CN104251367B - 一种超低温流体传输管线真空隔断装置 - Google Patents

一种超低温流体传输管线真空隔断装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种超低温流体传输管线真空隔断装置。本装置包括真空隔断法兰，所述真空隔断法兰连接有各温区的低温管线，包括超低温区、第一低温区与第二低温区；每一温区包括一套管及穿过并伸出该套管的低温管线；超低温区位于所述真空隔断法兰中心，第一低温区分布于所述超低温区外围，第二低温区分布于所述第一低温区外围；超低温区的低温管线、第一低温区的低温管线、第二低温区的低温管线分别穿过所述真空隔断法兰，各温区的所述套管一端与所述真空隔断法兰密封连接；每一套管分别通过一热截止与上一温区的低温管线连接，且该热截止的温度与该上一温区的低温管线温度相同。本发明优化了真空隔断套筒的温度梯度，减小了低温区的流体消耗。

Description

一种超低温流体传输管线真空隔断装置
技术领域
本发明属于一种超低温流体传输管线中的真空隔断装置，具体应用于2K低温系统的低温分配阀箱与低温恒温器连接的2K低温传输管线中，该装置实现各真空系统的独立性，防止某一真空系统受到破坏时影响其它真空系统。
背景技术
为了进一步提高超导加速腔、超导磁体的品质因素，将其工作在2K低温环境当中。2K的超流氦一般是由4.2K液氦减压降温来获得，对设备漏热要求极其严格。在大型的低温系统中，为了实现各真空系统的独立性，防止某一真空系统受到破坏时影响其他真空系统，需要在低温传输管线中设置真空隔断装置。低温传输管线中的真空隔断作为室温部件与低温部件过渡装置，需要考虑诸多因素：首先必须保证在中心低温区域有很小的漏热，真空环境中有足够的机械强度，同时有很好的真空密封性能。2K低温传输管线包括各温区的低温管线，而且由于低温流体的不同对漏热的要求也不尽相同，4.2K液氦较80K液氮更为珍贵，2K液氦较4.2K超流氦更为珍贵，所以最重要的是要尽量减小来自室温端的热负荷,尤其减小对中心低温区域2K液氦的消耗，同时真空隔断装置要在反复降温、复温过程中有足够的机械稳定性。综上所述，设计2K低温传输管线真空隔断装置有一定的难度。
目前的技术中，没有涉及中心低温区域为2K的真空隔断(2K的超流氦保存不易，对其设备的漏热的要求更为严格)，现有方案中的真空隔断均不太适用于此场合中。
发明内容
本发明目的是要提出一种超低温流体传输管线中的真空隔断装置，本装置能够实现真空系统的独立性，并具有足够的机械强度、很好的真空密封性能、补偿冷热收缩位移量、尤其对中心低温区域有很小的热负荷。
本发明的技术为了减小中心低温区域2K的热负荷，采用多种手段增加导热路径，充分利用4.2K液氦的较大显热值，适当牺牲4.2K液氦。同时对其他温区流体的热负荷也采取相应的手段。
本发明公开的2K低温流体传输管线真空隔断装置，包括有实现真空环境的的真空隔断法兰，若干穿过真空隔断法兰的不同温区低温管线及其对应的真空套管以及优化温度梯度的铜冷沉。2K低温传输管线真空隔断装置是室温部件与低温部件过渡装置，而且不设置冷屏；真空隔断法兰焊接有各温区带有波纹管的双层套管，同时各温区低温管线之间通过铜冷沉来建立联系，双层套管适当位置设置有上一温区的铜冷沉作为热截止来有选择性的消耗较高温区的流体来减小较低温区的流体消耗。
本发明的技术方案为：
一种超低温流体传输管线真空隔断装置，其特征在于包括真空隔断法兰，所述真空隔断法兰连接有各温区的低温管线，包括超低温区、第一低温区与第二低温区，第二低温区温度高于第一低温区温度，第一低温区温度高于超低温区温度；每一温区包括一套管及穿过并伸出该套管的低温管线；所述超低温区位于所述真空隔断法兰中心，所述第一低温区分布于所述超低温区外围，所述第二低温区分布于所述第一低温区外围；所述超低温区的低温管线、第一低温区的低温管线、第二低温区的低温管线分别穿过所述真空隔断法兰，各温区的所述套管一端与所述真空隔断法兰密封连接；每一套管分别通过一热截止与上一温区的低温管线连接，且该热截止的温度与该上一温区的低温管线温度相同。
