CN104500868B - 抗辐照防爆的多层嵌套式低温输送单元以及低温输送管 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于低温气体或液化气体传输的管道技术领域，特别是一种抗辐照防爆的多层嵌套式低温输送单元；低温输送单元呈“L”形，包括从里到外依次设置的1个以上的低温管、真空管和保护气体管，低温管通过2个以上的低温管支撑件安装在真空管的内壁上，真空管通过真空管支撑件支撑在保护气体管内；本发明通过结构优化的低温管支撑件实现低温管和真空管的连接，不仅能满足结构强度的要求，也具有很好的绝热效果；本发明同时提供了一种低温输送管，相比现有的低温输送管，本发明在强核辐照环境下具有更长的使用寿命，对核辐照的屏蔽效果更好，另外，省去了复杂的波纹管热补偿结构，使其结构更为简单可靠，制造及维护成本更低。
Description
技术领域
本发明涉及用于低温气体或液化气体传输的管道技术领域，特别是一种抗辐照防爆的多层嵌套式低温输送单元以及由低温输送单元组成的低温输送管。
背景技术
爆炸性低温气体或液体的传输，一般采用三层嵌套式管道，即内层低温管、中间层真空管及外层为保护气体管，其中内层低温管和真空管之间采用低温管支撑件连接，工作时，将真空管内抽真空，使其真空度优于10-3Pa左右，从而实现真空绝热，最外层的保护气体管，则是防止内部的可燃性气体发生泄漏，与空气混合会发生爆炸。中国专利文献CN202691453U就公开了一种类似的低温输送管。这类结构的低温输送管在强核辐照环境下使用具有以下几方面的问题：
首先，低温管和真空管之间通过设置绝热材料，如支撑件等进行绝热，目前常用的绝热材料主要有玻璃纤维、环氧树脂、植物纤维、尼龙布等，采用这种方式存在以下缺点：
①、采用环氧树脂等高分子材料作为绝热材料，虽然绝热效果很好，但在强核辐照工况下使用，这些高分子材料的辐照损伤会很大，当辐照剂量积累到一定量后，高分子材料会变成粉末状而发生辐照失效；
②、采用玻璃纤维等无机非金属材料制作低温管支撑件绝热，由于无机非金属材料一般属于脆性材料，在超低温工况下低温管的热应力较大，施加给低温管支撑件的应力也较大，这很容易造成支撑件脆性断裂失效；
③、采用高分子绝热材料或非金属无机绝热材料制造绝热部件的低温输送管，由于其技术特性的限制，通常管径较大，占用空间大，不适于对空间有严格限制的场合。例如在强核辐照环境下，对屏蔽的要求非常高，管道的安装空间越小越好，但传统的低温输送管由于绝热结构的需要，通常占用空间较大，从而不满足工作要求；
④、采用高分子绝热材料或非金属绝热材料制造绝热部件的低温输送管，在真空环境下放气率很高，从而不利于高真空的维持。
其次，当前低温输送管均采用一般的碳钢或不锈钢制成，由于热胀冷缩的原因，内层的低温管在低温的作用下发生冷缩，进而产生强大的热应力，使管道发生整体拉裂，为了平衡内层低温管的冷缩，当前采用的方式是在低温管上增加波纹管补偿结构，通过波纹管具有弹性的特性补偿低温管的热胀冷缩，进而减小热应力，从而保证管道整体不发生破坏。
这种方式虽然解决了低温管冷缩的问题，但相应的也带来了另外的问题，由于波纹管必须保证一定的弹性，这就要求波纹管的壁厚比低温管薄(否则就没有足够的弹性来补偿刚性低温管的冷缩)，这带来了两方面的问题：①、低温输送管的整体工作压力范围变小，由于波纹管的壁厚比刚性低温管低很多，所以整个系统的最大工作压力应以波纹管所能承受的最大压力为限值，这个限值比不加波纹管前的低温管承压限值低得多，通常为不加波纹管的十分之一或更低；②、由于增加了波纹管，使低温输送管整体结构变得更为复杂，从系统可靠性角度讲，越复杂的系统可靠性越低，例如波纹管与低温管的焊接连接处会由于多次拉伸与压缩发生疲劳失效。
