CN107120522B - 一种高温超导永磁悬浮低漏热薄底杜瓦 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高温超导永磁悬浮低漏热薄底杜瓦。由悬浮承载结构、内胆、内胆底部加强结构、外胆、外胆底部加强结构、真空绝热夹层、冷却组件构成。通过在杜瓦内外胆底部分别布置加强结构，减小内外胆底部变形，从而在杜瓦内外胆底部之间的真空夹层中不加支撑的条件下，保证杜瓦内外胆间的真空夹层不因大气压力的作用导致内外胆底部变形而被短路破坏，在保证杜瓦具有极低漏热的同时，又使得高温超导块工作位置的杜瓦底部厚度很薄，尽可能减小了杜瓦底部厚度对高温超导块与永磁导轨间悬浮间隙的占用。本发明高温超导永磁悬浮低漏热薄底杜瓦可确保高温超导块在低温环境长时间稳定工作。

Description

一种高温超导永磁悬浮低漏热薄底杜瓦
技术领域
本发明涉及高温超导永磁悬浮中的高温超导材料低温维持杜瓦，可用于保持高温超导磁悬浮列车及其他高温超导永磁悬浮装置中的高温超导块长时间工作于超导状态，并可通过小功率致冷设备降低高温超导块工作温度，提高高温超导块性能，保持其长时间稳定工作。
背景技术
高温超导块与永磁体组成的悬浮系统具有悬浮力大、自稳定性强的显著优点，有望广泛的应用到超导轴承、超导飞轮储能系统和高温超导磁悬浮车等诸多领域。
然而，由于随着高温超导块与永磁体表面距离的增大，作用于高温超导块的磁场强度迅速衰减；而高温超导块通常放置于低温杜瓦中以保持其工作于液氮中。为充分利用永磁体表面空间的磁场，必须尽量降低杜瓦底部厚度，从而减小其对悬浮空间的占用，以提高悬浮性能，并确保悬浮系统的运行安全稳定。
此外，高温超导块悬浮性能还取决于工作温度。通常工作温度的降低导致高温超导块悬浮性能升高。通过致冷设备进一步降低高温超导块工作温度至氮的液-气相变温度(77K)以下，可望提高超导块悬浮性能。这就要求杜瓦具有极低的漏热特性，以降低致冷设备的致冷功率，降低能耗。
因此设计具有底部薄、低漏热的杜瓦是高温超导永磁悬浮得以普遍应用的关键。
为获得较低的漏热效果，目前高温超导永磁悬浮杜瓦设计普遍采用内外胆及内外胆之间设为真空夹层的三层结构。然而，工作于高温超导块与永磁轨道悬浮间隙间的杜瓦底部真空夹层很薄，由于大气压力的挤压效应，将使得杜瓦内外胆底部发生变形而产生短路，从而导致真空夹层绝热效应的失效。为避免这一情况，传统的高温超导永磁悬浮杜瓦采用在内外胆底部之间的局部位置加装绝热性较好的玻璃钢支撑，以避免内外胆的直接短路。如图1为传统杜瓦结构剖视图，图中箭头所指即为置于内外胆底部间的柱状玻璃钢支撑。然而，这种加装的支撑同时也为热传导提供了通道。这导致目前高温超导永磁悬浮杜瓦的漏热较大，液氮储存时间较短，也使得在实际应用中加装氦循环制冷因杜瓦漏热过大而显得毫无意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种薄底且漏热极低的实用高温超导永磁悬浮杜瓦。由于漏热极低，可以采用小功率的氦致冷设备，以较低的能耗使其工作在30K-77K间的低温区间，从而获得良好的磁悬浮特性。
本发明采用的技术方案：
一种高温超导永磁悬浮低漏热薄底杜瓦，由悬浮承载结构、内胆、内胆底部加强结构、外胆、外胆底部加强结构、真空绝热夹层、冷却组件构成。所述的内胆底部加强结构的构成为：由槽钢焊接成矩形的内胆底部加强框10，以及纵向加强方钢管13构成；内胆底部加强框10和纵向加强方钢管13在邻接位置以焊接方式连接，并且各自与其邻接的内胆底板9及内胆侧板14采用焊接形式连接成为内胆底部加强结构，以减小内胆底板9在大气压力作用下产生变形，从而避免内胆底板9与外胆底板4、外胆底板4上的内置方钢7产生短路，确保底部真空夹层8不被破坏。
