CN105355254B - 加速器运行在线连续可调圆孔限束光阑 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及直线加速器的束流调节技术领域，尤其是涉及一种加速器运行在线连续可调圆孔限束光阑。包括安装在底座板上的法兰，所述的法兰上焊接有轴承支座，支撑架通过螺栓连接固定在轴承支座上，水冷轴穿过法兰并固定安装在支撑架上，水冷轴一端与转芯相连，水冷轴穿过法兰与轴承支座相接处设置有密封组件，轴承支座上设置有压盖，水冷轴内设置有冷却水管，水冷轴另一端与进出水水嘴接头，伺服电机通过电机支架安装在底座板上，伺服电机的动力输出轴上设置有小带轮，小带轮与水冷轴上的大带轮相连。其结构紧凑，占真空室空间位置小，能够有效的对高功率束流强度进行高精度控制，特别适合用于真空室内，具有调节精度高、灵活可靠、安装方便等优点。

Description

加速器运行在线连续可调圆孔限束光阑
技术领域
本发明涉及直线加速器的束流调节技术领域，尤其是涉及一种加速器运行在线连续可调圆孔限束光阑。
背景技术
2011年中国启动加速器驱动嬗变研究装置的研制，简称ADS。该装置主要由强流质子直线加速器、高功率中子散裂靶和液态金属冷却次临界反应堆三大子系统组成。其中强流质子直线加速器主要包括离子源、低能传输线、射频四极加速器(RFQ)、中能传输线和半波长谐振超导腔等组成。超导腔在连续波模式下的在线调试中，严格要求从离子源出来的束流能够在线连续可调。传统的束流调试方法是通过调节离子源的状态参数(微波馈入功率、进气量等)来改变束流强度。此方法存在缺点是：(1)不能实现束流连续可变；(2)过分的改变离子源参数会导致引出电极打火及改变离子源的初始状态参数，从而改变了物理匹配参数。传统的限束方法采用狭缝进行调制，但是对于ADS质子直线加速器物理来说，狭缝不能满足RFQ物理光学匹配要求。为了满足超导腔稳定可靠地在线运行，在低能传输段研制一套连续可调圆孔限束光阑，首先实现RFQ加速器入口束流强度连续可调，满足超导直线加速器在线稳定可靠运行。其次，通过光阑卡掉杂散粒子束流，提高束流品质，减少束损，有利于束流在加速器中高效的传输。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足提供一种加速器运行在线连续可调圆孔限束光阑。从而有效解决现有技术中的问题。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：所述的加速器运行在线连续可调圆孔限束光阑，其特点是包括安装在底座板上的法兰，所述的法兰上焊接有轴承支座，支撑架通过螺栓连接固定在轴承支座上，水冷轴穿过法兰并固定安装在支撑架上，水冷轴一端与转芯相连，水冷轴穿过法兰与轴承支座相接处设置有密封组件，轴承支座上设置有压盖，水冷轴内设置有冷却水管，水冷轴另一端与进出水水嘴接头，伺服电机通过电机支架安装在底座板上，伺服电机的动力输出轴上设置有小带轮，小带轮通过同步带与大带轮相连，大带轮通过第一胀套安装在水冷轴上。
所述的水冷轴和转芯对应设置为两个，两个水冷轴为镜像对应关系，水冷轴内的冷却水管伸入转芯，两个水冷轴上分别通过第二胀套安装有相互啮合的直齿圆柱齿轮。
所述的支撑架末端通过螺栓连接装夹有用于转芯及水冷轴支承及定位的轴末端支板，轴末端支板的正面设置有两通孔，孔中采用过盈配合安装有轴套，轴套与转芯之间安装有第一铜垫，轴末端支板相对的两侧面各打有两个螺纹孔。
所述的密封组件包括依次设置在轴承支座内的平垫和三个密封圈，三个密封圈之间间隔设置两个压套，对应密封组件的轴承支座端部通过螺栓连接有压盖，压盖与水冷轴轴肩之间设置有第二铜垫，密封圈的内径与水冷轴相配合，密封圈的外径与轴承支座的孔相配合。
所述的压盖为J圈压盖，所述的密封圈为J型橡胶密封圈，所述的压套为J型密封压套。
所述的转芯为圆柱体结构，转芯的制造方法为将圆柱体通过轴的任意平面与圆柱外表面相交线的中心点设置为起始位置0°，再将圆柱体通过轴且与0°对应平面所成夹角为270°的平面与圆柱外表面相交线的中心点设置为终点位置270°，取从0°位置沿圆柱表面至270°位置平面内的圆弧为孔的中心线，按比例加工一系列直径等差递增的半孔，最小孔的直径为0.5mm，最大孔的直径为圆柱体的直径减去5mm，圆柱体的长度要比其直径至少大5mm，并留有余量的壁厚，再将半孔相衔接位置的棱边打磨至光滑过度，实现两个转芯镜像相对时，两个半孔拼接为一个圆孔，形成了相对而转的变径圆孔光阑。