再次，当前的低温输送管，其弯头的制作多采用多个直管分段拼接而成，通常为三段式拼接，这种方式导致低温输送管组焊时，必须各层间混合交叉组焊和检测，这给制造带来很大的麻烦，很容易发生在实际的施工过程中一个零件的装配的顺序搞错，后续的零部件无法装配的情况。
发明内容
本发明针对现有低温输送管易发生材料辐照失效、低温管支撑件脆性断裂失效、管道直径大占用空间大，以及工作压力范围小、低温补偿结构复杂可靠性低等问题，而提供能克服前述技术缺陷的一种抗辐照防爆的多层嵌套式低温输送单元以及由低温输送单元组成的低温输送管。
为达到上述功能，本发明提供的技术方案是：
一种抗辐照防爆的多层嵌套式低温输送单元，所述低温输送单元呈“L”形，包括从里到外依次设置的1个以上的低温管、真空管和保护气体管，所述低温管通过2个以上的低温管支撑件安装在所述真空管的内壁上；
所述真空管包括依次连接的真空直管、真空管支撑件、真空管弯头和真空管接头；
所述保护气体管包括依次连接的保护气体直管、保护气体管支撑件、保护气体管弯头和保护气体管接头；
所述低温管离弯头近的前端部缩进所述真空管接头内部5～15mm的距离，且需与所述低温管的后端部露出所述真空管后端部的距离相等；
所述真空管接头的端部缩进所述保护气体管接头内部5～15mm的距离，且需与所述真空管的后端部露出所述保护气体管后端部的距离相等。
优选地，所述低温管支撑件为多环同心变位异型结构，包括2个以上直径不同的环形的支撑环和定位环，所述支撑环为同心的几何关系，相邻的两个所述的支撑环之间留有间隙并通过三个以上的所述连接筋将相邻的所述支撑环连接在一起；所述的连接筋沿着圆周方向均匀分布；当支撑环有三个以上时，相邻层的连接筋需等间距错位分布，即位于内层的的连接筋位于两个相邻外层连接筋的中间位置，形成变位结构；
所述定位环的数量与所述低温管的数量相同，所述定位环均匀分布在最里层的支撑环的中间，且所述定位环的外边沿与最里层的支撑环的内边沿相连接，每个所述定位环的内边沿周向均匀设置有至少两个内凸台，所述内凸台通过焊接与低温管连接在一起，从而实现所述低温管支撑件与低温管之间的连接；
位于最外层的所述支撑环的外边沿上均匀设置有若干个外凸台，所述外凸台的项部位于同一理论圆周上。
优选地，所述低温管及低温管支撑件的材料为0K至293K温度范围平均线膨胀系数低于3.0×10-6/K的低膨胀铁镍或铁镍钴合金，且低温管和所述低温管支撑件的材料必须相同。
优选地，所述真空管支撑件包括依次连接的大端衬垫、圆管大端、圆管小端和小端衬垫，所述圆管大端的外表面上径向均匀设置有3个以上的定位凸台；
所述大端衬垫的外径与所述真空直管的内径呈间隙配合的几何关系；
所述小端衬垫的外径与真空管弯头的内径呈间隙配合的几何关系；
所述定位凸台的外表面与保护气体管的内表面之间具有0～1mm的间隙。
优选地，所述低温管由无缝管弯曲形成。
优选地，所述真空管弯头和所述保护气体管弯头由两个半圆形弯头抱合焊接而成一个90°整弯头；所述真空管弯头的外径比真空管小。
优选地，所述外凸台与最外层的连接筋等间距错位分布，即外凸台位于两个最外层连接筋的中间位置；所述连接筋的宽度为支撑环宽度的五分之一以下。
优选地，所述内凸台的形状为长条形，所述外凸台的形状为半球形、半圆柱形及四面体的一种或多种。
本发明同时还提供了一种低温输送管，所述低温输送管包括若干个基本单元，所述基本单元是上述的抗辐照防爆的多层嵌套式低温输送单元，若干个所述基本单元首尾相接，从而形成满足不同长度、不同空间位置要求的低温输送管。
优选地，所述低温输送管呈阶梯形或S形。
本发明的有益效果在于：
1、通过设计低温管、真空管和保护气体管在前端部依次缩进，以及在后端部依次伸出的结构，使得多个基本单元在组焊成输送管时，内层管道的焊接烛缝暴露在外面，有利于分层组焊，同传统输送管各层管道平齐的结构相比更便于施焊，从而比传统低温输送管的焊接质量更高；