所述的外胆底部加强结构的构成为：沿外胆底部外侧设置外胆外加强框3，外胆外加强框与外胆侧板2及外胆底板4在邻接处焊接在一起；沿外胆底部内侧内置方钢7，内置方钢与外胆底板4及外胆侧板2在邻接处焊接；外胆外加强框3与内置方钢7构成整体受力框架，以减小外胆底板4在大气压力下产生变形；
所述的悬浮承载结构的构成为：由密封于内胆的高温超导块5、置于高温超导块上的多孔承压板6、置于内胆内侧空间的玻璃钢受力桁架18、以及联接内外胆并确保内外胆相对空间位置的四个玻璃钢锥台22共同构成；玻璃钢受力桁架18与纵向加强方钢管13固定连接；
外胆构成为：法兰1与外胆侧板2及外胆底板4以焊接方式形成的密闭结构。外胆侧壁设置一个真空抽嘴15，以便于对内外胆间的底部真空夹层8，以及其他方向上内外胆间的真空夹层21抽真空；外胆底部加强结构：外胆外加强框3沿外胆底部外侧布置，且与外胆侧板2及外胆底板4在邻接处焊接在一起，而内置方钢7与外胆底板4及外胆侧板2在邻接处焊接，从而使得外胆外加强框3与内置方钢7构成整体受力框架，以减小外胆底板4在大气压力下产生变形。内胆构成：由内胆顶板19与内胆侧板14及内胆底板9采用焊接方式构成密闭结构构成。其中内胆顶板19、内胆侧板14及内胆底板9为反辐射隔热层与不锈钢复合材料，其反辐射隔热层分别朝向真空夹层8和真空夹层21。内胆底板9在相应于外胆底部加强结构的内置方钢7位置，采用内凹形式，以保持内胆底板9与外胆底部内置方钢7之间的底部真空夹层8的空间厚度；内胆底部加强结构：由槽钢焊接成矩形的内胆底部加强框10，以及纵向加强方钢管13构成。内胆底部加强框10和纵向加强方钢管13在邻接位置以焊接方式连接，并且各自与其邻接的内胆底板9及内胆侧板14采用焊接形式连接成为内胆底部加强结构，以减小内胆底板9在大气压力作用下产生变形，从而避免内胆底板9与外胆底板4、外胆底板4上的内置方钢7产生短路，确保底部真空夹层8不被破坏。真空绝热夹层构成为：由内胆底板9与外胆底板4及外胆底部内置方钢7之间厚度为1mm的底部真空夹层8，以及除底部外，其他空间方向上内胆与外胆间的真空夹层21共同构成；悬浮承载结构：由密封于内胆的高温超导块5、多孔承压板6、玻璃钢受力桁架18，以及联接内外胆并确保内外胆相对空间位置的四个玻璃钢锥台22共同构成悬浮承载结构。其中多孔承压板6通过紧固螺栓12被固定在内胆底部加强框10上，玻璃钢受力桁架18与纵向加强方钢管13固定连接。高温超导块5与永磁轨道11作用产生的悬浮力经承压板6，通过内胆底部加强框10及纵向加强方钢管13传递到玻璃钢受力桁架18，而后经内胆顶板19由联接内外胆并保持内外胆相对空间位置的四个玻璃钢锥台22将悬浮力传递到法兰1；冷却组件：由致冷管16、接口17，以及液氮加注口20构成。低温氦气经接口17进入致冷管16对内胆中经液氮加注口20注入的液氮做进一步的降温处理，以便于提高高温超导块5的性能。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明装置，在内外胆底部设计加强结构，在保证布置高温超导块位置杜瓦底部薄的同时，避免了内外胆底部因大气压力作用导致的变形而形成短路。由于未如传统方式，在内外胆底部真空夹层设置玻璃钢支撑，从而极大地降低了杜瓦的漏热，使得该杜瓦在一次加注液氮后，其有效保持高温超导块工作于液氮温度77K的时间大大延长。同时，由于该杜瓦漏热极低，这使得采用较小的致冷功率，即可进一步降低高温超导块工作温度，提高高温超导块性能。