进一步的，所述套管为加装波纹管的双层套管。
进一步的，所述双层套管的内层和外层一端分别与所述低温管线和真空隔断法兰密封连接。
进一步的，所述双层套管的内层长度为其外层长度的一半。
进一步的，所述超低温区、第一温区外围分别设有一对应的低温区域套管。
进一步的，所述超低温区域内设置有降温\复温管线。
进一步的，所述超低温区为2K低温区，所述第一低温区为4.2K低温区，所述第二低温区为80K低温区。
进一步的，所述的上一温区的低温管线与下一温区的套管通过铜冷沉连接
进一步的，所述铜冷沉与套管之间采用钎焊来作为热截止
本装置的真空隔断法兰将两个系统实现独立真空，并且与低温管线及其对应的真空套管实现真空密封。不同温区的低温管线有加装波纹管的夹层双层套管来增大导热长度，从而降低其热负荷，其在导热路径相同的情况下，结构更为紧凑，并且波纹管可以补偿由于冷热收缩引起的位移要求。2K低温传输管线包括各温区的低温管线，而且由于低温流体的不同对漏热的要求也不尽相同，4.2K液氦较80K液氮更为珍贵，2K超流氦较4.2K液氦更为珍贵，所以适当增加后者的消耗量来尽量减小前者消耗，在套筒的适当位置设置铜冷沉作为热截止优化温度梯度，铜冷沉在真空隔断的各低温管线中起到纽带与桥梁的作用，使得真空隔断各个温区的低温管线组成一个整体，这种设计能够使得真空隔断有选择性(选择消耗某一种低温流体，选择消耗某一种流体数量多少)的消耗较高温区的流体来减小较低温区流体的消耗，将2K、4.2K低温管道的热负荷尽量降低。
与现有技术相比，本发明的积极效果为：
本发明实现真空系统的独立性，在绝热性能方面，低温管线的双层套管与波纹管能够适当增加导热路径，同时套管上的波纹管能够补偿由于冷热收缩引起的位移变化要求。而且用导热性能较好的铜冷沉将温度较高的80K液氮管线与4.2K管线的套管连接，优化了真空隔断套筒的温度梯度，真空隔断各温区低温管线之间通过铜冷沉来建立联系，双层套管适当位置设置有上一温区的铜冷沉作为热截止来有选择性的消耗较高温区的流体来减小较低温区的流体消耗。特别适当降低中心低温区域2K低温管道的热负荷。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的剖面结构示意图。
图3为低温中心区域2K低温管线套筒8示意图。
图4为4.2K低温管线以及真空套筒示意图。
其中，图中标号：
1-室温外筒体，2-室温法兰，3-4.2K低温区域套管，4-80K低温管线套管，5-80K铜冷沉，6-80K铜冷沉，7-80K低温管线，8-中心区域2K套管，9-4.2K低温管线套管，10-4.2K铜冷沉，11-4.2K低温管线，12-2K低温管线，13-降温/复温管线。
具体实施方式
本发明的2K低温传输管线中的真空隔断装置，包括2K低温传输管线真空隔断法兰、不同温区低温管线及其对应的真空套筒型式。其特征在于2K低温传输管线真空隔断装置包括不同温区的低温管线，而且各温区的低温管线设置有带有波纹管的双层套管，同时各温区低温管线之间通过铜冷沉来建立联系，双层套管适当位置设置有上一温区(即相邻较高温区)的铜冷沉作为热截止来有选择性的消耗较高温区的流体来减小较低温区的流体消耗。
本发明真空隔断室温法兰与低温传输管线的室温管道配合，各温区的低温管线套管与真空隔断法兰焊接，各低温管线穿过其套管并与套管焊接，实现真空隔断两侧的真空的隔绝。
本发明真空隔断各温区低温管线设置带有波纹管的双层夹层套管的目的是为了增加了导热长度，换言之，其在导热路径相同的情况下，此结构更为紧凑，而且能够补偿由于冷热收缩引起的位移要求。同时为了实现其机械稳定性，避免对低温套管的悬臂梁造成端部位移过大，根部应力集中，不采用彻底折弯型式的悬臂梁结构，设计套筒双层结构只折弯到一半的位置，使其构成外伸梁，来避免上述问题。