2、低温输送单元呈“L”形，低温管和低温管支撑件采用了低膨胀铁镍、铁镍钴合金作为制造材料，这类材料的线膨胀系数很低，通常他们的线膨胀系数低于普通常用金属材料的五分之一，甚至达到普通技术材料线膨胀系数的百分之一以下，采用这类材料制作低温管，使本发明的低温输送管不必设置普通低温输送管中的用于热补偿用的波纹管结构，通过低温管弯头处角度微小的形变，完全足以补偿低温管因温度不同发生的微小热胀冷缩，从而避免了采用波纹管作为温度补偿的普通低温输送管很多缺陷，比如避免了波纹管承压能力小的缺点，还避免了波纹管和低温管焊缝因为多次拉伸与压缩产生疲劳失效的缺点；
3、由于采用了多个环形支撑环，且环形支撑环采用变位的连接筋组合在一起的结构，热量传递的路径为S形，这种多重曲线似的热转导方式大大增加了低温管支撑件的热转导距离，而且中途还设置了若干具有很大热阻的连接筋，从而有利于增强绝热效果，而现有的低温输送管，其绝热层要么采用包扎的方式直接附着在低温管外，要么其低温管支撑件的传热路径相对较短，基本是直线传导，且中途没有设置较多的热阻，因此，本发明的低温输送管比普通低温输送管绝热效果好很多；
4、定位环采用了内凸台的结构，低温管仅通过内凸台和低温管支撑件接触，这一结构能明显减少低温管和低温管支撑件的接触面积，从而减少传热，相比普通低温管没有内凸台的全接触支撑件，其绝热效果要好很多；
5、由于最外层的支撑环的外表面上设置了外凸台的结构，外凸台的结构为半球形、半圆柱形及四面体的一种或多种，这一结构使低温管支撑件和外部的真空管呈近似点接触或线接触，从而在这些部位形成较大的热阻，进而增加低温管支撑件的绝热效果；
6、由于采用了低膨胀铁镍、铁镍钴合金作为低温管支撑件制造材料，这类材料的热传导系数为普通碳钢、不锈钢及钛合金的60％以下、铜及铝合金的10％以下，因此比采用这些普通金属作为低温管支撑件，其绝热效果好40％左右；此外，本发明低温输送管中低温管支撑件采用了和低温管相同的金属材料，其热传导系数相同，在通入低温介质时，他们同时发生热胀冷缩，不易发生疲劳断裂使他们之间的连接失效；
7、由于本发明的低温管支撑件乃至整个低温管采用了全金属结构，这会使其比普通低温输送管具有以下优势：首先，比普通采用高分子材料制作绝热零部件的低温输送管，其耐核辐照能力强很多，这是因为金属材料的耐核辐照能力普遍比高分子材料强很多，因此整个低温输送管的耐核辐照能力比普通低温输送管强很多；其次，由于低膨胀铁镍、铁镍钴合金的抗冲击、抗振动的能力比普通低温输送管采用的玻璃纤维等非金属无机材料强很多，因此，相比普通采用非金属无机材料制作绝热零部件的低温输送管，本发明的低温输送管抗冲击、抗振动能力强很多，从而大大减少脆性断裂失效；再次，由于金属的放气率比玻璃纤维及高分子材料低很多，这能大大减少低温输送管中真空管内绝热零部件的放气，从而大大提高真空管内的真空度，从而有利于提高低温输送管的整体绝热性能；
8、由于低温管支撑件在狭小空间内设置了较长的曲线传热路径及较多的热阻，不仅使其绝热能力比普通低温管强，还使得其体积比普通低温管的绝热零部件小很多，从而使整个低温输送管的直径减小，从而有利于其应用于对安装空间有严格限制的场合，特别适合于有核辐射需要屏蔽的环境；
9、通过设计真空管弯头外径小于真空管直段外径的结构，使得外部的保护气体管接头可以顺利套入整个真空管。这样，在进行低温输送管组焊时，可以减少停点检测的次数，每个低温输送单元装配组焊时，可以内层管道全部组焊完毕并检测合格后，再进行外层管道的装配组焊，避免了传统低温输送管内外层管道交叉组焊给制造工艺带来的麻烦，从而提高制造效率；
10、通过在真空管支撑件及保护气体管支撑件上设计衬垫，并与相应的管道内径形成间隙配合，相比无衬垫结构的传统低温输送管，使得本发明的低温输送管在装配组焊时，更便于焊接对中，从而避免了焊接错边缺陷，进而提高了低温输送管制造的良品率；