本发明通过在杜瓦内外胆底部分别布置加强结构，减小内外胆底部变形，从而在杜瓦内外胆底部之间的真空夹层中不加支撑的条件下，保证杜瓦内外胆间的真空夹层不因大气压力的作用导致内外胆底部变形而被短路破坏，在保证杜瓦具有极低漏热的同时，又使得高温超导块工作位置的杜瓦底部厚度很薄，尽可能减小了杜瓦底部厚度对高温超导块与永磁导轨间悬浮间隙的占用；通过悬浮承载结构，既保证了高温超导永磁悬浮低漏热薄底杜瓦的承载能力、内外胆相互空间位置稳定，又保证了杜瓦的低漏热特性；通过采用致冷管，以低温氦气进一步降低高温超导块的工作温度，提高高温超导块的悬浮特性。该高温超导永磁悬浮低漏热薄底杜瓦可确保高温超导块在低温环境长时间稳定工作。
附图说明
图1为传统杜瓦内外胆透视剖视图，显示了内外胆底部间的支撑结构。
图2为本发明装置的正向剖视图。
图3为本发明装置的A-A向剖视图。
图4为图1中B位置的局部放大视图。
图5为内胆底部加强结构及玻璃钢受力桁架18结构透视示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的详细说明。
图2-图5表达了本发明的一个实施例：
高温超导永磁悬浮低漏热薄底杜瓦，由悬浮承载结构、内胆、内胆底部加强结构、外胆、外胆底部加强结构、真空绝热夹层、冷却组件构成。外胆构成为：法兰1与外胆侧板2及外胆底板4以焊接方式形成的密闭结构。外胆侧壁设置一个真空抽嘴15，以便于对内外胆间的底部真空夹层8，以及其他方向上内外胆间的真空夹层21抽真空；外胆底部加强结构：外胆外加强框3沿外胆底部外侧布置，且与外胆侧板2及外胆底板4在邻接处焊接在一起，而内置方钢7与外胆底板4及外胆侧板2在邻接处焊接，从而使得外胆外加强框3与内置方钢7构成整体受力框架，以减小外胆底板4在大气压力下产生变形。内胆构成：由内胆顶板19与内胆侧板14及内胆底板9采用焊接方式构成密闭结构构成。其中内胆顶板19、内胆侧板14及内胆底板9为反辐射隔热层与不锈钢复合材料，其反辐射隔热层分别朝向真空夹层8和真空夹层21。内胆底板9在相应于外胆底部加强结构的内置方钢7位置，采用内凹形式，以保持内胆底板9与外胆底部内置方钢7之间的底部真空夹层8的空间厚度；内胆底部加强结构：由槽钢焊接成矩形的内胆底部加强框10，以及纵向加强方钢管13构成。内胆底部加强框10和纵向加强方钢管13在邻接位置以焊接方式连接，并且各自与其邻接的内胆底板9及内胆侧板14采用焊接形式连接成为内胆底部加强结构，以减小内胆底板9在大气压力作用下产生变形，从而避免内胆底板9与外胆底板4、外胆底板4上的内置方钢7产生短路，确保底部真空夹层8不被破坏。真空绝热夹层构成为：由内胆底板9与外胆底板4及外胆底部内置方钢7之间厚度为1mm的底部真空夹层8，以及除底部外，其他空间方向上内胆与外胆间的真空夹层21共同构成；悬浮承载结构：由密封于内胆的高温超导块5、多孔承压板6、玻璃钢受力桁架18，以及联接内外胆并确保内外胆相对空间位置的四个玻璃钢锥台22共同构成悬浮承载结构。其中多孔承压板6通过紧固螺栓12被固定在内胆底部加强框10上，玻璃钢受力桁架18与纵向加强方钢管13固定连接。高温超导块5与永磁轨道11作用产生的悬浮力经承压板6，通过内胆底部加强框10及纵向加强方钢管13传递到玻璃钢受力桁架18，而后经内胆顶板19由联接内外胆并保持内外胆相对空间位置的四个玻璃钢锥台22将悬浮力传递到法兰1；冷却组件：由致冷管16、接口17，以及液氮加注口20构成。低温氦气经接口17进入致冷管16对内胆中经液氮加注口20注入的液氮做进一步的降温处理，以便于提高高温超导块5的性能。
应用实施例
实施例一：液氮温度高温超导永磁悬浮
A.设置好杜瓦底部与永磁轨道11的间距.
