CN103177841B - 一种超导磁体用低温杜瓦及其关键尺寸参数的设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超导磁体用低温杜瓦，包括中空的环形筒体、上下封头和承载杆，其中上下封头分别与环形筒体的上下端密封连接，并共同构成真空室；封头上还开有多个通孔，这些通孔分别用于安装制冷机机头、吊杆，以及供信号线、真空规管、真空表头和电流引线穿入；承载杆用于将超导磁铁吊装或支撑在真空室内，其数量为2根以上。本发明还公开了相应的关键尺寸参数的设计方法。通过本发明，能够获得在各类工况下均可承受较大应力，避免盖板的变形或损坏，并显著减少漏热现象发生的超导磁铁用低温杜瓦，并为此类杜瓦设计时提供便利、合理的设计指标。

Description

一种超导磁体用低温杜瓦及其关键尺寸参数的设计方法

技术领域

本发明属于压力容器技术领域，更具体地，涉及一种超导磁体用低温杜瓦及其关键尺寸参数的设计方法。

背景技术

超导磁体储能作为一种新型的储能方式，能够快速实现有功、无功功率补偿，对于提高电力系统稳定性、抑制低频振荡、改善供电品质都有良好的应用前景。但是与常规储能方式不同的是，超导磁体只能工作在低于液氮温度的低温环境中，而且还需要将容器内部抽成真空状态，也就是说安全可靠的低温制冷和真空环境是超导磁体运行的必备条件。

现有技术中已经提出采用杜瓦来作为超导磁体的冷却容器，其冷却方式主要包括采用：液氦或液氮直接浸泡冷却、采用制冷机执行冷却，或是同时采用浸泡冷却和制冷机冷却。例如，CN1811260A公开了一种用于杜瓦瓶，其中通过在杜瓦瓶内部的真空系统中贮放低温液体，并将超导磁体浸泡其中，以实现在低温真空环境中制备超导磁体的用途；又如，CN101307862A公开了一种便于装卸的传导冷却超导磁体杜瓦，该杜瓦为中空的环形筒体，并在其内部配备的铜冷屏内安装制冷机和超导磁体，由此当经由真空抽口将杜瓦内部抽出真空后，就可以使用制冷机予以冷却。

考虑到将杜瓦用作超导磁体冷却设备时，比起储存液化气体在密封性、机械强度等方面要求更高，因此有必要对其结构及设置方式作出进一步的研究。此外，对于适用于超导磁体冷却用途的此类杜瓦而言，目前尚未进行系统的产品研究，尤其是缺乏对其中一些关键尺寸参数的设计指标。比如，冷却室主尺寸与超导磁体大小之间的关系、封头和侧壁的厚度、吊杆的数量及截面积与超导磁体重量之间的关系等。相应地，相关领域中亟需对超导磁体用低温杜瓦的结构作出进一步的改进，并提出可行的关键尺寸参数设计方案，以便满足此类低温杜瓦更高的使用要求。

发明内容

针对现有技术的缺陷或技术需求，本发明的目的在于提供一种超导磁体用低温杜瓦及其关键尺寸参数的设计方法，其中通过对其组件设置方式及其规格参数作出调整，能够在各类工况下承受较大应力，避免盖板的变形或损坏，并显著减少漏热现象的发生；此外，通过对关键组成部位的受力和热性能的研究分析，能够为此类低温杜瓦设计时提供便利、合理的设计指标。

按照本发明的一个方面，提供了一种超导磁体用低温杜瓦，该杜瓦包括中空的环形筒体、上封头、下封头和吊杆，其特征在于：

所述上封头通过法兰与环形筒体的上端连接，并在两者之间的接触面上配备有密封组件；上封头上还开有多个通孔，这些通孔分别用于安装制冷机机头、吊杆，以及用于供信号线、真空规管、真空表头和电流引线穿入；

所述下封头同样通过法兰与环形筒体的下端连接并在其接触面上配备有密封组件，或是通过焊接方式直接与环形筒体的下端密封结合，由此与上封头、环形筒体共同构成真空室；

所述吊杆的数量为2根以上，分别用于将超导磁体吊装在真空室内。

按照本发明，还提供了另外一种超导磁体用低温杜瓦，该杜瓦包括中空的环形筒体、上封头、下封头和支撑杆，其特征在于：

所述上封头通过法兰与环形筒体的上端连接并在两者之间的接触面上配备有密封组件，或是通过焊接方式直接与环形筒体的上端密封结合；

所述下封头通过法兰与环形筒体的下端连接并在其接触面上配备有密封组件，由此与上封头、环形筒体共同构成真空室；所述下封头上还开有多个通孔，这些通孔分别用于安装制冷机机头、支撑杆，以及用于供信号线、真空规管、真空表头和电流引线穿入；