11、由于真空管支撑件中定位凸台外表面与保护气体管内径之间留有一定间隙，从而在多个低温输送单元组焊成一根长的低温输送管时，由于焊接变形及重力的作用，整个真空管与保护气体管之间形成一种半刚性连接。这种结构使得在吊装、运输、安装和维修低温输送管时，相比传统的过定位全约束刚性结构，外层保护气体管与内层真空管及低温管相互之间的独立性更强，既连接稳固，又减小了由于过定位刚性连接产生的装配应力、焊接应力，这对提高低温输送管焊缝可靠性至关重要。
附图说明
图1为低温输送单元的结构示意图；
图2为低温输送单元的剖面图；
图3为低温管支撑件的结构示意图；
图4为另一种低温管支撑件的结构示意图；
图5为含三个以上支撑环的低温管支撑件的结构示意图；
图6为真空管支撑件的结构示意图；
图7为真空管弯头的结构示意图；
图8为低温输送管的一种结构示意图；
图9为低温输送管的另一种结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图1至附图9对本发明作进一步阐述：
实施例一：
如图1和图2所示的一种抗辐照防爆的多层嵌套式低温输送单元，低温输送单元呈“L”形，包括从里到外依次设置的2个的低温管1、真空管2和保护气体管3，低温管1的主要作用是传输低温介质，介质既包含普通低温介质，也包含易燃易爆的介质，如液氢、液态天然气、液态甲烷等。低温管1通过2个以上的低温管支撑件4安装在真空管2的内壁上；低温管支撑件4的数量跟据低温管1的实际长度适当增加。
真空管2包括依次连接的真空直管21、真空管支撑件22、真空管弯头23和真空管接头24，真空管2的作用是为低温管1提供真空绝热环境，在本实施例中，真空管2内的真空度应达到10-3Pa左右。
保护气体管3包括依次连接的保护气体直管31、保护气体管支撑件32、保护气体管弯头33和保护气体管接头34；保护气体管3的作用是提供一种保护气体，避免其内的易燃易爆介质泄漏与空气混合而发生爆炸，根据实际生产需要保护气体可以是氦气，也可以是氮气、氩气等其它惰性气体。
低温管1离弯头近的前端部缩进真空管接头24内部5～15mm的距离，且需与低温管1的后端部露出真空管2后端部的距离相等；真空管接头24的端部缩进保护气体管接头34内部5～15mm的距离，且需与真空管2的后端部露出保护气体管3后端部的距离相等。这样做的目的是使每个低温输送单元的内层管道的焊接焊缝暴露在外面，从而便于分层组焊，这比普通低温输送管各层管道平齐的结构更便于施焊，从而比普通低温输送管焊接质量更高。
低温管支撑件4为多环同心变位异型结构，如图3所示包括2个直径不同的环形的支撑环41和定位环42，支撑环41为同心的几何关系，相邻的两个支撑环41之间留有间隙并通过三个以上的连接筋43将相邻的支撑环41连接在一起；连接筋43沿着圆周方向均匀分布。当然，低温管支撑件4还有如图4和图5所示的其它多种类似的变种结构。如图4所示的低温管1支撑环41，其与图3所示的主要的区别是支撑环41增加到了3个，当支撑环41的数量为3个以上时，相邻层的连接筋43需等间距错位分布，即位于内层的的连接筋43位于两个相邻外层连接筋43的中间位置，形成变位结构，这样它的绝热效果更好，但缺点是占用空间更大了；如图5所示的低温管1支撑环41，其与图3所示的主要的区别是用于安装低温管1的定位环42由两个变为了一个，外凸台411的结构形式由球形变成了柱形。还有更多的实施例，诸如增加内凸台421、定位环42、支撑环41、连接筋43、外凸台411的个数，改变外凸台411的结构形式，以及改变前述要素形成的不同组合。另外，为了进一步提高热阻，外凸台411与最外层的连接筋43等间距错位分布，即外凸台411位于两个最外层连接筋43的中间位置；所述连接筋43的宽度为支撑环41宽度的五分之一以下。采用本发明的低温管支撑件4具有以下的突出效果：
