CN103258616A - 一种用于大型超导磁体电流引线的绝缘法兰 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于大型超导磁体电流引线的绝缘法兰，两端金属法兰分别连高电位与接地，端面法兰与高电位的电流引线焊接，真空法兰与接地的真空杜瓦法兰连接，端面法兰与锁紧法兰中间通过绝缘套筒连接，该绝缘具有一定厚度与长度既能承受机械载荷又能对高压进行绝缘；两端法兰通过螺栓连接到预埋于绝缘套筒内的销钉；真空法兰与锁紧法兰焊接；电流引线套筒外层设计玻璃纤维与聚纤亚胺包绕固化形成的绝缘，T形环预置于绝缘层内部，T形环与真空法兰直接焊接一段波纹管。本发明的结构特点是集成高压绝缘、机械支撑、真空密封、吸收低温冷收缩功能于一体，满足低温、真空环境下电传输的特殊要求。
Description
技术领域
本发明涉及大型热核聚变装置或其它大型电磁装置的超导磁体的供电馈线领域，具体为一种用于大型超导磁体电流引线的绝缘法兰。
背景技术
热核聚变将为人类提供取之不尽的清洁能源，国际热核聚变试验堆（ITER）计划将在未来十年内建成。高温超导电流引线为其巨型低温超导磁体供电，同时连接室温(300K)与低温（4.5K）,由于超导磁体以及电流引线本身工作在低温、真空环境中；而且ITER大型电流引线重达~600kg，电流引线与真空杜瓦的连接法兰必须能够承载本身重量；电流引线为超导磁体传输电流，而真空杜瓦处于接地状态，在故障态下电流引线必须能够承载高达30kV的绝缘，因此能够集成高压绝缘、强载荷、能在真空低温下工作的绝缘法兰是保证电流引线正常安全运行的关键。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于大型超导磁体电流引线的绝缘法兰，实现电流引线跨界真空与大气环境连接高压与接地电位、连接常温与低温，同时能够承载电流引线本身载荷。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
一种用于大型超导磁体电流引线的绝缘法兰，其特征在于：包括有绝缘套筒，绝缘套筒一端连接有接入高电位的端面法兰，绝缘套筒另一端连接有锁紧法兰以及焊接在锁紧法兰上的真空法兰，所述真空法兰与真空杜瓦密封连接，还包括电流引线套筒、T形环，所述电流引线套筒一端从焊接为一体的真空法兰、锁紧法兰穿入至绝缘套筒内并焊接在端面法兰上，电流引线套筒筒壁上设有内、外绝缘层，所述T形环由筒体和沿径向连接在筒体上的金属板构成，T形环的筒体埋设在电流引线套筒内、外绝缘层之间并套在电流引线套筒外，T形环筒体上连接的金属板沿筒体径向向外延伸，所述真空法兰中紧贴真空法兰内壁设置有套在电流引线套筒外绝缘层上的波纹管，波纹管管端连接有套在电流引线套筒外并向绝缘套筒内延伸的加长筒，且加长筒延伸至T形环金属板处与金属板连接，所述绝缘套筒与端面法兰之间间隙亦设置有环状绝缘层，且绝缘套筒与端面法兰之间绝缘层内壁紧贴电流引线套筒上的内绝缘层，所述绝缘套筒、加长筒、金属板、电流引线套筒外绝缘层、绝缘套筒与端面法兰之间绝缘层共同围成的空间中填充有硅橡胶带。
所述的一种用于大型超导磁体电流引线的绝缘法兰，其特征在于：所述绝缘套筒筒壁两端分别设置有阵列分布的多个销钉孔，销钉孔中分别预埋有销钉，销钉上分别设有螺孔，所述端面法兰、锁紧法兰分别通过多个螺栓与绝缘套筒两端筒端连接，且螺栓分别一一对应穿入至绝缘套筒对应端销钉孔中并螺入销钉的螺孔中。
所述的一种用于大型超导磁体电流引线的绝缘法兰，其特征在于：所述销钉与销钉孔间隙填充环氧胶，且销钉孔中设有盖住销钉的绝缘片，所述绝缘套筒筒壁上设有盖住销钉孔的绝缘层。
