CN108806916B - 一种结构紧凑的颈管组合结构 - Google Patents
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Abstract
一种结构紧凑的颈管组合结构，涉及一种颈管组合结构。解决了现有的颈管组合结构外径大和热负荷大的问题。本发明中两个供电电极均固定在室温法兰的顶端面上，且每个供电电极通过连接机构与相对应的高温超导电流引线的一端电极电连接，所述连接机构贯穿于上波纹管的侧壁；高温超导电流引线设置在上波纹管与下波纹管连通的空腔内，且高温超导电流引线的另一端电极用于与氦容器内的超导线圈进行电连接。本发明具体应用在使用单台小型氦制冷机制冷、使用高温超导二元电流引线供电、使用液氦浸泡方式冷却的超导磁体领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种颈管组合结构，具体应用在使用单台小型氦制冷机制冷、使用高温超导二元电流引线供电、使用液氦浸泡方式冷却的超导磁体领域。
背景技术
颈管组合结构作为内部固定超导线圈的液氦容器内部与外界间的连接件，其中，液氦容器一般被称为氦容器，颈管组合结构可以使用一个或多个波纹管组件作为氦容器内部空间与外界间连接的通道，波纹管组件的内部空间用于安装制冷机、容纳高温超导二元电流引线、插入液体制冷剂导管、引出氦容器内部探头的信号线和安装气体泄压装置，由于波纹管组件内部安装的部件多，及在与波纹管组件内部圆形空间相对应的室温法兰区域上需要布置其内部各部件与外界的接口，因此波纹管组件的直径应足够大。
颈管组合结构有两个关键技术指标：一个是室温法兰的直径，它决定了真空容器外筒上与之相对应的开孔直径，越小越有利于改善真空容器外筒的机械强度；另一个是通过波纹管组件进入氦容器低温环境的热负载，热负载越小越有利于超导磁体的长期稳定运行，越有利于增加超导磁体的尺寸。波纹管的长度、壁厚和周长决定了室温环境通过室温法兰和波纹管组件给氦容器带来的热负载的大小。由于受到制冷机和高温超导电流引线长度的限制，为了降低热负载波纹管组件的长度一般被增加到最大限度，因此，为了实现上述两个技术指标均需降低颈管组合结构的直径，从而改善与其连接的真空容器外筒的机械强度，及降低氦容器散热(热负荷)。
已有的颈管组合结构仅使用一套波纹管组件，由于其内部所含各部件最终都需要与室温法兰上对应的接口相连，所以导致波纹管组件的直径较大(周长较长)，同时为保证承压能力波纹管还必须满足一定的壁厚条件。传导和对流所导致的热负载均偏高。较大的室温法兰直径也削弱了真空容器外筒的机械强度，导致不得不增加壁厚以补偿机械强度上的损失。故，以上技术问题亟需解决。
发明内容
本发明是为了解决现有的颈管组合结构外径大和热负荷大的问题，本发明提供了一种结构紧凑的颈管组合结构。
一种结构紧凑的颈管组合结构，包括室温法兰、一级法兰、二级法兰、上波纹管、下波纹管、注液波纹管、信号线波纹管、气盒、1号电馈通插座、真空抽口、两个供电电极和两个高温超导电流引线；
上波纹管通过一级法兰与下波纹管连通，上波纹管的顶端面固定有室温法兰，下波纹管的底端面通过二级法兰与内部固定超导线圈的氦容器连通；
室温法兰和一级法兰通过螺杆固定连接；
气盒固定在室温法兰的顶端面上，气盒上设有多个功能接口；
注液波纹管和信号线波纹管固定在室温法兰与二级法兰之间，且注液波纹管和信号线波纹管均与气盒连通，二级法兰上设有两个通孔，且两个通孔分别与注液波纹管和信号线波纹管连通；
室温法兰上设有真空抽口，真空抽口用于对上波纹管的外壁、下波纹管的外壁与真空容器内壁间合围成的空间进行抽真空；
1号电馈通插座固定在室温法兰的顶端面上，1号电馈通插座用于与真空夹层中的测量元件进行电连接，所述的真空夹层为真空容器与氦容器之间形成的真空夹层，氦容器位于真空容器内部；
