CN107863218B - 一种有效降低制冷机振动的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
一种有效降低制冷机振动的装置，超导磁体下部设有制冷机底座法兰；制冷机底座法兰下部与制冷机固定法兰之间设有多孔橡胶球一；制冷机固定法兰中心为制冷机膨胀机；制冷机固定法兰通过多孔橡胶球二与支撑杆的上端相连，支撑杆的下端支撑在实验平台上；制冷机膨胀机的底部通过多孔橡胶球三与实验平台相连；其减振方法步骤如下：1）将支撑杆安装在实验平台上，将多孔橡胶球二与支撑杆相连；在实验平台上、制冷机膨胀机之间设多孔橡胶球三；2）制冷机及制冷机固定法兰的安装，将制冷机固定法兰与支撑杆上的多孔橡胶球二固定；3）焊接波纹管；4）安装制冷机底座法兰，安装超导磁体；能有效降低制冷机的振动；结构简单，易于制造，方法简单易行。
Description
技术领域
本发明属于超导磁体技术领域，涉及一种有效降低超导磁体制冷机振动的装置及方法。
背景技术
迄今为止，超导磁体的主要冷却方式分为两种，一种是传统的液氦或液氮浸泡式，另一种是采用制冷机直接冷却的方法。近年来，随着液氦的供应紧张及价格的不断上涨，使得采用低温冷媒浸泡式的超导磁体运行费用逐年增加；同时，用户需要定期更换液氦或液氮，给磁体的维护工作造成了不便，一旦因为某种原因导致的磁体失超，将引起大量液氦挥发，对用户造成很大的经济损失。
随着低温制冷机技术研究的不断突破，制冷机直接冷却超导磁体逐渐取代传统浸泡式磁体受到越来越多科研工作者及用户的青睐。制冷机直接冷却超导磁体系统相比于传统浸泡式制冷在操作运行及维护、设备体积、制冷费用、安全性等方面存在诸多优势。
制冷机在正常运行过程中会发生不可避免的振动，研究人员曾经对4K GM制冷机工作状态下的振动情况进行了研究，发现工作状态下二级冷头振动的最大位移达到13μm。对于常用超导磁体而言,此类振动对磁场、实验样品及测试结果的影响基本可以忽略不计，然而对于需要实现样品精密测量或精密探测的超导磁体系统(例如：需要在磁场下实现微波探测的系统)而言，制冷机的振动将在一定程度上影响样品的稳定性，从而对实验数据造成一定的影响。
目前制冷机振动所引起的实验误差一直被科研工作者所忽略，然而随着超导磁体趋于大型化、复杂化的发展趋势，未来对于实现精密工程探测和测量的大型超导磁体，制冷机数量的增多将会使振动对实验的影响更加严重，获得一种操作简单、易于实现、适用性强的制冷机减振方法将进一步提高相关科学研究的准确性，为微观物理学的研究如：微波的传播、微观粒子的相互作用等提供更加准确的研究条件。
发明内容
为了克服上述现有技术的问题，本发明的目的是提供一种有效降低制冷机振动的装置及方法，装置结构简单，易于制造，适用于实现精密探测和精密测量的超导磁体。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种有效降低制冷机振动的装置，包括有超导磁体，超导磁体下部设有制冷机底座法兰；制冷机底座法兰下部设有制冷机固定法兰；制冷机底座法兰下部与制冷机固定法兰之间设有多孔橡胶球一；制冷机固定法兰中心为制冷机膨胀机；制冷机固定法兰下部通过多孔橡胶球二与支撑杆的上端相连，支撑杆的下端支撑在实验平台上；制冷机膨胀机的底部通过多孔橡胶球三与实验平台相连。
所述的多孔橡胶球一的数量为12个。
所述的多孔橡胶球二与支撑杆一一配套，多孔橡胶球二与支撑杆7的数量均为12个。
所述的多孔橡胶球三的数量为4个。
所述制冷机固定法兰、制冷机底座法兰、支撑杆均采用非磁性奥氏体不锈钢材料制作。
所述的多孔橡胶球一与制冷机固定法兰接触面之间设有一层软质弹性泡沫棉。
所述的制冷机固定法兰和制冷机底座法兰之间通过减振波纹管连接，波纹管的真空度小于10-9mbar*L/s。
所述的制冷机固定法兰直径为330mm，其上表面直径为244mm。
