CN107318214B - 一种用于超导回旋加速器引出区磁通道调节装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于超导回旋加速器引出区磁通道调节装置，包括调节机构一、调节机构二、分离密封箱，所述调节机构一与所述调节机构二均包括外管一、外管二与外管三；所述调节机构一与所述调节机构二的外管二内均设有螺杆；所述螺杆一端均通过球轴承与移动法兰相连接，另一端带动调节机构一与调节机构二的外管一旋转前进；调节机构一与调节机构二的外管三一端均焊接在分离密封箱内，上述外管三内均设有驱动杆，所述驱动杆一端螺纹连接推动杆；移动法兰与推动杆焊接。本发明在不破环加速器真空环境的情况下，保证了加速器的密封安全可靠性，且结构简单，在不需要复杂电机驱动的情况下调节精度就能达到要求，成本低且可靠性较高。

Description

一种用于超导回旋加速器引出区磁通道调节装置

技术领域

本发明涉及一种加速器引出区调节装置，特别是一种对超高真空环境的超导回旋加速器引出区磁通道的调节装置。

背景技术

超导回旋加速器是一个超高真空容器，通过电磁场对质子/重离子进行加速，并且将加速至一定能量的质子束引出加速器外，引出区磁通道为引出质子/重离子的关键部件，可聚焦和引出质子/重离子；其位置和角度对引出质子/重离子效率有很大的影响，所以根据工程实际需要对其位置和角度微调显得十分重要。

目前公知的加速器引出区磁通道调节方式有两种，一种是破坏真空环境打开加速器腔体在内部调节，这种方法会破坏真空环境，且由于磁通道调节次数的不确定性可能导致打开腔体次数较多，不利于真空的密封安全可靠性；另一种方法是调节装置放置在加速器外部，用到非常复杂的控制和机械系统，通过控制电机来达到引出区磁通道位置和角度微调的目的，系统复杂且成本高。

发明内容

传统的加速器引出区磁通道调节机构存在破坏加速器真空环境或系统复杂、成本高等不足，本发明针对以上不足，提供一种简单可靠且成本低的加速器引出区磁通道调节装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种用于超导回旋加速器引出区磁通道调节装置，包括调节机构一、调节机构二、分离密封箱，所述调节机构一与所述调节机构二均包括外管一、外管二与外管三；其中，所述调节机构一与所述调节机构二的外管二内均设有螺杆；所述螺杆一端均通过球轴承与移动法兰相连接，另一端带动所述调节机构一与所述调节机构二的外管一旋转前进；所述调节机构一与所述调节机构二的外管三一端均焊接在分离密封箱内，上述外管三内均设有驱动杆，所述驱动杆一端螺纹连接推动杆；所述移动法兰与所述推动杆焊接。

所述螺杆与固定螺母相配合实现螺旋传动，固定螺母通过螺钉固定在外管二的端部；所述球轴承与移动法兰之间的螺杆上设有圆螺母，所述圆螺母与球轴承之间设有止动垫圈，所述球轴承与移动法兰之间设有法兰式挡圈。

旋转所述螺杆带动移动法兰移动，移动法兰的右侧端部焊接波纹管和推动杆，推动杆在波纹管的内侧，推动杆的另外一端与驱动杆之间螺纹连接。

所述螺杆左端通过平键限制外管一的周向运动，位于外管一外部的螺杆上设有薄螺母和厚螺母限制外管一的轴向运动，使得外管一随螺杆旋转前进，在外管一上雕刻刻度，用于读出螺杆旋入或者旋出量。

所述推动杆与法兰式滚珠花键相配合，推动杆通过与驱动杆螺纹连接，来实现驱动杆的直线运动；真空法兰二与外管三一端焊接。

所述驱动杆两端与铜轴套一、铜轴套二之间间隙配合，铜轴套一、铜轴套二分别通过支撑块一、支撑块二与外管三之间过盈配合。

所述调节机构一与所述调节机构二的驱动杆另外一端通过螺纹与两个不同的连接头相连接。

所述调节机构一的连接头由铰链头、轴销、轴盖、管状铜轴套、焊接连接头一、螺钉组成；所述调节机构二的连接头由铰链头、轴销、轴盖、特殊形状铜轴套、焊接连接头二、螺钉组成；焊接连接头一上设有圆孔，焊接连接头二上设有腰型孔。