第一，由于其采用了内凸台421的结构，低温管1仅通过内凸台421和低温管支撑件4接触，这一结构能明显减少低温管1和低温管支撑件4的接触面积，从而减少传热，相比普通低温管1没有内凸台421的全接触支撑件，其绝热效果要好很多。
第二，由于其采用了多个环形支撑环41，且环形支撑环41采用变位的连接筋43组合在一起，热量传递的路径为S形，其具体的传热路径依次为内凸台421，定位环42，支撑环41与连接筋43多次交错，再到外凸台411，最后传递到真空管2的内壁，这种多重曲线似的热转导方式大大增加了低温管支撑件4的热传导距离，而且中途还设置了若干具有很大热阻的连接筋43，从而有利于增强绝热效果。
第三，由于其多个环形支撑环41之间的间隙可以设计得很小，因此连接筋43可以在满足强度要求的前提下，将其宽度设计得尽可能的窄，从而在这个部位形成较大的热阻，以进一步增加低温管支撑件4的绝热效果。
第四，由于其采用了外凸台411的结构，外凸台411的结构为球形、圆柱形或四面体中的一种或多种，这一结构使低温管支撑件4和外部的真空管2呈近似点接触或线接触，从而在这些部位形成较大的热阻，进而增加低温管支撑件4的绝热效果。
第五，由于其采用了低膨胀铁镍、铁镍钴合金作为低温管支撑件4制造材料，这类材料的热传导系数为普通碳钢、不锈钢及钛合金的60％以下、铜及铝合金的10％以下，因此比采用这些普通金属作为低温管支撑件4，其绝热效果好40％左右；此外，本发明的低温管支撑件4采用了和低温管1相同的金属材料，其热传导系数相同，在通入低温介质时，他们同时发生热胀冷缩，不易发生疲劳断裂使他们之间的连接失效。
第六，由于本发明的低温管支撑件4乃至整个低温输送单元采用了全金属结构，这会使其比普通低温输送管具有以下优势：首先，比普通采用高分子材料制作绝热零部件的低温输送管，其耐核辐照能力强很多，这是因为金属材料的耐核辐照能力普遍比高分子材料强很多，因此整个低温输送单元的耐核辐照能力比普通低温输送管强很多；其次，由于低膨胀铁镍、铁镍钴合金的抗冲击、抗振动的能力比普通低温输送管采用的玻璃纤维等非金属无机材料强很多，因此，相比普通采用非金属无机材料制作绝热零部件的低温输送管，本发明的抗冲击、抗振动能力强很多，从而大大减少脆性断裂失效；再次，由于金属的放气率比玻璃纤维及高分子材料低很多，这能大大减少低温输送单元中真空管2内绝热零部件的放气，从而大大提高真空管2内的真空度，从而有利于提高低温输送单元的整体绝热性能。
第七，由于本发明低温输送单元中的低温管支撑件4，其在狭小空间内设置了较长的曲线传热路径及较多的热阻，不仅使其绝热能力比普通低温管强，还使得其体积比普通低温管的绝热零部件小很多，从而使整个低温输送单元的直径减小，从而有利于其应用于对安装空间有严格限制的场合，特别适合于有核辐射需要屏蔽的环境。
定位环42的数量与低温管1的数量相同，定位环42均匀分布在最里层的支撑环41的中间，且定位环42的外边沿与最里层的支撑环41的内边沿相连接，每个定位环42的内边沿周向均匀设置有至少两个内凸台421，内凸台421通过焊接与低温管1连接在一起，从而实现低温管支撑件4与低温管1之间的连接；位于最外层的支撑环41的外边沿上均匀设置有若干个外凸台411，外凸台411的项部位于同一理论圆周上。
低温管1的整体结构为L形的无缝圆管，它由一根材料为0K至293K温度范围平均线膨胀系数低于3.0×10-6/K的低膨胀铁镍、铁镍钴合金直通圆管，通过弯管机弯管得到。这种结构的低温管1，其益处有以下几方面：
其一，由于其采用了无缝的L形低温管1，它是由一根直管整体弯管而成的，中间没有焊缝，相比一般的直段和弯头拼焊的低温管1，其内部气体发生泄漏的可能性要小得多，对整个低温输送管来说，其最内层的低温管1是最关键的，因为它是直接和低温介质接触的管道，它的焊缝越少越好，这对提高整个低温输送管的可靠性有很大的益处。