两个供电电极均固定在室温法兰的顶端面上，且每个供电电极通过连接机构与相对应的高温超导电流引线的一端电极电连接，所述连接机构贯穿于上波纹管的侧壁；
高温超导电流引线设置在上波纹管与下波纹管连通的空腔内，且高温超导电流引线的另一端电极用于与氦容器内的超导线圈进行电连接。
优选方式为，所述的气盒为环形盒体，环形盒体的横截面为扇形，且环形盒体的内、外弧面的圆心与室温法兰的圆心同心。
优选方式为，连接机构包括两个过渡连接件、两根铜引线和两个电连接器；铜引线的表面包覆绝缘材料；
两个过渡连接件均为管状结构，管状结构的一端穿透室温法兰的顶、底端面，另一端穿透上波纹管侧壁，且两个过渡连接件均固定在室温法兰的底端面上；
每个铜引线穿过一个过渡连接件，该铜引线的一端穿过室温法兰后与一个供电电极连接，另一端通过一个电连接器与一个高温超导电流引线的一端电极电连接。
优选方式为，气盒上设有的多个功能接口包括氦容器电馈通插座、制冷剂注液口、补气管、爆破膜及压力表组件接口、电磁阀接口和压力传感器接口。
优选方式为，气盒上还设有备用接口。
优选方式为，铜引线为蛇形排布方式。
优选方式为，所述的一种结构紧凑的颈管组合结构，还包括转接管；
供电电极通过转接管固定在室温法兰的顶端面上。
本发明带来的有益效果是，本发明所述的超导磁体颈管组合结构使得氦容器内部空间与外界连通，能够在保证功能齐全的基础上显著减小波纹管组件的壁厚、周长总量和室温法兰外径，显著降低通过颈管组合结构进入氦容器的热负载。
附图说明
图1为本发明所述的一种结构紧凑的颈管组合结构的结构示意图。
图2为连接机构与周围其它部件的相对位置关系图；
图3为图2的俯视图；
图4为过渡连接件与上波纹管间的相对位置关系图；
图5为气盒的结构示意图；
图6为本发明所述的一种结构紧凑的颈管组合结构与氦制冷机、真空容器和氦容器间的相对位置关系图；附图表标记102为氦制冷机，附图表标记201为氦容器，附图表标记202为真空容器；
图7为图1的俯视图；
图8为图7在D-D方向上的局部剖视图。
具体实施方式
具体实施方式一：参见图1和图7说明本实施方式，本实施方式所述的一种结构紧凑的颈管组合结构，包括室温法兰1、一级法兰2、二级法兰3、上波纹管4、下波纹管5、注液波纹管6、信号线波纹管7、气盒9、1号电馈通插座10、真空抽口11、两个供电电极13和两个高温超导电流引线14；
上波纹管4通过一级法兰2与下波纹管5连通，上波纹管4的顶端面固定有室温法兰1，下波纹管5的底端面通过二级法兰3与内部固定超导线圈的氦容器连通；
室温法兰1和一级法兰2通过螺杆固定连接；
气盒9固定在室温法兰1的顶端面上，气盒9上设有多个功能接口；
注液波纹管6和信号线波纹管7固定在室温法兰1与二级法兰3之间，且注液波纹管6和信号线波纹管7均与气盒9连通，二级法兰3上设有两个通孔，且两个通孔分别与注液波纹管6和信号线波纹管7连通；
室温法兰1上设有真空抽口11，真空抽口11用于对上波纹管4的外壁、下波纹管5的外壁与真空容器内壁间合围成的空间进行抽真空；
1号电馈通插座10固定在室温法兰1的顶端面上，1号电馈通插座10用于与真空夹层中的测量元件进行电连接，所述的真空夹层为真空容器与氦容器之间形成的真空夹层，氦容器位于真空容器内部；
两个供电电极13均固定在室温法兰1的顶端面上，且每个供电电极13通过连接机构12与相对应的高温超导电流引线14的一端电极电连接，所述连接机构12贯穿于上波纹管4的侧壁；
高温超导电流引线14设置在上波纹管4与下波纹管5连通的空腔内，且高温超导电流引线14的另一端电极用于与氦容器内的超导线圈进行电连接。