所述的一种用于大型超导磁体电流引线的绝缘法兰，其特征在于：所述电流引线套筒上内、外绝缘层分别由玻璃纤维与聚酰亚胺包绕固化形成。
本发明通过足够强度的绝缘套筒连接高压与接地电位，满足机械强度与绝缘耐压强度；通过T形件实现电流引线的大气与杜瓦真空的分隔；通过波纹管段吸收低温下的冷收缩；通过真空法兰与锁紧法兰的焊接结构实现与绝缘法兰的机械连接以及与真空杜瓦法兰的真空密封连接。
本发明工作在真空、低温、高压绝缘环境下，适用于低温电物理装置，为电流引线与低温杜瓦之间建立真空、绝缘的连接与支撑。本发明在聚变堆领域以及超导领域具有较好的应用价值。
事实上，只要是期望在真空、低温下传输电压电流的场合，具有真空、绝缘高压、承担机械载荷要求的部件都可以参考本发明的技术方案，但凡是未脱离本发明的技术方案的内容，仅是依据本发明的技术实质对所述结构进行的简单修改，或是同等变化与修饰，均应属于本发明技术方案的范围之内。
本发明的优点是：
本发明的结构简单，但功能复杂，保证了低温环境下运行、真空、高压绝缘以及机械支撑的多重功用；各功能由不同的部件承担；绝缘套筒承受机械载荷与高电位，但工作在大气与室温下；真空法兰与杜瓦法兰连接起真空密封作用；波纹管吸收低温冷收缩，但不承受机械载荷；T形环预埋于电流引线绝缘起密封作用，但不承受机械载荷；整体设计安全可靠。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图2是本发明中绝缘套筒预埋销钉的阵列图。
具体实施方式
如图1、图2所示。一种用于大型超导磁体电流引线的绝缘法兰，包括有绝缘套筒4，绝缘套筒4一端连接有接入高电位的端面法兰17，绝缘套筒4另一端连接有锁紧法兰5以及焊接在锁紧法兰5上的真空法兰6，真空法兰6与真空杜瓦密封连接，还包括电流引线套筒18、T形环，电流引线套筒18一端从焊接为一体的真空法兰6、锁紧法兰5穿入至绝缘套筒4内并焊接在端面法兰17上，电流引线套筒18筒壁上设有内绝缘层19、外绝缘层，T形环由筒体14、12和沿径向连接在筒体14、12之间的金属板13构成，金属板13将电流引线套筒18的外绝缘层分为两部分：外绝缘层15和外绝缘层10，T形环,的筒体14、12埋设在电流引线套筒18内、外绝缘层之间并套在电流引线套筒18外，T形环筒体14、12上连接的金属板13沿筒体径向向外延伸，真空法兰6中紧贴真空法兰6内壁设置有套在电流引线套筒18外绝缘层10上的波纹管8，波纹管8管端连接有套在电流引线套筒18外并向绝缘套筒4内延伸的加长筒11，且加长筒11延伸至T形环金属板13处与金属板13连接，绝缘套筒4与端面法兰17之间间隙亦设置有环状绝缘层16，且绝缘套筒4与端面法兰17之间绝缘层16内壁紧贴电流引线套筒18上的内绝缘层，绝缘套筒18、加长筒11、金属板13、电流引线套筒18外绝缘层15、绝缘套筒4与端面法兰17之间绝缘层16共同围成的空间中填充有硅橡胶带20、21。
绝缘套筒4筒壁两端分别设置有阵列分布的多个销钉孔，销钉孔中分别预埋有销钉3，销钉3上分别设有螺孔，端面法兰17、锁紧法兰5分别通过多个螺栓22与绝缘套筒4两端筒端连接，且螺栓22分别一一对应穿入至绝缘套筒4对应端销钉孔中并螺入销钉3的螺孔中。
销钉3与销钉孔间隙填充环氧胶，且销钉孔中设有盖住销钉3的绝缘片2，绝缘套筒4筒壁上设有盖住销钉孔的绝缘层1。
电流引线套筒18上内、外绝缘层分别由玻璃纤维与聚酰亚胺包绕固化形成。