其二，由于其采用了低膨胀铁镍、铁镍钴合金作为制造材料，这类材料的线膨胀系数很低，通常他们的线膨胀系数低于普通常用金属材料的五分之一，甚至达到普通技术材料线膨胀系数的百分之一以下，采用这类材料制作低温管1，使本发明不必设置普通低温输送管中的用于热补偿用的波纹管结构，通过低温管1弯头角度微小的形变，完全足以补偿其低温管1因温度不同发生的微小热胀冷缩。从而避免了采用波纹管作为温度补偿的普通低温输送管很多缺陷，比如避免了波纹管承压能力小的缺点，还避免了波纹和低温管1焊缝因为多次拉伸与压缩产生疲劳失效的缺点。
如图6所示，真空管支撑件22包括依次连接的大端衬垫221、圆管大端222、圆管小端223和小端衬垫224，这些功能结构组合成一个整体零件。真空管2的材料采用钢、铜、铝合金、钛合金等常见金属材料，当然也可以与采用与低温管1相同的材料，只是成本会高一些。
真空管支撑件22的圆管大端222的外径与真空直管21的外径相同；圆管小端223的外径与真空管弯头23的外径相同。这是因为真空管支撑件22也是真空管2的一部分，必须与真空管2的其它零部件尺寸保持一致，才能焊接装配在一起。大端衬垫221的外径与真空直管21的内径呈间隙配合的几何关系；小端衬垫224的外径与真空管弯头23的内径呈间隙配合的几何关系。
圆管大端222的外表面上径向均匀设置有3个以上的定位凸台225，定位凸台225沿这圆管大端222周向均匀分布；定位凸台225的外表面与保护气体管支撑件32的内表面有一定间隙，且间隙界于0mm至1mm之间；
以上是关于真空管支撑件22的详细结构说明，下面进一步说明本发明中真空管支撑件22的结构的带来的有益作用，主要有以下两方面：
第一，本发明的真空管支撑件22，在圆管外端设有定位凸台225，使得真空管支撑件22既具有支撑件的作用，即将真空管2支撑在保护气体管3内，又具有真空管2的作用，即连接了真空直管21和真空管弯头23，属于真空管2的一部分，工作时其内为真空，这种一体式的结构，相比普通低温输送管采用的支撑件和真空层分离的结构，本发明的结构稳定性更好，更不容易发生因支撑件和真空管2分体式结构的焊缝开裂而失效；
第二，真空管支撑件22的两端设有衬垫结构，在本发明中，衬垫的主要作用是在焊接组装时起定位作用，对于没有这种结构的普通低温输送管，焊接时两个零部件很难对中，从而造成焊接错边过大等缺陷，本发明正是为了避免这个缺陷而增加了衬垫结构。
真空管弯头23和所述保护气体管弯头33由两个半圆形弯头231抱合焊接而成一个90°整弯头，图7所示的是真空管弯头23的结构示意图。真空管弯头23的外径比真空管2的外径小，其外径的具体值以保护气体管接头34能顺利套过组焊好的真空管2为准。
以上是关于真空管弯头23的详细结构说明，下面进一步说明本发明中真空管弯头23的结构的带来的有益作用，主要有以下两方面：
其一，由于其采用两个半圆弯头抱合组焊成一个整圆弯头的方案，和普通采用整圆弯头的真空管弯头23相比，虽然焊缝长度有所增加，但能使真空管弯头23的直径大大减小。因为普通整管弯头要套过直段的低温管1，必须将直径控制在一个较大数值之上，才可以实现装配，但两半圆管的抱合焊接装配，对真空管弯头23直径的限制要小得多，抱和状态下只要和里面的低温管1不接触即可，这对减小整个低温输送单元的直径尤为关键，从而有利于低温输送单元在对空间大小有严格限制的场合使用。
其二，采用了变径结构，由于其外径比真空管2的外径小，所以在装配时，保护气体管接头34才能依次顺利的套过组焊好的真空直管21、真空管支撑件22、真空管弯头23及真空管接头24，实现与上一个单元保护气体直管31的对接焊接，从而实现分层焊接(即每个单元的低温输送单元的每一层管道的所有零部件组焊完毕并检测合格后，再进行下一层管道的焊接)，这使低温输送单元的整体加工制造工序变得更为简单，不容易出错，当检测不合格时，由于下一层管道还没组焊，这又给补焊修复带来极大的方便。若采用普通低温输送管的等直径结构，则无法实现这种分层焊接，只能每层零部件交叉混合组焊，因为若真空管弯头23与真空直管21的直径相同，则保护气体管接头34无法完全套过组焊好的真空层，会在真空管弯头23处卡住。