所述调节机构一、调节机构二的铰链头均与对应的驱动杆螺纹连接，铰链头卡设在焊接连接头一或焊接连接头二内，管状铜轴套、特殊形状铜轴套分别安装在对应铜轴套的圆孔或腰型孔内，轴销穿过铜轴套、铰链头后连接有轴盖、螺钉。

该装置的调节过程为：

调节引出区磁通道时，旋转调节机构一和调节机构二的螺杆，通过外管一上的读数可知，当调节机构一和调节机构二的螺杆旋入/旋出量相同时，则表明磁通道调节的方式是位置平移调节；

当调节机构一或调节机构二其中一个螺杆不动，另外一个螺杆旋入/旋出，则表明磁通道调节方式为旋转角度微调；

当调节机构一或调节机构二的螺杆都有旋入/旋出量时，但是旋入/旋出量不同，则表明磁通道调节方式为角度和位置平移都调节。

本发明的有益效果：本发明提供的调节机构一和调节机构二的主要原理是利用螺杆和滚珠花键，将螺旋运动转化为直线运动，但是为了实现被调节部件的位置和角度微调的目的，调节机构一和调节机构二的连接头有所不同，调节机构一的连接头主要为铰链结构，调节机构二的连接头为特制的结构；

本发明通过手动控制螺旋杆，中间采用一系列部件将螺旋运动转化为直线运动，在不破环加速器真空环境的情况下，保证了加速器的密封安全可靠性，且系统的结构简单，在不需要复杂电机驱动的情况下调节精度就能达到要求，成本低且可靠性较高。

附图说明

为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1是本发明结构示意图；

图2是本发明调节机构一剖视图；

图3是本发明调节机构二剖视图；

图4是本发明法兰式滚珠花键和推动杆结构示意图；

图5是本发明调节机构一与调节机构二的连接头结构示意图；

图6是本发明焊接连接头一结构示意图；

图7是本发明焊接连接头二结构示意图；

图8是本发明特殊形状铜轴套结构示意图；

图9是本发明轴盖结构示意图；

图10是本发明轴销结构示意图；

图11是本发明凸缘式真空法兰一结构示意图；

图中标号：1-薄螺母；2-厚螺母；3-外管一；4-平键；5-螺杆；6-外管二；7-固定螺母；8-法兰式挡圈；9-止动垫圈；10-球轴承；11-圆螺母；12-移动法兰；13-波纹管；14-推动杆；15-法兰式滚珠花键；16-真空法兰一；17-铜垫圈；18-真空法兰二；19-支撑块一；20-铜轴套一；21-外管三；22-驱动杆；23-分离密封箱；24-铜轴套二；25-支撑块二；26-铰链头；27-轴销；28-轴盖；29-螺钉；30-焊接连接头一；31-管状铜轴套；32-特殊形状铜轴套；33-焊接连接头二。

具体实施方式

一种用于超导回旋加速器引出区磁通道调节装置，如图1-3所示，本磁通道调节装置主要是由三部分组成，分别是调节机构一、调节机构二、分离密封箱23；调节机构一和调节机构二主要是起到密封和驱动调节的作用；分离密封箱主要起到分离隔绝主机真空和超导线圈真空的作用，调节机构一和调节机构二的外管三21焊接在分离密封箱内，分离密封箱一端焊接在引出区窗口，另外一端焊接在杜瓦的外壁上。

调节机构一和调节机构二的结构大体相同，但是为了调节装置能同时实现位置和角度调节的目的，调节机构一和调节机构二的连接头有所不同，参见图5；

下面详细介绍调节机构一和调节机构二的组成及其实现位置和角度调节原理，参见图1-10；

其调节机构一和调节机构二主要采用了螺杆5与固定螺母7相配合实现螺旋传动，固定螺母7通过螺钉固定在外管二6的端部，螺杆5一端通过球轴承10与移动法兰12相连接，球轴承10与移动法兰12之间的螺杆上设有圆螺母11，圆螺母11与球轴承10之间设有止动垫圈9，球轴承10与移动法兰12之间设有法兰式挡圈8；

旋转螺杆5时带动移动法兰12移动，移动法兰12的右侧端部焊接波纹管13和推动杆14，推动杆14在波纹管13的内侧；波纹管13的另外一端焊接在真空法兰设备中，推动杆14的另外一端与驱动杆22之间螺纹连接，驱动杆22的另外一端通过螺纹与两个不同的连接头相连接，连接头可通过焊接或者螺栓与被调节部件相连接，本发明采用焊接连接方式。

