在主绝缘管1的外表面上，所述主绝缘管1的两端各设置有一个绝缘压板3和一个接管2，每个绝缘压板3上加工有轴向通孔7和四个拉杆通孔8，每个接管2上均分别加工有一个台肩9，每个接管2穿过其对应的绝缘压板3上的轴向通孔7固定连接在主绝缘管1的内部，每个接管2上的台肩9与主绝缘管1相贴紧，两个接管2和主绝缘管1的内部贯通形成气流通道10，所述四个拉紧螺杆6设置在两个绝缘压板3之间，每个拉紧螺杆6的两端穿过两个绝缘压板3上的拉杆通孔8并与两个绝缘压板3固定连接，所述主绝缘管1和接管2上的台肩9之间设置有铟环4。
具体实施方式二：结合图1说明，本实施方式中位于主绝缘管1外侧的接管2的长度为30～40mm，位于主绝缘管1内侧的接管2的长度为15～20mm。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图1说明，本实施方式中所述每个接管2的孔内径小于5mm，所述每个接管2的孔外径小于7mm。这样的尺寸设置即能保证有足够流量的低温流体流到电流引线，又使得绝缘密封界面的面积最小。其它组成及连接关系与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：结合图1说明，本实施方式中所述每个接管2的管壁厚度小于等于1mm。这样设置的管壁厚度既能满足1.6MPa以下管道承压的要求，又使得密封界面在焊接低温绝缘子到介质管道的过程中容易满足最大可承受温度的要求。其它组成及连接关系与具体实施方式三相同。
具体实施方式五：结合图1说明，本实施方式所述接管2和主绝缘管1之间的间距H在0.05mm以下。所用低温环氧树脂胶填充于该缝隙，经验表明，这样构成的低温密封界面具有很好的低温密封性能。其他组成及连接方式与具体实施方式四相同。
具体实施方式六：结合图1说明，本实施方式所述套管5为金属套管。把冷缩系数较大的硬铝合金应用在本发明中使本发明的密封效果更好。其他组成及连接方式与具体实施方式一相同。
具体实施方式七：结合图1说明，本实施方式所述两个绝缘压板3为两个玻璃钢绝缘压板，每个玻璃钢压板上加工有凸台11，所述凸台11位于拉紧螺杆6和主绝缘管1之间。拉紧螺杆6为黄铜拉紧螺杆，黄铜拉紧螺杆的设置可以更好的提高本发明的密封性。其他组成及连接方式与具体实施方式一相同。
具体实施方式八：结合图1说明，本实施方式所述每个接管2均为不锈钢接管。每个接管采用304/304L/316/316L不锈钢作为制作原料，不锈钢接管应用在本发明中效果最好，其他组成及连接方式与具体实施方式五相同。
具体实施方式九：结合图1说明，本实施方式所述低温绝缘子还包括八个平垫圈12、八个弹簧垫圈13和八个六角螺母14，每个拉紧螺杆6的两端通过两个六角螺母14固定连接在两个绝缘压板3上。每个六角螺母14与其对应的绝缘压板3之间设置有平垫圈12和弹簧垫圈13。这样设置使本发明的密封效果更好。其他组成及连接方式与具体实施方式一或七相同。
具体实施方式十：结合图1说明，本实施方式所述方法按照以下步骤实现：
步骤一：固定过程：
首先将主绝缘管1、两个接管2和两个绝缘压板3需要粘接的表面均匀涂满环氧胶，在50～60℃的环境中静置10～15分钟，这样设置是由于环氧胶对被粘接的表面具有最大的附着力和最好的流动性；粘接有环氧胶的接触面为环氧胶圆周密封面，环氧胶圆周密封面的长度为15mm，不锈钢接管2总的粘接长度为28mm。这些尺寸与结构相配合，将限制可以达到环氧胶圆周密封面的拉应力、弯应力和扭应力到最小程度。
步骤二：组装过程：
首先，将两个接管2安装在主绝缘管1内，其次将套管5套装在主绝缘管1的外表面上，然后两个接管2穿过其对应的绝缘压板3的轴向通孔7，最后把四个拉紧螺杆6安装在两个绝缘压板3之间，拉紧每根拉紧螺杆6但不施加预紧力，逐件套合后即完成了组装过程；
步骤三：清理、固化及拉紧过程：
将连接好的低温绝缘子进行挤压，挤压出多余的环氧胶后清理低温绝缘子上的环氧胶，清理完毕后将所述绝缘子水平放置于保温箱中进行固化处理：在80～120℃下烘烤4～8个小时；从保温箱中取出后自然降温到室温15～20℃后再使用力矩扳手均匀等力拉紧每根拉紧螺杆6，至此，所述低温绝缘子制作完成。所述力矩扳手为业内常规用具，现有市售产品，所述保温箱为现有市售产品，起到保温效果即可，没有具体型号限制。
具体实施方式十一：结合图1说明，本实施方式所述方法按照以下步骤实现：
步骤一：固定过程：