保护气体直管31的结构为直通圆管，保护气体管支撑件32的整体结构为变径、带垫板的环状结构，它们的材料采用钢、铜、铝合金、钛合金等常见金属材料，当然也可以与采用与低温管1相同的材料，只是成本会高一些。
保护气体管支撑件32的大端的外径与保护气体管弯头33的外径相同，其小端的外径与保护气体管3的外径相同，其小端的内径与保护气体管3的内径相同。这是因为保护气体管支撑件32是保护气体管3的一部分，必须与氦气层的其它零部件尺寸保持一致，才能焊接装配在一起。
保护气体管支撑件32的大端垫板的外径与保护气体管弯头33的内径呈间隙配合的几何关系。保护气体管支撑件32的垫板结构，主要作用是在其焊接组装时起定位作用，对于没有这种结构的普通低温输送管，焊接时两个零部件很难对中，从而造成焊接错边过大等缺陷，本发明中采用的结构正是为了避免这个缺陷而设置的。
保护气体管弯头33的结构与真空管弯头23的结构形式相同，保护气体管弯头33的内径与保护气体直管31相同，但对于低温输送单元，除了内部介质的压力，还会承受格外的机械力，比如安装及维护时，由于管道过长，起吊时会使输送管的弯头处产生应力集中，对普通的低温输送管，由于没有采取合适的加强措施，往往容易在低温输送管最外层管道弯头的焊缝处产生裂纹，针对这一缺陷，本发明的保护气体管弯头33的厚度为保护气体直管31的1.5至2倍，本发明采用了保护气体管弯头33比保护气体管3厚度大的结构，从而在弯头处能抵抗应力集中，进而减少弯头处的焊缝产生裂纹。保护气体管弯头33的材料采用钢、铜、铝合金、钛合金等常见金属材料，当然也可以与采用与低温管1相同的材料，只是成本会高一些。
真空管接头24和保护气体管接头34的整体结构为变径、带垫板的环状结构，材料采用钢、铜、铝合金、钛合金等常见金属材料，当然也可以与采用与低温管1相同的材料，只是成本会高一些，但采用的材料必须分别与真空直管21和保护气体直管31相同。
实施例二：
本实施例提供了一种低温输送管，低温输送管包括若干个基本单元5，基本单元5是实施例一所述的抗辐照防爆的多层嵌套式低温输送单元，每个基本单元5的每个分层通过焊接首尾相接，从而成为能满足不同长度、不同空间位置要求的整根低温输送管，基本单元5的数量由低温输送管的长度决定，基本单元5之间的组合方式有多种，如图8所示的阶梯型，也可以是如图9所示的S型，对于具有核辐照需要屏蔽的情形，优选方案为阶梯型的，对于普通的应用场合，S型的为其优选方案。
以上所述实施例，只是本发明的较佳实例，并非来限制本发明的实施范围，故凡依本发明申请专利范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均应包括于本发明专利申请范围内。
Claims (9)
1.一种抗辐照防爆的多层嵌套式低温输送单元，其特征在于：所述低温输送单元呈“L”形，包括从里到外依次设置的1个以上的低温管(1)、真空管(2)和保护气体管(3)，所述低温管(1)通过2个以上的低温管支撑件(4)安装在所述真空管(2)的内壁上；所述真空管(2)包括依次连接的真空直管(21)、真空管支撑件(22)、真空管弯头(23)和真空管接头(24)；所述保护气体管(3)包括依次连接的保护气体直管(31)、保护气体管支撑件(32)、保护气体管弯头(33)和保护气体管接头(34)；所述低温管(1)离弯头近的前端部缩进所述真空管接头(24)内部5～15mm的距离，且需与所述低温管(1)的后端部露出所述真空管(2)后端部的距离相等；所述真空管接头(24)的端部缩进所述保护气体管接头(34)内部5～15mm的距离，且需与所述真空管(2)的后端部露出所述保护气体管(3)后端部的距离相等；所述低温管(1)及低温管支撑件(4)的材料为0K至293K温度范围平均线膨胀系数低于3.0×10-6/K的低膨胀铁镍或铁镍钴合金，且低温管(1)和所述低温管支撑件(4)的材料必须相同。