所述的转芯圆柱体一端设置有一段阶梯轴，阶梯轴与轴套间隙配合，转芯圆柱体另一端设置有一台阶，水冷轴的一端插入台阶中并与台阶焊接为一体，在转芯里设有与水冷轴中的冷却水管相通的冷却水路。
所述的水冷轴设置为阶梯轴，水冷轴端部的进出水水嘴接头内还设置有水管堵头，所述的冷却水管通过支撑环设置在水冷轴中，冷却水管与水管堵头焊接相连。
所述的电机支架通过螺栓连接固定在法兰底侧的底座板上，电机支架的四角上打有腰型孔，通过腰型孔调整电机支架的高低实现调整同步带的张紧程度。
本发明的有益效果是：所述的加速器运行在线连续可调圆孔限束光阑，其通过实现光阑孔径的连续变化，有效的对高功率束流强度进行高精度控制，从而实现了RFQ加速器入口束流强度的连续可调(0～20mA)，满足了ADS嬗变系统超导直线加速器物理对束流的要求。其结构紧凑，调节精度高，可靠方便。
附图说明：
图1为本发明的轴向剖面结构示意图；
图2为本发明密封组件的局部放大结构示意图；
图3为本发明的侧向结构示意图；
图4为本发明的轴向结构示意图；
图5为本发明的右向示意图。
图中所示：1、法兰；2、支撑架；3、轴承支座；4、水冷轴；5、冷却水管；6、支撑环；7、转芯；8、第一铜垫；9、轴套；10、轴末端支板；11、平垫；12、密封圈；13、压套；14、第二铜垫；15、压盖；16、第一胀套；17、直齿圆柱齿轮；18、第二胀套；19、水管堵头；20、进出水水嘴接头；21、伺服电机；22、小带轮；23、同步带；24、大带轮；25、电机支架；26、底座板。
具体实施方式
以下结合附图所示之最佳实例作进一步详述：
如图1至5所示，所述的加速器运行在线连续可调圆孔限束光阑，其特点是包括安装在底座板26上的法兰1，所述的法兰1上焊接有轴承支座3，支撑架2通过螺栓连接固定在轴承支座3上，水冷轴4穿过法兰1并固定安装在支撑架2上，水冷轴4一端与转芯7相连，水冷轴4穿过法兰1与轴承支座3相接处设置有密封组件，轴承支座3上设置有压盖15，水冷轴4内设置有冷却水管5，水冷轴4另一端与进出水水嘴接头20，伺服电机21通过电机支架25安装在底座板26上，伺服电机21的动力输出轴上设置有小带轮22，小带轮22通过同步带23与大带轮24相连，大带轮24通过第一胀套16安装在水冷轴4上。
进一步，所述的水冷轴4和转芯7对应设置为两个，两个水冷轴4为镜像对应关系，水冷轴4内的冷却水管5伸入转芯7，两个水冷轴上分别通过第二胀套18安装有相互啮合的直齿圆柱齿轮17。
进一步，所述的支撑架2末端通过螺栓连接装夹有用于转芯7及水冷轴4支承及定位的轴末端支板10，轴末端支板10的正面设置有两通孔，孔中采用过盈配合安装有轴套9，轴套9与转芯7之间安装有第一铜垫8，轴末端支板10相对的两侧面各打有两个螺纹孔。
进一步，所述的密封组件包括依次设置在轴承支座3内的平垫11和三个密封圈12，三个密封圈12之间间隔设置两个压套13，对应密封组件的轴承支座3端部通过螺栓连接有压盖15，压盖15与水冷轴4轴肩之间设置有第二铜垫14，密封圈12的内径与水冷轴4相配合，密封圈12的外径与轴承支座3的孔相配合。
进一步，所述的压盖15为J圈压盖，所述的密封圈12为J型橡胶密封圈，所述的压套13为J型密封压套。
进一步，所述的转芯7为圆柱体结构，转芯的制造方法为将圆柱体通过轴的任意平面与圆柱外表面相交线的中心点设置为起始位置0°，再将圆柱体通过轴且与0°对应平面所成夹角为270°的平面与圆柱外表面相交线的中心点设置为终点位置270°，取从0°位置沿圆柱表面至270°位置平面内的圆弧为孔的中心线，按比例加工一系列直径等差递增的半孔，最小孔的直径为0.5mm，最大孔的直径为圆柱体的直径减去5mm，圆柱体的长度要比其直径至少大5mm，并留有余量的壁厚，再将半孔相衔接位置的棱边打磨至光滑过度，实现两个转芯镜像相对时，两个半孔拼接为一个圆孔，形成了相对而转的变径圆孔光阑。
进一步，所述的转芯7圆柱体一端设置有一段阶梯轴，阶梯轴与轴套9间隙配合，转芯7圆柱体另一端设置有一台阶，水冷轴4的一端插入台阶中并与台阶焊接为一体，在转芯7里设有与水冷轴4中的冷却水管5相通的冷却水路。