参见附图1，2K低温传输管线中的真空隔断装置，包括室温外筒体1，室温法兰2，低于4.2K低温区域套管3，80K低温管线7，80K低温管线套管4，4.2K低温管线11，4.2低温管线套管9，2K低温管线12，降温/复温管线13，80K铜冷沉5、6，4.2K铜冷沉10，中心区域2K套管8。剖面结构示意图如图2所示。
真空隔断主体包括6根低温管线分别为80K低温管线2根，4.2K低温管线2根，2K低温管线1根，降温/复温管线1根。2根80K低温管线与2根4.2K低温管线分别有带有波纹管的双层套管与之焊接，4.2K低温管线以及真空套筒示意图如图4所示。2K低温管线与降温/复温管(中心低温区域)共享一根较粗的波纹管双层套管，并且与套管的圆盘焊接，低温中心区域2K低温管线套筒8示意图如图3所示。同时在各个套管上设置有铜冷沉起到热截止的作用，优化温度梯度，有效降低较低温度的热负荷。而且套管上的波纹管能够补偿由于冷热收缩引起的位移变化要求。
绝热性能方面，低温管线的双层套管与波纹管能够适当增加导热路径，而且用导热性能较好的铜冷沉优化了真空隔断套筒的温度梯度，真空隔断各温区低温管线之间通过铜冷沉来建立联系，双层套管适当位置设置有上一温区的铜冷沉作为热截止来有选择性的消耗较高温区的流体来减小较低温区的流体消耗。特别适当降低中心低温区域2K低温管道的热负荷。
当然，本发明还可以有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应当属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种超低温流体传输管线真空隔断装置，其特征在于包括真空隔断法兰，所述真空隔断法兰连接有各温区的低温管线，包括超低温区、第一低温区与第二低温区，第二低温区温度高于第一低温区温度，第一低温区温度高于超低温区温度；每一温区的低温管线设置有套管，低温管线穿过并伸出该套管；所述超低温区位于所述真空隔断法兰中心，所述第一低温区分布于所述超低温区外围，所述第二低温区分布于所述第一低温区外围；所述超低温区、第一温区外围又设有一对应的低温区域套管，所述超低温区的低温管线、第一低温区的低温管线、第二低温区的低温管线分别穿过所述真空隔断法兰，各温区的所述套管一端与所述真空隔断法兰密封连接；每一套管分别通过一热截止与上一温区的低温管线连接，且该热截止的温度与该上一温区的低温管线温度相同。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于所述套管为加装波纹管的双层套管。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于所述双层套管的内层和外层一端分别与所述低温管线、真空隔断法兰焊接。
4.如权利要求3所述的装置，其特征在于所述双层套管的内层长度为其外层长度的一半。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于所述超低温区为2K低温区，所述第一低温区为4.2K低温区，所述第二低温区为80K低温区。
6.如权利要求1所述的装置，其特征在于所述超低温区域内设置有降温\复温管线。
7.如权利要求1～6任一所述的装置，其特征在于上一温区的低温管线与下一温区的套管通过铜冷沉连接。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于所述铜冷沉与套管之间采用钎焊来作为热截止。
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