所述的波纹管外径为180mm，内径140mm，波距6mm，波厚3.6mm。
所述多孔橡胶球一、多孔橡胶球二、多孔橡胶球三均采用顺丁橡胶（BR）材料，直径均为25mm。
利用一种有效降低制冷机振动的装置降低制冷机振动的方法，包括以下步骤：
步骤1，支撑组件的安装
首先，将12个支撑杆安装在实验平台上的安装定位孔内，用增强胶将多孔橡胶球二与支撑杆相连；其次，在实验平台上、制冷机膨胀机安装位置处安装2排共4个多孔橡胶球三；
步骤2，制冷机及制冷机固定法兰的安装
使用增强胶将实验平台上的多孔橡胶球三制冷机膨胀机固定，并采用与步骤1相同的方法将制冷机固定法兰的下表面与支撑杆上的多孔橡胶球二固定；
步骤3，波纹管的焊接
使用检漏工装对波纹管进行常温检漏测试，测试要求真空度小于10-9mbar*L/s；然后用液氮对波纹管进行3次冷激处理，使波纹管充分收缩，待其回温后再次进行检漏测试，测试标准真空度小于10-9mbar*L/s；利用氩弧焊机、采用填焊的方式，通过焊接工装通入氩气保护的形式将减振波纹管与制冷机固定法兰焊接；最后，在制冷机固定法兰上表面直径为244mm的圆上均布12个多孔橡胶球一；
步骤4，制冷机底座法兰的安装
采用增强胶将多孔橡胶球一与制冷机底座法兰固定，利用氩弧焊机、采用自熔焊的方式将波纹管与制冷机底座法兰焊接；最后安装超导磁体；
步骤5，超导磁体系统的抽真空处理
将真空泵组与超导磁体抽空阀相连，旋转旋钮启动低真空泵及电磁阀，观察5分钟内真空度＜6.67Pa，继续抽空待真空度为1.33～6.33×10-1Pa后打开高真空计；这时液晶画面切换至高真空模式HV，持续抽空5分钟后真空度为5.0×10-3～5.0×10-4Pa，泵及液晶画面低真空共同切换结束，依次关闭高真空计、分子泵、待分子泵停转后关闭机械泵；
步骤6，超导磁体的减振测试
首先，开启制冷机为超导磁体进行降温并通过温度传感器监测超导磁体线圈及杜瓦的温度分布情况，待超导磁体内温度分布基本稳定后，在实验平台上安装激光位移传感器用来精确测量超导磁体稳定后制冷机底座法兰在制冷机振动影响下的位移，并通过数据获取系统得到制冷机在安装减振装置后的数据。
本发明提出一种有效降低制冷机振动的装置及方法，通过使用本发明制作的减振装置，可以有效降低制冷机在工作状态下的振动，极大程度的避免了由于制冷机振动对实验数据精确性的影响。其次，对于未来大型化、复杂化的超导磁体，制冷机数量的增加所导致的振动增强，甚至可能发生的共振情况来说，该减振方法及装置能有效降低振动及共振的风险，为大型超导磁体的顺利运行提供了必要条件。
制冷机固定法兰与制冷机底座法兰间通过多孔橡胶球进行减振，使用波纹管保持超导磁体内部真空度并进行减振。
采用高性能增强胶固定多孔橡胶球与制冷机固定法兰及制冷机底座法兰，采用氩弧焊连接制冷机固定法兰及制冷机底座法兰。
通过对该装置、超导磁体及制冷机冷头的测试发现，该装置运行过程中能显著降低制冷机二级冷头的振动，通过测试发现二级冷头振动的最大位移从不加减振装置时的13μm降低到3μm。
本发明用于减小超导磁体制冷机运行过程中振动对相关实验测试的影响，通过使用本发明能有效降低制冷机的振动。
附图说明
图1是本发明的减振装置及超导磁体的结构示意图。
图2是本发明的减振装置示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
参见图1、2，一种有效降低制冷机振动的装置，包括有超导磁体10，其特征在于，超导磁体10下部设有制冷机底座法兰2；制冷机底座法兰2下部设有制冷机固定法兰1；制冷机底座法兰2下部与制冷机固定法兰1之间设有多孔橡胶球一4；制冷机固定法兰1中心为制冷机膨胀机9；制冷机固定法兰1下部通过多孔橡胶球二5与支撑杆7的上端相连，支撑杆7的下端支撑在实验平台8上；制冷机膨胀机9的底部通过多孔橡胶球三6与实验平台8相连。