首先将主绝缘管1、两个接管2和两个绝缘压板3需要粘接的表面均匀涂满环氧胶，在60℃的环境中静置15分钟，这样设置是由于环氧胶对被粘接的表面具有最大的附着力和最好的流动性；粘接有环氧胶的接触面为环氧胶圆周密封面，环氧胶圆周密封面的长度为15mm，不锈钢接管2总的粘接长度为28mm。这些尺寸与结构相配合，将限制可以达到环氧胶圆周密封面的拉应力、弯应力和扭应力到最小程度。
步骤二：组装过程：
首先，将两个接管2安装在主绝缘管1内，其次将套管5套装在主绝缘管1的外表面上，然后两个接管2穿过其对应的绝缘压板3的轴向通孔7，最后把四个拉紧螺杆6安装在两个绝缘压板3之间，拉紧每根拉紧螺杆6但不施加预紧力，逐件套合后即完成了组装过程；
步骤三：清理、固化及拉紧过程：
将连接好的低温绝缘子进行挤压，挤压出多余的环氧胶后清理低温绝缘子上的环氧胶，清理完毕后将所述绝缘子水平放置于保温箱中进行固化处理：在100℃下烘烤6个小时；从保温箱中取出后自然降温到室温18℃后再使用力矩扳手均匀等力拉紧每根拉紧螺杆6，至此，所述低温绝缘子制作完成。所述力矩扳手为业内常规用具，现有市售产品，所述保温箱为现有市售产品，起到保温效果即可，没有具体型号限制。其他方法步骤与具体实施方式十相同。

Claims (10)

1.一种低温绝缘子，其特征在于所述低温绝缘子包括主绝缘管(1)、套管(5)、两个接管(2)、两个绝缘压板(3)、两个铟环(4)和四个拉紧螺杆(6)，所述套管(5)套装在主绝缘管(1)的外表面上，所述主绝缘管(1)的两端各设置有一个绝缘压板(3)和一个接管(2)，每个绝缘压板(3)上加工有轴向通孔(7)和四个拉杆通孔(8)，每个接管(2)上均分别加工有一个台肩(9)，每个接管(2)穿过其对应的绝缘压板(3)上的轴向通孔(7)固定连接在主绝缘管(1)的内部，每个接管(2)上的台肩(9)与主绝缘管(1)相贴紧，两个接管(2)和主绝缘管(1)的内部贯通形成气流通道(10)，所述四个拉紧螺杆(6)设置在两个绝缘压板(3)之间，每个拉紧螺杆(6)的两端穿过两个绝缘压板(3)上的拉杆通孔(8)并与两个绝缘压板(3)固定连接，所述主绝缘管(1)和接管(2)上的台肩(9)之间设置有铟环(4)。
2.根据权利要求1所述的低温绝缘子，其特征在于位于主绝缘管(1)外侧的接管(2)的长度为30～40mm，位于主绝缘管(1)内侧的接管(2)的长度为15～20mm。
3.根据权利要求1或2所述的低温绝缘子，其特征在于所述每个接管(2)的孔内径小于5mm，所述每个接管(2)的孔外径小于7mm。
4.根据权利要求3所述的低温绝缘子，其特征在于所述每个接管(2)的管壁厚度小于等于1mm。
5.根据权利要求4所述的低温绝缘子，其特征在于所述接管(2)和主绝缘管(1)之间的间距H在0.05mm以下。
6.根据权利要求1所述的低温绝缘子，其特征在于所述套管(5)为金属套管。
7.根据权利要求1所述的低温绝缘子，其特征在于所述两个绝缘压板(3)为两个玻璃钢绝缘压板，每个玻璃钢压板上加工有凸台(11)，所述凸台(11)位于拉紧螺杆(6)和主绝缘管(1)之间。
8.根据权利要求5所述的低温绝缘子，其特征在于所述每个接管(2)均为不锈钢接管。
9.根据权利要求1或7所述的低温绝缘子，其特征在于所述低温绝缘子还包括八个平垫圈(12)、八个弹簧垫圈(13)和八个六角螺母(14)，每个拉紧螺杆(6)的两端通过两个六角螺母(14)固定连接在两个绝缘压板(3)上，每个六角螺母(14)与其对应的绝缘压板(3)之间设置有平垫圈(12)和弹簧垫圈(13)。
10.一种权利要求1所述的低温绝缘子的制作方法，其特征在于，所述方法按照以下步骤实现：
步骤一：固定过程：
首先将主绝缘管(1)、两个接管(2)和两个绝缘压板(3)需要粘接的表面均匀涂满环氧胶，在50～60℃的环境中静置10～15分钟；
步骤二：组装过程：
首先，将两个接管(2)安装在主绝缘管(1)内，其次将套管(5)套装在主绝缘管(1)的外表面上，然后两个接管(2)穿过其对应的绝缘压板(3)的轴向通孔(7)，最后把四个拉紧螺杆(6)安装在两个绝缘压板(3)之间，拉紧每根拉紧螺杆(6)但不施加预紧力，逐件套合后即完成了组装过程；
步骤三：清理、固化及拉紧过程：
将连接好的低温绝缘子进行挤压，挤压出多余的环氧胶后清理低温绝缘子上的环氧胶，清理完毕后将所述绝缘子水平放置于保温箱中进行固化处理：在80～120℃下烘烤4～8个小时；从保温箱中取出后自然降温到室温15～20℃后再使用力矩扳手均匀等力拉紧每根拉紧螺杆(6)，至此，所述低温绝缘子制作完成。
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