所述螺杆5左端通过平键4限制外管一3的周向运动，位于外管一3外部的螺杆5上设有薄螺母1和厚螺母2限制外管一3的轴向运动，使得外管一3随螺杆5旋转前进，在外管一3上雕刻刻度，类似千分尺形式，可以读出螺杆旋入或者旋出量。

真空法兰设备包括真空法兰二18、真空法兰一16、以及法兰之间设有的铜垫圈17；

真空法兰一16为凸缘式法兰，外管二6与真空法兰一16外壁焊接，波纹管13焊接在真空法兰一16的侧面，法兰式滚珠花键15与通过螺栓与真空法兰一16的内侧相连接；真空法兰一16结构参见图11；

所述的真空法兰设备中包括带有导向作用的法兰式滚珠花键15；参见图4，法兰形式的滚珠花键可直接固定在真空法兰设备的内部，结构简单方便，直线导向精度高。

所述的推动杆14为特殊形式轴，参见图4，其右端部有一段类似花键结构，通过与滚珠花键相连接，实现直线导向的作用，且同时可承受磁通道在电磁力的作用下，产生很大的附加翻转力矩。

为了实现推动杆14的直线运动，将推动杆14与法兰式滚珠花键15相配合，推动杆14通过与驱动杆22螺纹连接，来实现驱动杆的直线运动；真空法兰二18与外管三21一端焊接，外管三21另一端焊接在分离密封箱23中；

所述的驱动杆22结构较长，需要对其进行支撑，驱动杆22两端与铜轴套一20、铜轴套二24之间间隙配合，铜轴套一20、铜轴套二24分别通过支撑块一19、支撑块二25与外管三21之间过盈配合，安装方法为冷热安装，上述铜轴套起到了支撑驱动杆22的作用。

参见图2-3、图6-10，所述的调节机构一的连接头主要由铰链头26、轴销27、轴盖28、管状铜轴套31、焊接连接头一30、螺钉29组成；采用管状铜轴套的主要目的是为了防止真空条件下金属亲和而导致卡死现象；

调节机构二的连接头主要由铰链头26、轴销27、轴盖28、特殊形状铜轴套32、焊接连接头二33、螺钉29组成；调节机构一的连接头和调节机构二的连接头的主要区别在于铜轴套的形状及焊接焊接头的开孔形状，焊接连接头一30的开孔是圆孔，而焊接连接头二33开孔形状是腰型孔；

上述调节机构一、调节机构二的铰链头26均与对应的驱动杆22螺纹连接，铰链头26卡设在焊接连接头一30或焊接连接头二33内，管状铜轴套31、特殊形状铜轴套32分别安装在对应铜轴套的圆孔或腰型孔内，轴销27穿过铜轴套、铰链头后连接有轴盖28、螺钉29；

调节引出区磁通道时，只需要旋转调节机构一和调节机构二的螺杆5，通过外管一3上的读数可知，当调节机构一和调节机构二的螺杆旋入/旋出量相同时，则表明磁通道调节的方式是位置平移调节；当调节机构一或调节机构二其中一个螺杆不动，另外一个螺杆旋入/旋出，则表明磁通道调节方式为旋转角度微调；当调节机构一或调节机构二的螺杆都有旋入/旋出量时，但是旋入/旋出量不同，则表明磁通道调节方式为角度和位置平移都调节。

本发明为磁通道调节装置，其主要采用了螺杆驱动，通过滚珠花键进行导向将螺旋运动转化为直线运动，达到传递距离的作用，其采用特殊的连接头，将调节机构与被调节部件连接起来，达到被调节部件位置和角度调节的目的。针对密封而言，采用了波纹管密封，密封效果好，且利用波纹管的伸缩性能来配合直线运动；本发明采用手动控制调节，位置和角度调节都比较精确，能达到磁通道调节的精度量级，采用了很多的铜轴套部件，有利于防止真空环境下出现金属亲和而导致卡死的现象。

与传统的磁通道调节装置相比较，本发明通过手动控制螺旋杆，中间采用一系列部件将螺旋运动转化为直线运动，在不破环加速器真空环境的情况下，保证了加速器的密封安全可靠性，且系统的结构简单，在不需要复杂电机驱动的情况下调节精度就能达到要求，成本低且可靠性较高。

以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于超导回旋加速器引出区磁通道调节装置，包括调节机构一、调节机构二、分离密封箱，其特征在于：