所述的多孔橡胶球一4的数量为12个。
所述的多孔橡胶球二5与支撑杆7一一配对，多孔橡胶球二5与支撑杆7的数量均为12个。
所述的多孔橡胶球三6的数量为4个。
所述制冷机固定法兰1、制冷机底座法兰2、支撑杆7均采用非磁性奥氏体不锈钢材料制作。
所述的多孔橡胶球一4与制冷机固定法兰1接触面之间设有一层软质弹性泡沫棉。
所述的制冷机固定法兰和制冷机底座法兰之间通过减振波纹管连接，波纹管的真空度小于10-9mbar*L/s。
如图2所示，所述制冷机固定法兰和制冷机底座法兰之间有12个多孔橡胶球一4，橡胶球与法兰接触面之间加入一层软质弹性泡沫棉，制冷机固定法兰和制冷机底座法兰之间由减振波纹管加以连接并提供真空环境。制冷机固定法兰和实验平台之间通过支撑杆和多孔橡胶球二5连接，制冷机膨胀机与实验平台间放置4个多孔橡胶球三6用以减振。
所述的制冷机固定法兰1直径为330mm，其上表面直径为244mm的圆上均布着12个多孔橡胶球一4与制冷机底座法兰2的下表面连接；制冷机固定法兰1的下表面与支撑杆7间由12个多孔橡胶球5连接；制冷机膨胀机9与实验平台8间由4个多孔橡胶球三6连接。
所述的波纹管3外径为180mm，内径140mm，波距6mm，波厚3.6mm；所述多孔橡胶球一4、多孔橡胶球二5、多孔橡胶球三6均采用顺丁橡胶（BR）材料，直径均为25mm。所述实验平台8表面直径为244mm的圆周上均布着12个用于安装支撑杆7的安装定位孔。
本发明的工作原理是：
在制冷机直接冷却超导磁体运行过程中，由制冷机的上下颠簸造成的振动通过多孔橡胶球、波纹管、软质弹性泡沫棉进行多级缓冲减振，大大削弱了制冷机工作情况下的振动冲击，大幅度提高了超导磁体系统的精确性，特别是对于高功率微波管用高精度超导磁体，采用本方法在强磁场下对微波的探测及测量精度有了显著的提高；同时，对于未来大型制冷机直接冷却超导磁体的减振提供了工程经验及可靠的技术支撑。
利用一种有效降低制冷机振动的装置降低制冷机振动的方法，包括以下步骤：
步骤1，支撑组件的安装
首先，将12个支撑杆7安装在实验平台8上的安装定位孔内，用增强胶将多孔橡胶球二5与支撑杆7相连；其次，在实验平台8上、制冷机膨胀机9安装位置处安装2排共4个多孔橡胶球三6；
步骤2，制冷机及制冷机固定法兰的安装
使用高性能增强胶将实验平台上的多孔橡胶球三6制冷机膨胀机9固定，并采用与步骤1相同的方法将制冷机固定法兰1的下表面与支撑杆7上的多孔橡胶球二5固定；
步骤3，波纹管的焊接
使用检漏工装对波纹管3进行常温检漏测试，测试要求真空度小于10-9mbar*L/s；然后用液氮对波纹管进行3次冷激处理，使波纹管3充分收缩，待其回温后再次进行检漏测试，测试标准真空度小于10-9mbar*L/s；利用氩弧焊机、采用填焊的方式，通过焊接工装通入氩气保护的形式将减振波纹管3与制冷机固定法兰1焊接；最后，在制冷机固定法兰1上表面直径为244mm的圆上均布12个多孔橡胶球一4；
步骤4，制冷机底座法兰的安装
采用增强胶将多孔橡胶球一4与制冷机底座法兰2固定，利用氩弧焊机、采用自熔焊的方式将波纹管3与制冷机底座法兰2焊接；最后安装超导磁体10；
步骤5，超导磁体系统的抽真空处理
将真空泵组与超导磁体抽空阀相连，旋转旋钮启动低真空泵及电磁阀，观察5分钟内真空度＜6.67Pa，继续抽空待真空度为1.33～6.33×10-1Pa后打开高真空计；这时液晶画面切换至高真空模式HV，持续抽空5分钟后真空度为5.0×10-3～5.0×10-4Pa，泵及液晶画面低真空共同切换结束，依次关闭高真空计、分子泵、待分子泵停转后关闭机械泵；
步骤6，超导磁体的减振测试
首先，开启制冷机为超导磁体进行降温并通过温度传感器监测超导磁体线圈及杜瓦的温度分布情况，待超导磁体内温度分布基本稳定后，在实验平台8上安装激光位移传感器（型号：Optex CD22）用来精确测量超导磁体稳定后制冷机底座法兰2在制冷机振动影响下的位移，并通过数据获取系统（型号：EDX10A-DCS100A）得到制冷机在安装减振装置后的数据。