绝缘套筒4两端阵列预埋销钉3，与两端的端面法兰17和锁紧法兰5螺栓22预紧，销钉与套筒孔间间隙用环氧胶填充固化，销钉点焊于法兰；端面法兰17与绝缘套筒4间隙中设绝缘层16，可以对高电位部件端面法兰17和接地部件T形环进行绝缘隔离；锁紧法兰5与真空法兰6之间断续焊连接固定；这样，端面法兰17、绝缘套筒4、锁紧法兰5与真空法兰6之间固定为一整体，承载电流引线的机械与电压载荷，裸露的销钉3头部盖一绝缘片2后，再在绝缘套筒4外壁包绕挡住销钉孔的由固化薄层玻璃纤维构成的绝缘层1可以避免沿面放电。
电流引线套筒18包绕内绝缘层19，和被金属板隔分的外绝缘层15和10；T形环由金属筒14和12与设置在金属筒14和12中间的金属板13氩弧焊密封焊接为一整体；T形环预埋于电流引线套筒18内、外绝缘层之间后固化而成一整体；这样电流引线的高电位与T形环之间通过内层的绝缘层进行隔离，同时T形环的左右端分别处于大气与杜瓦真空环境，该嵌入结构也起到真空密封功能。
T形环的金属板13与真空法兰6之间通过一段波纹管8与加长筒11连接，所有部件密封焊；波纹管8与加长筒11焊接时需要垫金属衬环9，波纹管8与真空法兰6之间焊接时也需要金属衬环7。绝缘套筒18、加长筒11、金属板13、电流引线套筒18外绝缘层15、绝缘套筒4与端面法兰17之间绝缘层16共同围成的空间中填充有硅橡胶带20、21，以避免电流引线外层绝缘16外圈结冰。这样真空法兰6、波纹管8、加长套筒11与金属板13以及电流引线套筒的外绝缘层10，15、内绝缘层19与杜瓦壳体一起构成杜瓦真空与外层大气之间的封闭层；另外，电流引线的低温冷收缩可以由波纹管来吸收。
Claims (4)
1.一种用于大型超导磁体电流引线的绝缘法兰，其特征在于：包括有绝缘套筒，绝缘套筒一端连接有接入高电位的端面法兰，绝缘套筒另一端连接有锁紧法兰以及焊接在锁紧法兰上的真空法兰，所述真空法兰与真空杜瓦密封连接，还包括电流引线套筒、T形环，所述电流引线套筒一端从焊接为一体的真空法兰、锁紧法兰穿入至绝缘套筒内并焊接在端面法兰上，电流引线套筒筒壁上设有内、外绝缘层，所述T形环由筒体和沿径向连接在筒体上的金属板构成，T形环的筒体埋设在电流引线套筒内、外绝缘层之间并套在电流引线套筒外，T形环筒体上连接的金属板沿筒体径向向外延伸，所述真空法兰中紧贴真空法兰内壁设置有套在电流引线套筒外绝缘层上的波纹管，波纹管管端连接有套在电流引线套筒外并向绝缘套筒内延伸的加长筒，且加长筒延伸至T形环金属板处与金属板连接，所述绝缘套筒与端面法兰之间间隙亦设置有环状绝缘层，且绝缘套筒与端面法兰之间绝缘层内壁紧贴电流引线套筒上的内绝缘层，所述绝缘套筒、加长筒、金属板、电流引线套筒外绝缘层、绝缘套筒与端面法兰之间绝缘层共同围成的空间中填充有硅橡胶带。
2.根据权利要求1所述的一种用于大型超导磁体电流引线的绝缘法兰，其特征在于：所述绝缘套筒筒壁两端分别设置有阵列分布的多个销钉孔，销钉孔中分别预埋有销钉，销钉上分别设有螺孔，所述端面法兰、锁紧法兰分别通过多个螺栓与绝缘套筒两端筒端连接，且螺栓分别一一对应穿入至绝缘套筒对应端销钉孔中并螺入销钉的螺孔中。
3.根据权利要求2所述的一种用于大型超导磁体电流引线的绝缘法兰，其特征在于：所述销钉与销钉孔间隙填充环氧胶，且销钉孔中设有盖住销钉的绝缘片，所述绝缘套筒筒壁上设有盖住销钉孔的绝缘层。
4.根据权利要求1所述的一种用于大型超导磁体电流引线的绝缘法兰，其特征在于：所述电流引线套筒上内、外绝缘层分别由玻璃纤维与聚酰亚胺包绕固化形成。
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