所述支撑杆的数量为2根以上，分别用于将超导磁体支撑处在真空室内。

作为进一步优选地，所述密封组件包括设置在上下封头各自与筒体的接触面上的凹槽，以及装在各个凹槽中的真空用橡胶密封圈。

作为进一步优选地，所述杜瓦的整体高度L被设定为满足以下表达式：L=L₁+L₂+λR，其中L₁表示制冷机冷头的长度，L₂表示超导磁体的高度，R表示超导磁体的直径，λ取

作为进一步优选地，所述吊杆或支撑杆的截面积S满足以下表达式：其中w_q表示吊杆或支撑杆的漏热，Q表示制冷机的制冷量，[σ]为由吊杆或支撑杆自身的许用应力,G为所承载超导磁体的重量，η取 $[\frac{1}{10},\frac{1}{5}].$

作为进一步优选地，所述上下封头、环形筒体和杆均由不锈钢材料制成。

作为进一步优选地，所述上封头的厚度H满足以下表达式：H≥2%D，其中D为环形筒体的内径。

作为进一步优选地，所述杜瓦的环形筒体上靠近中间的位置设置有环形把手，以便杜瓦的抬放。

按照本发明的另一方面，还提供了相应的超导磁体用低温杜瓦关键尺寸参数的设计方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：

（a）按照所承载的超导磁体的外径，在国标GB/T6070-2007所规定的尺寸序列中选取对应的真空室及配套法兰，由此确定真空室的主尺寸也即环形筒体的内径D、环形筒体的厚度和配套法兰的外径；

（b）根据关系式L=L₁+L₂+λR，计算并确定杜瓦的整体高度L，其中L₁表示制冷机冷头的长度，L₂表示超导磁体的高度，R表示超导磁体的直径，λ取 $\[\frac{1}{3},\frac{1}{2}\];$

（c）根据超导磁体的规格，选择支撑杆或吊杆结构来实现对超导磁体的承载；此外利用步骤（a）所确定的环形筒体内径D，相应确定上下封头的外径，同时选取适当的封头厚度H：

（d）根据所承载超导磁体的重量G并结合以下表达式：相应计算并确定吊杆或支撑杆的截面积S，其中w_q表示吊杆或支撑杆的漏热，Q表示制冷机的制冷量，[σ]为由吊杆或支撑杆自身的许用应力,G为所承载超导磁体的重量，η取由此完成对包括环形筒体内径和厚度、杜瓦整体高度、上下封头的外径、上封头的厚度和杆截面积在内的多项关键尺寸参数的设计过程。

作为进一步优选地，在步骤（c）中，当所述封头由不锈钢材质制成时，其厚度按照表达式H≥2%D来计算和确定，其中D为环形筒体的内径。

总体而言，按照本发明的超导磁体用低温杜瓦及其关键尺寸参数的设计方法与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：

1、通过对其主要组件的设置方式及其规格参数作出改进，能够获得结构紧凑、便于操作的超导磁体用低温杜瓦，并适于在各类工况下承受较大应力，避免封头的变形或损坏，并显著减少漏热现象的发生；

2、通过对超导磁体用低温杜瓦的受力和热性能进行研究分析，相应可确定一些关键尺寸组件如环形筒体内径和厚度、上封头的厚度以及吊杆截面积等的规格参数，并为此类低温杜瓦的产品设计提供重要参考；