所述调节机构一与所述调节机构二均包括外管一(3)、外管二(6)与外管三(21)；

其中，所述调节机构一与所述调节机构二的外管二(6)内均设有螺杆(5)；所述螺杆(5)一端均通过球轴承(10)与移动法兰(12)相连接，另一端带动所述调节机构一与所述调节机构二的外管一(3)旋转前进；

所述调节机构一与所述调节机构二的外管三(21)一端均焊接在分离密封箱内，上述外管三(21)内均设有驱动杆(22)，所述驱动杆(22)一端螺纹连接推动杆(14)；

所述移动法兰(12)与所述推动杆(14)焊接。

2.根据权利要求1所述的一种用于超导回旋加速器引出区磁通道调节装置，其特征在于，所述螺杆(5)与固定螺母(7)相配合实现螺旋传动，固定螺母(7)通过螺钉固定在外管二(6)的端部；所述球轴承(10)与移动法兰(12)之间的螺杆上设有圆螺母(11)，所述圆螺母(11)与球轴承(10)之间设有止动垫圈(9)，所述球轴承(10)与移动法兰(12)之间设有法兰式挡圈(8)。

3.根据权利要求2所述的一种用于超导回旋加速器引出区磁通道调节装置，其特征在于，旋转所述螺杆(5)带动移动法兰(12)移动，移动法兰(12)的右侧端部焊接波纹管(13)和推动杆(14)，推动杆(14)在波纹管(13)的内侧，推动杆(14)的另外一端与驱动杆(22)之间螺纹连接。

4.根据权利要求3所述的一种用于超导回旋加速器引出区磁通道调节装置，其特征在于，所述螺杆(5)左端通过平键(4)限制外管一(3)的周向运动，位于外管一(3)外部的螺杆(5)上设有薄螺母(1)和厚螺母(2)限制外管一(3)的轴向运动，使得外管一(3)随螺杆(5)旋转前进，在外管一(3)上雕刻刻度，用于读出螺杆旋入或者旋出量。

5.根据权利要求3所述的一种用于超导回旋加速器引出区磁通道调节装置，其特征在于，所述推动杆(14)与法兰式滚珠花键(15)相配合，推动杆(14)通过与驱动杆(22)螺纹连接，来实现驱动杆的直线运动；真空法兰二(18)与外管三(21)一端焊接。

6.根据权利要求1所述的一种用于超导回旋加速器引出区磁通道调节装置，其特征在于，所述驱动杆(22)两端与铜轴套一(20)、铜轴套二(24)之间间隙配合，铜轴套一(20)、铜轴套二(24)分别通过支撑块一(19)、支撑块二(25)与外管三(21)之间过盈配合。

7.根据权利要求1所述的一种用于超导回旋加速器引出区磁通道调节装置，其特征在于，所述调节机构一与所述调节机构二的驱动杆(22)另外一端通过螺纹与两个不同的连接头相连接。

8.根据权利要求7所述的一种用于超导回旋加速器引出区磁通道调节装置，其特征在于，所述调节机构一的连接头由铰链头(26)、轴销(27)、轴盖(28)、管状铜轴套(31)、焊接连接头一(30)、螺钉(29)组成；所述调节机构二的连接头由铰链头(26)、轴销(27)、轴盖(28)、特殊形状铜轴套(32)、焊接连接头二(33)、螺钉(29)组成；焊接连接头一(30)上设有圆孔，焊接连接头二(33)上设有腰型孔。

9.根据权利要求7所述的一种用于超导回旋加速器引出区磁通道调节装置，其特征在于，所述调节机构一、调节机构二的铰链头(26)均与对应的驱动杆(22)螺纹连接，铰链头(26)卡设在焊接连接头一(30)或焊接连接头二(33)内，管状铜轴套(31)、特殊形状铜轴套(32)分别安装在对应铜轴套的圆孔或腰型孔内，轴销(27)穿过铜轴套、铰链头后连接有轴盖(28)、螺钉(29)。

10.根据权利要求4所述的一种用于超导回旋加速器引出区磁通道调节装置，其特征在于，该装置的调节过程为：

调节引出区磁通道时，旋转调节机构一和调节机构二的螺杆，通过外管一上的读数可知，当调节机构一和调节机构二的螺杆旋入/旋出量相同时，则表明磁通道调节的方式是位置平移调节；

当调节机构一或调节机构二其中一个螺杆不动，另外一个螺杆旋入/旋出，则表明磁通道调节方式为旋转角度微调；

当调节机构一或调节机构二的螺杆都有旋入/旋出量时，但是旋入/旋出量不同，则表明磁通道调节方式为角度和位置平移都调节。