进一步，所述的水冷轴4设置为阶梯轴，水冷轴4端部的进出水水嘴接头20内还设置有水管堵头19，所述的冷却水管5通过支撑环6设置在水冷轴4中，冷却水管5与水管堵头19焊接相连。
进一步，所述的电机支架25通过螺栓连接固定在法兰1底侧的底座板26上，电机支架25的四角上打有腰型孔，通过腰型孔调整电机支架25的高低实现调整同步带的张紧程度。
所述的加速器运行在线连续可调圆孔限束光阑，已实际应用在相关项目中。整个装置通过刀口法兰接口及管道安装在长326mm，内径为308mm的真空室内。当伺服电机21得到转动指令时，通过同步带23传动带动一个水冷轴4转动，同时带动另一个水冷轴做同步转动，使两个转芯7相对而转，实现了光阑孔径的连续变化，有效的对高功率束流强度进行高精度控制，从而实现了RFQ加速器入口束流强度的连续可调(0～20mA)，满足了ADS嬗变系统超导直线加速器物理对束流的要求。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种加速器运行在线连续可调圆孔限束光阑，其特征是包括安装在底座板上的法兰，所述的法兰上焊接有轴承支座，支撑架通过螺栓连接固定在轴承支座上，水冷轴穿过法兰并固定安装在支撑架上，水冷轴一端与转芯相连，水冷轴穿过法兰与轴承支座相接处设置有密封组件，轴承支座上设置有压盖，水冷轴内设置有冷却水管，水冷轴另一端与进出水水嘴接头相连，伺服电机通过电机支架安装在底座板上，伺服电机的动力输出轴上设置有小带轮，小带轮通过同步带与大带轮相连，大带轮通过第一胀套安装在水冷轴上。
2.如权利要求1所述的加速器运行在线连续可调圆孔限束光阑，其特征在于：所述的水冷轴和转芯对应设置为两个，两个水冷轴为镜像对应关系，水冷轴内的冷却水管伸入转芯，两个水冷轴上分别通过第二胀套安装有相互啮合的直齿圆柱齿轮。
3.如权利要求1所述的加速器运行在线连续可调圆孔限束光阑，其特征在于：所述的支撑架末端通过螺栓连接装夹有用于转芯及水冷轴支承及定位的轴末端支板，轴末端支板的正面设置有两通孔，孔中采用过盈配合安装有轴套，轴套与转芯之间安装有第一铜垫，轴末端支板相对的两侧面各打有两个螺纹孔。
4.如权利要求1所述的加速器运行在线连续可调圆孔限束光阑，其特征在于：所述的密封组件包括依次设置在轴承支座内的平垫和三个密封圈，三个密封圈之间间隔设置两个压套，对应密封组件的轴承支座端部通过螺栓连接有压盖，压盖与水冷轴轴肩之间设置有第二铜垫，密封圈的内径与水冷轴相配合，密封圈的外径与轴承支座的孔相配合。
5.如权利要求4所述的加速器运行在线连续可调圆孔限束光阑，其特征在于：所述的压盖为J圈压盖，所述的密封圈为J型橡胶密封圈，所述的压套为J型密封压套。
6.如权利要求2所述的加速器运行在线连续可调圆孔限束光阑，其特征在于：所述的转芯为圆柱体结构，转芯的制造方法为将圆柱体通过轴的任意平面与圆柱外表面相交线的中心点设置为起始位置0°，再将圆柱体通过轴且与0°对应平面所成夹角为270°的平面与圆柱外表面相交线的中心点设置为终点位置270°，取从0°位置沿圆柱表面至270°位置平面内的圆弧为孔的中心线，按比例加工一系列直径等差递增的半孔，最小孔的直径为0.5mm，最大孔的直径为圆柱体的直径减去5mm，圆柱体的长度要比其直径至少大5mm，并留有余量的壁厚，再将半孔相衔接位置的棱边打磨至光滑过渡，实现两个转芯镜像相对时，两个半孔拼接为一个圆孔，形成了相对而转的变径圆孔光阑。
7.如权利要求6所述的加速器运行在线连续可调圆孔限束光阑，其特征在于：所述的转芯圆柱体一端设置有一段阶梯轴，阶梯轴与轴套间隙配合，转芯圆柱体另一端设置有一台阶，水冷轴的一端插入台阶中并与台阶焊接为一体，在转芯里设有与水冷轴中的冷却水管相通的冷却水路。
8.如权利要求7所述的加速器运行在线连续可调圆孔限束光阑，其特征在于：所述的水冷轴设置为阶梯轴，水冷轴端部的进出水水嘴接头内还设置有水管堵头，所述的冷却水管通过支撑环设置在水冷轴中，冷却水管与水管堵头焊接相连。
9.如权利要求1所述的加速器运行在线连续可调圆孔限束光阑，其特征在于：所述的电机支架通过螺栓连接固定在法兰底侧的底座板上，电机支架的四角上打有腰型孔，通过腰型孔调整电机支架的高低实现调整同步带的张紧程度。
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