3、按照本发明的杜瓦能够较好地提供及保持低温和高真空环境，保证磁体的正常运行，同时便于大批量生产，因而尤其适作为超导磁体冷却设备的用途。

附图说明

图1a是按照本发明优选实施例所构建的超导磁体用低温杜瓦的侧视图，图1b是图1a中所示超导磁体用低温杜瓦的俯视图；

图2是与环形筒体配套安装的法兰的剖视图；

图3a是用于显示超导磁体采用吊装方式时的示意图，图3b是用于显示超导磁体采用支撑结构时的示意图；

图4a是用于显示单吊杆结构时的应力分析示意图，图4b是用于显示双吊杆结构时的应力分析示意图；

图5是按照本发明的超导磁体用低温杜瓦的上封头及设置其上的多个通孔的示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1a是按照本发明优选实施例所构建的超导磁体用低温杜瓦的侧视图，图1b是图1a中所示超导磁体用低温杜瓦的俯视图。如图1a和1b中所示，按照本发明一个优选实施方式所构建的超导磁体用低温杜瓦主要包括包括中空的环形筒体3、上封头4、下封头1和吊杆，其中上封头4通过法兰与环形筒体3的上端连接，并在两者之间的接触面上配备有密封组件。法兰的安装螺孔12沿着其圆周方向均匀分布，并通过螺栓来使得上封头4与环形筒体3之间实现紧固。为了保证气密性，还应当在上封头与环形筒体之间配备譬如真空用橡胶密封圈之类的密封件。

具体如图5中所示，上封头4上还开有多个通孔，这些通孔分别用于安装制冷机机头、吊杆，以及用于供信号线、真空规管、真空表头和电流引线穿入，具体而言，包括用于安装大制冷机冷头的通孔6、用于安装吊杆的多个吊杆通孔7、用于安装对超导磁体执行通流的电流引线的多个电流引线通孔8、用于安装譬如航空插头信号线之类使杜瓦内外信号相连的信号线的信号线通孔9、以及用于安装真空规管和真空表头的通孔10和11等。此外，还可以包括用于安装冷屏的通孔18和备用盲孔19等。这些通孔的开孔大小/数量可根据所安装或插入元件的规格/数量来确定。

下封头1同样可通过法兰与环形筒体3的下端连接并在其接触面上配备有密封组件，由此与上封头4、环形筒体3共同构成真空室。当然，它也可以直接通过焊接方式直接与环形筒体的下端密封结合。当上下封头采用法兰方式连接时，具体如图2中所示，D1为法兰的外径，D0为开螺孔的的直径，D2为橡胶密封圈的直径，D3为橡胶密封圈凹槽的内径，b为凹槽的宽度，一般取4-10mm，h为凹槽的深度，一般取为2-6mm，M为法兰的厚度，D为真空室的主尺寸也即环形筒体3的内径。为了保证密封面的严密性，在设计时，法兰的外边缘可比中间密封面部分的厚度略薄一点，h1为中间密封面与法兰外边缘的厚度差，一般取为2-10mm。

对于将各个超导磁体在真空室的承载方式而言，图3a和3b中分别显示了超导磁体采用吊装方式和支撑结构时的示意图。承载结构的设计不仅要考虑到力学稳定性，而且还需要考虑到传热问题。当采用吊装方式时，吊杆的设计只需要考虑在横向冲击下的最大弯矩（弯曲应力）以及在重力作用下（包括附加载荷）垂直方向的拉伸应力；而采用支撑方式时支撑杆为压杆，而压杆的设计需要考虑到压杆的稳定性问题。对于一般细长的压杆，保持稳定的临界承压能力远小于其拉伸强度（可以有10倍以上的差距）。因此，在相同的载荷下，吊杆可以比支撑杆更细。这就意味着吊装结构比支撑结构有更小的漏热。根据以上分析可以得出如下结论：当超导磁体的重量不大时（微型或小型超导磁体），可以采用支撑结构；对于大中型超导磁体，采用吊装结构更为合适。采用支撑结构时的杜瓦构造与上述实施例相类似，不同之处仅在于此时是下封头上开有多个通孔，这些通孔分别用于安装制冷机机头、支撑杆，以及用于供信号线、真空规管、真空表头和电流引线穿入等。相应地，下封头通过法兰与环形筒体的下端连接并在其接触面上配备有密封组件，上封头同样通过法兰和密封组件配合的方式或是直接焊接与环形筒体上端密封连接，由此共同构成真空室。