2.如权利要求1所述的抗辐照防爆的多层嵌套式低温输送单元，其特征在于：所述低温管支撑件(4)为多环同心变位异型结构，包括2个以上直径不同的环形的支撑环(41)和定位环(42)，所述支撑环(41)为同心的几何关系，相邻的两个所述的支撑环(41)之间留有间隙并通过三个以上的连接筋(43)将相邻的所述支撑环(41)连接在一起；所述的连接筋(43)沿着圆周方向均匀分布；当支撑环(41)有三个以上时，相邻层的连接筋(43)需等间距错位分布，即位于内层的的连接筋(43)位于两个相邻外层连接筋(43)的中间位置，形成变位结构；所述定位环(42)的数量与所述低温管(1)的数量相同，所述定位环(42)均匀分布在最里层的支撑环(41)的中间，且所述定位环(42)的外边沿与最里层的支撑环(41)的内边沿相连接，每个所述定位环(42)的内边沿周向均匀设置有至少两个内凸台(421)，所述内凸台(421)通过焊接与低温管(1)连接在一起，从而实现所述低温管支撑件(4)与低温管(1)之间的连接；位于最外层的所述支撑环(41)的外边沿上均匀设置有若干个外凸台(411)，所述外凸台(411)的项部位于同一理论圆周上。
3.如权利要求1所述的抗辐照防爆的多层嵌套式低温输送单元，其特征在于：所述真空管支撑件(22)包括依次连接的大端衬垫(221)、圆管大端(222)、圆管小端(223)和小端衬垫(224)，所述圆管大端(222)的外表面上径向均匀设置有3个以上的定位凸台(225)；所述大端衬垫(221)的外径与所述真空直管(21)的内径呈间隙配合的几何关系；所述小端衬垫(224)的外径与真空管弯头(23)的内径呈间隙配合的几何关系；所述定位凸台(225)的外表面与保护气体管(3)的内表面之间具有0～1mm的间隙。
4.如权利要求1所述的抗辐照防爆的多层嵌套式低温输送单元，其特征在于：所述低温管(1)由无缝管弯曲形成。
5.如权利要求1所述的抗辐照防爆的多层嵌套式低温输送单元，其特征在于：所述真空管弯头(23)和所述保护气体管弯头(33)分别由两个半圆形弯头抱合焊接而成一个90°整弯头；所述真空管弯头(23)的外径比真空管(2)小。
6.如权利要求2所述的抗辐照防爆的多层嵌套式低温输送单元，其特征在于：所述外凸台(411)与最外层的连接筋(43)等间距错位分布，即外凸台(411)位于两个最外层连接筋(43)的中间位置；所述连接筋(43)的宽度为支撑环(41)宽度的五分之一以下。
7.如权利要求2所述的抗辐照防爆的多层嵌套式低温输送单元，其特征在于：所述内凸台(421)的形状为长条形，所述外凸台(411)的形状为半球形、半圆柱形及四面体的一种或多种。
8.一种低温输送管，其特征在于：所述低温输送管包括若干个基本单元(5)，所述基本单元(5)是权利要求1至7任意一项所述的抗辐照防爆的多层嵌套式低温输送单元，若干个所述基本单元(5)首尾相接，从而形成满足不同长度、不同空间位置要求的低温输送管。
9.如权利要求8所述的低温输送管，其特征在于：所述低温输送管呈阶梯形或S形。
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Granted publication date: 20170222 Termination date: 20191121 |
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