Claims (1)
1.一种有效降低制冷机振动的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，支撑组件的安装
首先，将12个支撑杆（7）安装在实验平台（8）上的安装定位孔内，用增强胶将多孔橡胶球二（5）与支撑杆（7）相连；其次，在实验平台（8）上、制冷机膨胀机（9）安装位置处安装2排共4个多孔橡胶球三（6）；
步骤2，制冷机及制冷机固定法兰的安装
使用增强胶将实验平台上的多孔橡胶球三（6）制冷机膨胀机（9）固定，并采用与步骤1相同的方法将制冷机固定法兰（1）的下表面与支撑杆7上的多孔橡胶球二（5）固定；
步骤3，波纹管的焊接
使用检漏工装对波纹管3进行常温检漏测试，测试要求真空度小于10-9mbar*L/s；然后用液氮对波纹管进行3次冷激处理，使波纹管（3）充分收缩，待其回温后再次进行检漏测试，测试标准真空度小于10-9mbar*L/s；利用氩弧焊机、采用填焊的方式，通过焊接工装通入氩气保护的形式将减振波纹管（3）与制冷机固定法兰（1）焊接；最后，在制冷机固定法兰（1）上表面直径为244mm的圆上均布12个多孔橡胶球一（4）；
步骤4，制冷机底座法兰的安装
采用增强胶将多孔橡胶球一（4）与制冷机底座法兰（2）固定，利用氩弧焊机、采用自熔焊的方式将波纹管（3）与制冷机底座法兰（2）焊接；最后安装超导磁体（10）；
步骤5，超导磁体系统的抽真空处理
将真空泵组与超导磁体抽空阀相连，旋转旋钮启动低真空泵及电磁阀，观察5分钟内真空度＜6.67Pa，继续抽空待真空度为1.33～6.33×10-1Pa后打开高真空计；这时液晶画面切换至高真空模式HV，持续抽空5分钟后真空度为5.0×10-3～5.0×10-4Pa，泵及液晶画面低真空共同切换结束，依次关闭高真空计、分子泵、待分子泵停转后关闭机械泵；
步骤6，超导磁体的减振测试
首先，开启制冷机为超导磁体进行降温并通过温度传感器监测超导磁体线圈及杜瓦的温度分布情况，待超导磁体内温度分布基本稳定后，在实验平台（8）上安装激光位移传感器用来精确测量超导磁体稳定后制冷机底座法兰（2）在制冷机振动影响下的位移，并通过数据获取系统得到制冷机在安装减振装置后的数据；
用于有效降低制冷机振动的方法的装置，包括有超导磁体（10），超导磁体（10）下部设有制冷机底座法兰（2）；制冷机底座法兰（2）下部设有制冷机固定法兰（1）；制冷机底座法兰（2）下部与制冷机固定法兰（1）之间设有多孔橡胶球一（4）；制冷机固定法兰（1）中心为制冷机膨胀机（9）；制冷机固定法兰（1）下部通过多孔橡胶球二（5）与支撑杆（7）的上端相连，支撑杆（7）的下端支撑在实验平台（8）上；制冷机膨胀机（9）的底部通过多孔橡胶球三（6）与实验平台（8）相连；
所述的多孔橡胶球一（4）的数量为12个；
所述的多孔橡胶球二（5）与支撑杆（7）一一配套使用，多孔橡胶球二（5）与支撑杆（7）的数量均为12个；
所述的多孔橡胶球三（6）的数量为4个；
所述制冷机固定法兰（1）、制冷机底座法兰（2）、支撑杆（7）均采用非磁性奥氏体不锈钢材料制作；
所述的多孔橡胶球一（4）与制冷机固定法兰（1）接触面之间设有一层软质弹性泡沫棉；
所述的制冷机固定法兰和制冷机底座法兰之间通过减振波纹管连接，波纹管的真空度小于10-9mbar*L/s；
所述的制冷机固定法兰（1）直径为330mm，其上表面直径为244mm；所述的波纹管外径为180mm，内径140mm，波距6mm，波厚3.6mm；
所述多孔橡胶球一（4）、多孔橡胶球二（5）、多孔橡胶球三（6）均采用顺丁橡胶（BR）材料，直径均为25mm。
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