图4a和4b分别显示了单吊杆结构和双吊杆结构时的应力分析示意图。如图4a中所示，当采用单吊杆结构时，此时超导磁体会受到2个作用力，一个是垂直向下的重力G，另外一个是水平方向的冲击载荷F，但主要需要考虑冲击荷载F的问题，因为横向冲击荷载更容易导致吊杆断裂。在横向冲击载荷F的作用下，吊杆会承受弯矩的作用。等直杆的最大弯矩决定于杆的尺寸和载荷的大小、加载位置，在急速停车时，横向载荷加载在吊杆的下端。根据该种结构的受力和约束情况，其为标准的悬臂梁结构，最大弯矩发生在靠近上盖板的地方。对于等直杆，最大弯矩所在的截面也就是最大弯曲应力所在的截面。如图4b中所示，当采用双吊杆结构时，超导磁体同样会受到2个作用力，一个是垂直向下的重力G，另外一个是水平方向的冲击载荷F。采用双吊杆结构的好处是可以把大部分横向的弯曲应力转变为杆的压应力和拉伸应力，并且可以证明当横向冲击载荷的作用距离等于杆间距时，横向冲击载荷等效于相同大小的垂直载荷，而吊杆一般是采用不锈钢材料的，能够承受的压应力和拉伸应力比弯曲应力大很多，所以这样就可以最大程度地在保证吊杆稳定性的条件下，减小吊杆的横截面积，减小吊杆的横截面积对于减小吊杆的传递漏热有着重要作用。4根吊杆承受横向冲击载荷的分析与双吊杆结构相同。通过以上分析可知，双吊杆结构的力学稳定性要远高于单吊杆结构，因此在本发明优选将吊杆的数量设置为2个以上，譬如2个或4个。当采用支撑结构时，其应力分析与前述相类似，因此同样适用于以上结论。

为了保证超导磁体用低温杜瓦能够提供较高的真空度，尽可能小地漏热，同时保证必要的机械强度。在本发明中对其一些关键组成部件的规格同样进行了研究和设定，并相应提出了涉及超导磁体用低温杜瓦关键尺寸参数的设计/确定方法。

首先需要确定的真空室的主尺寸也即环形筒体的内径D，图2中所示的其他尺寸均与此相关。由于真空室的主尺寸主要取决于所存放超导磁铁（包括磁体的紧固部分）的外径，同时考虑到规模化生产和产品管理上的便利，在本发明中按照所吊装的超导磁体的外径，并从国标GB/T6070-2007所规定的真空室及其配套法兰的尺寸序列中选取对应的真空室及其配套法兰的规格，由此可确定真空室的主尺寸也即环形筒体的内径D，此外还可确定环形筒体的厚度、配套法兰和橡胶密封圈等配件的尺寸。

接着，可以根据关系式L=L₁+L₂+λR，计算并确定杜瓦的整体高度L，其中L₁表示制冷机冷头的长度，L₂表示超导磁体的高度，R表示超导磁体的直径，λ取

接着，可以根据超导磁体的规格，选择支撑杆或吊杆结构来实现对超导磁体的承载；此外利用已确定的环形筒体内径D，相应确定上、下封头的外径，同时确保用于安装吊杆或支撑杆的封头的厚度具备足够的机械强度。研究表明，封头的厚度主要取决于真空室的主尺寸，其和主尺寸之间的关系为：

$H=D\sqrt{\frac{\mathrm{KP}}{\[\mathrm{\σ}\]}}$

其中，H表示封头的厚度，D为真空室的主尺寸，K为封头的形状因子，P表示大气压，[σ]表示封头材料的许用应力。对圆形封头而言，K值约为0.3～0.4，不锈钢的许用应力大于100Mpa，大气压为0.1Mpa，因此在本发明中当采用不锈钢制造杜瓦时，优选将封头的厚度设定为大于等于2%D。

基于对双吊杆结构的应力分析和漏热分析，我们得知承载杆（吊杆或支撑杆）的尺寸规格对漏热存在较大影响，同时与其所承载的超导磁体重量及其自身材质密切相关，并推导得出承载杆的规格需同时满足以下关系式：

$\left\{\begin{array}{c}{w}_q\≤\mathrm{\ηQ}\\ S\left[\mathrm{\σ}\right]\≥3G\end{array}\right.$

其中S表示各个吊杆或支撑杆的截面积，w_q表示吊杆或支撑杆的漏热，Q表示制冷机的制冷量，[σ]为由吊杆或支撑杆自身的许用应力,G为所承载超导磁体的重量，η取较多的测试表明，当采用按照以上关系式来计算及确定用于承载超导磁体的杆的尺寸规格时，能够在保证杆不会发生断裂的同时避免漏热的发生，而且便于不同重量磁体时的承载杆尺寸规格的计算，提高了设计和制造的效率。