B.通过液氮加注口20向杜瓦内部加注液氮。待高温超导块5进入超导态后，杜瓦内部的高温超导块5与永磁轨道11间形成长时间的稳定悬浮。
实施例二：低于液氮温度高温超导永磁悬浮
A.设置好杜瓦底部与永磁轨道11的间距。
B.通过液氮加注口20向杜瓦内部加注液氮，使高温超导块5进入超导态。
C.经接口17向致冷管16循环提供低温氦气。低温氦气经致冷管(16)对杜瓦内部液氮进行持续致冷降温，从而显著提高高温超导块5的悬浮性能，并保持长时间的稳定悬浮。

Claims (2)

1.一种高温超导永磁悬浮低漏热薄底杜瓦，由悬浮承载结构、内胆、内胆底部加强结构、外胆、外胆底部加强结构、真空绝热夹层、冷却组件构成，其特征在于，所述的内胆底部加强结构的构成为：由槽钢焊接成矩形的内胆底部加强框(10)，以及纵向加强方钢管(13)构成；内胆底部加强框(10)和纵向加强方钢管(13)在邻接位置以焊接方式连接，并且各自与其邻接的内胆底板(9)及内胆侧板(14)采用焊接形式连接成为内胆底部加强结构；
所述的外胆底部加强结构的构成为：沿外胆底部外侧设置外胆外加强框(3)，外胆外加强框与外胆侧板(2)及外胆底板(4)在邻接处焊接在一起；沿外胆底部内侧内置方钢(7)，内置方钢与外胆底板(4)及外胆侧板(2)在邻接处焊接；外胆外加强框(3)与内置方钢(7)构成整体受力框架，以减小外胆底板(4)在大气压力下产生变形；
所述的悬浮承载结构的构成为：由密封于内胆的高温超导块(5)、置于高温超导块上的多孔承压板(6)、置于内胆内侧空间的玻璃钢受力桁架(18)、以及联接内外胆并确保内外胆相对空间位置的四个玻璃钢锥台(22)共同构成；玻璃钢受力桁架(18)与纵向加强方钢管(13)固定连接；
所述内胆构成为：由内胆顶板(19)与内胆侧板(14)及内胆底板(9)采用焊接方式构成密闭结构构成；其中内胆顶板(19)、内胆侧板(14)及内胆底板(9)为反辐射隔热层与不锈钢复合材料，其反辐射隔热层朝向真空绝热夹层；内胆底板(9)在相应于外胆底部加强结构的内置方钢(7)位置，采用内凹形式，以保持内胆底板(9)与外胆底部内置方钢(7)之间的底部真空夹层(8)的空间厚度；
所述真空绝热夹层构成为：内胆底板(9)与外胆底板(4)及外胆底部内置方钢(7)之间厚度为1mm的底部真空夹层(8)；除底部外其他空间方向上内胆与外胆间的真空夹层(21)。
2.根据权利要求1所述的高温超导永磁悬浮低漏热薄底杜瓦，其特征在于，所述多孔承压板(6)通过紧固螺栓(12)被固定在内胆底部加强框(10)上。
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