下面我们将以100kJ/50kW超导磁体的低温杜瓦为例来进一步具体说明。

根据设计要求，该超导磁体工作在20K的温度，此时低温杜瓦能够保持高真空度，而且尽可能小地发生漏热。首先可以按照所承载的超导磁体的外径，并从国标GB/T6070-2007所规定的真空室及其配套法兰的尺寸序列中选取并确定对应的真空室主尺寸也即环形筒体的内径D，具体如表1所示（单位mm）：

磁体外径	<340	<430	<560	<700	<900
						适用的公称通	400	500	630	800	1000
主尺寸D	400	501	651	800	1000

表1

在此基础上，还可相应确定环形筒体的厚度、配套法兰和橡胶密封圈等配件的尺寸，譬如当主尺寸选取651时，其他参数尺寸具体如表2所示（单位mm）：

表2

另外，杜瓦和磁体的高度需要考虑制冷机冷头真空部分的长度、冷头与磁体上端的间距等因素，相应可设定如表3（单位mm）：

冷头内部长度	冷头和磁体间距	磁体长度	下部支撑杆	总长
					350	200	600	100	1250

表3

接着，可根据所确定的环形筒体内径D，相应确定上、下封头的外径，同时根据以下表达式来选取适当的上封头厚度：

$H=D\sqrt{\frac{\mathrm{KP}}{\[\mathrm{\σ}\]}}$

其中，H表示封头的厚度，D为真空室的主尺寸，K为封头的形状因子，P表示大气压，[σ]表示封头材料的许用应力。当封头由不锈钢材质构成时，测试表明，其厚度可按照表达式H≥2%D来计算和确定，其中D为环形筒体的内径。

在确定上下封头的外径以及上封头的厚度之后，还需要对另外几个关键参数进行设计，其中包括吊杆的数量、截面积大小等。根据以上分析，这里采用了4根吊杆来承载超导磁体，并根据所吊装超导磁体的重量G同时结合表达式相应计算并确定各个吊杆的截面积S，其中w_q表示吊杆或支撑杆的漏热，Q表示制冷机的制冷量，[σ]为由吊杆或支撑杆自身的许用应力,G为所承载超导磁体的重量，η取

最后，还可以根据具体需求来设定上封头上所设置的通孔及其安装尺寸，具体如表4所示（单位mm）：

	安装孔直径	密封面外径	真空部分长度	数量	安装位置
						AL325	100（通孔）	165.1（开密	338	1	上盖板
CH210	98（通孔）	184.2（平面）	304.3	1	上盖板
						电流引线	10～20（通孔）	30～40（开密	200	4	上盖板
信号线	小（2个lemo）	小	软线	3	上盖板
						真空规管	小（agilent）	小	短	1	上盖板
真空表头	小	小	短	1	上盖板
						磁体吊杆	20（螺孔）	40（开密封	500或1000	4	上盖板
冷屏吊杆	10（盲孔）	20（垫片）	～50	4	上盖板下
						备用吊杆	10（盲孔）	20（垫片）	-	4	上盖板下
抽气管道	Agilent机组	Agilent机组	无	1～2	侧壁

表4

综上，超导磁体用低温杜瓦的关键尺寸参数如上下封头、环形壳体和吊杆的尺寸规格都已确定，并相应设定了其他一些规格参数，由此能够以一种便于操作、实用性强的方式完成杜瓦的设计过程。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种超导磁体用低温杜瓦，该杜瓦包括中空的环形筒体、上封头、下封头和吊杆，其特征在于：

所述上封头通过法兰与所述环形筒体的上端连接，并在两者之间的接触面上配备有第一密封组件，所述法兰的安装螺孔沿着其圆周方向均匀分布，并通过螺栓来使得所述上封头与所述环形筒体之间实现紧固；此外，该第一密封组件包括设置在所述上封头与所述环形筒体的接触面上的凹槽、以及装在各个凹槽中的真空用橡胶密封圈；所述上封头上还开有多个通孔，这些通孔分别用于安装制冷机冷头、吊杆，以及用于供信号线、真空规管、真空表头和电流引线穿入；

所述下封头同样通过法兰与所述环形筒体的下端连接并在其接触面上配备有第二密封组件，或是通过焊接方式直接与此环形筒体的下端密封结合，由此与所述上封头和环形筒体共同构成真空室；当配备有第二密封组件时，该第二密封组件包括设置在所述下封头与所述环形筒体的接触面上的凹槽、以及装在各个凹槽中的真空用橡胶密封圈；

所述吊杆的数量为2根或者4根，分别用于将超导磁体吊装在所述真空室内；

此外，上述杜瓦的整体高度L被设定为满足以下表达式：L＝L₁+L₂+λR，其中L₁表示所述制冷机冷头的长度，L₂表示所述超导磁体的高度，R表示所述超导磁体的直径，λ取

2.如权利要求1所述的超导磁体用低温杜瓦，其特征在于，所述吊杆的截面积S₁满足以下表达式： $\left\{\begin{array}{c}{w}_q\≤\mathrm{\ηQ}\\ S_1\left[\mathrm{\σ}\right]\≥3G\end{array}\right.,$ 其中w_q表示所述吊杆的漏热，Q表示所述制冷机的制冷量，[σ]为所述吊杆自身的许用应力,G为所述超导磁体的重量，η取

3.如权利要求2所述的超导磁体用低温杜瓦，其特征在于，所述上封头、下封头、环形筒体和吊杆均由不锈钢材料制成；并且所述上封头的厚度H满足以下表达式：H≥2％D，其中D为所述环形筒体的内径。

4.一种超导磁体用低温杜瓦，该杜瓦包括中空的环形筒体、上封头、下封头和支撑杆，其特征在于：

所述上封头通过法兰与所述环形筒体的上端连接，并在两者之间的接触面上配备有第一密封组件，或是通过焊接方式直接与所述环形筒体的上端密封结合；当配备有第一密封组件时，该第一密封组件包括设置在所述上封头与所述环形筒体的接触面上的凹槽，以及装在各个凹槽中的真空用橡胶密封圈；

所述下封头通过法兰与所述环形筒体的下端连接，并在其接触面上配备有第二密封组件，由此与所述上封头和环形筒体共同构成真空室，该第二密封组件包括设置在所述下封头与所述环形筒体的接触面上的凹槽、以及装在各个凹槽中的真空用橡胶密封圈；所述下封头上还开有多个通孔，这些通孔分别用于安装制冷机冷头、支撑杆，以及用于供信号线、真空规管、真空表头和电流引线穿入；

所述支撑杆为压杆的形式，它的数量为2根或者4根，分别用于将超导磁体支撑处在所述真空室内；

此外，上述杜瓦的整体高度L被设定为满足以下表达式：L＝L₁+L₂+λR，其中L₁表示所述制冷机冷头的长度，L₂表示所述超导磁体的高度，R表示所述超导磁体的直径，λ取

5.如权利要求4所述的超导磁体用低温杜瓦，其特征在于，所述支撑杆的截面积S₂满足以下表达式： $\left\{\begin{array}{c}{w}_q\≤\mathrm{\ηQ}\\ S_2\left[\mathrm{\σ}\right]\≥3G\end{array}\right.,$ 其中w_q表示所述支撑杆的漏热，Q表示所述制冷机的制冷量，[σ]为所述支撑杆自身的许用应力,G为所述超导磁体的重量，η取

6.一种用于超导磁体用低温杜瓦的关键尺寸参数的设计方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：

(a)按照所承载的超导磁体的外径，在国标GB/T6070-2007所规定的尺寸序列中选取对应的真空室及配套法兰，由此确定该真空室的主尺寸也即环形筒体的内径D、环形筒体的厚度和配套法兰的外径；

(b)根据关系式L＝L₁+L₂+λR，计算并确定杜瓦的整体高度L，其中L₁表示制冷机冷头的长度，L₂表示超导磁体的高度，R表示超导磁体的直径，λ取

(c)根据超导磁体的规格，选择吊杆结构来实现对超导磁体的承载；此外利用步骤(a)所确定的环形筒体内径D，相应确定上、下封头的外径；同时选择将上封头由不锈钢材质构成，且根据公式H≥2％D来选取适当的上封头厚度H；

(d)根据所承载超导磁体的重量G并结合以下表达式： $\left\{\begin{array}{c}{w}_q\≤\mathrm{\ηQ}\\ S_1\left[\mathrm{\σ}\right]\≥3G\end{array}\right.,$ 相应计算并确定所述吊杆的截面积S₁，其中w_q表示所述吊杆的漏热，Q表示所述制冷机的制冷量，[σ]为所述吊杆自身的许用应力,G为所述超导磁体的重量，η取由此完成对包括环形筒体内径和厚度、杜瓦整体高度、上下封头的外径、上封头的厚度和杆截面积在内的多项关键尺寸参数的设计过程。