本发明所述的一种结构紧凑的颈管组合结构在具体的应用过程中，作为内部固定超导线圈的氦容器与外界间的连接件，氦容器和颈管组合结构均设置在真空容器内，颈管组合结构与真空容器间内壁间合围成一个空间，真空容器内壁与氦容器外壁间形成真空夹层，颈管组合结构的外壁与真空容器内壁间合围形成的空间与真空夹层相连通，小型氦制冷机102从室温法兰1上的插口插入，具体参见图6，小型氦制冷机102上面法兰与插口之间采用O形橡胶圈密封并通过螺栓紧固，小型氦制冷机102的一级冷头与一级铜法兰2之间形成良好的热连接，小型氦制冷机102最底端的二级冷头悬置于氦容器201的空间之中，二级冷头上可安装特制的换热器，氦气将在二级冷头及换热器上凝结成液氦。
本实施方式中，一方面，用三组较小口径波纹管的组合(即：上波纹管4和下波纹管5构成一组波纹管，注液波纹管6、信号线波纹管7为另两组波纹管)代替现有结构中单一的波纹管组件；另一方面，高温超导电流引线14被设置在用于容纳氦制冷机102的上波纹管4、一级法兰2和下波纹管5构成的空腔内部；第三方面，高温超导电流引线14的一端电极通过连接机构12与供电电极13连接，进一步减少了自身占用波纹管的直径，从而减小颈管组合结构的直径。由于三组波纹管总的直径减少了，从而通过颈管组合结构进入氦容器201的热负载也被减少了。
具体实施方式二：参见图1、2和7说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一所述的一种结构紧凑的颈管组合结构的区别在于，所述的气盒9为环形盒体，环形盒体的横截面为扇形，且环形盒体的内、外弧面的圆心与室温法兰1的圆心同心。
本实施方式，气盒9为环形盒体，且环形盒体的内、外弧面的圆心与室温法兰1的圆心同心，使得气盒9可最大限度的占用室温法兰1端面上的空间，可使其气盒9在室温法兰1上最大化，能够容纳下更多的功能接口，上述设置方式相对于现有技术中，方形气盒的形式，更容易缩小室温法兰1的直径，因此，环形盒体可减少颈管组合结构的直径，由于减小颈管组合结构的直径，从而减少其自身散热，进而降低通过颈管组合结构进入氦容器的热负载。
具体实施方式三：参见图1至图5、图7说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一所述的一种结构紧凑的颈管组合结构的区别在于，连接机构12包括两个过渡连接件12-1、两根铜引线12-2和两个电连接器12-3；铜引线12-2的表面包覆绝缘材料；
两个过渡连接件12-1均为管状结构，管状结构的一端穿透室温法兰1的顶、底端面，另一端穿透上波纹管4侧壁，且两个过渡连接件12-1均固定在室温法兰1的底端面上；
每个铜引线12-2穿过一个过渡连接件12-1，该铜引线12-2的一端穿过室温法兰1后与一个供电电极13连接，另一端通过一个电连接器12-3与一个高温超导电流引线14的一端电极电连接。
具体实施方式四：参见图1至图5、图7至图8说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一或二所述的一种结构紧凑的颈管组合结构的区别在于，气盒9上设有的多个功能接口包括氦容器电馈通插座91、制冷剂注液口92、补气管93、爆破膜及压力表组件接口94、电磁阀接口95和压力传感器接口96。
有多种超导磁体运行工况时，要求为氦容器补充常温气态制冷剂，故，本发明。图8中给出了颈管组合结构的补气通道的常温部分。附图8中箭头为补充气态制冷剂时气体进入波纹管所流经的路径。在制备颈管组合结构的过程中，为了使气体水平穿过室温法兰1，室温法兰1沿径向被划分为内室温法兰1a和外室温法兰1b，在内室温法兰1a上完成水平打孔以后将其与外室温法兰1b焊接在一起，要求保证焊缝的密封性能。补气通道的中间连接管位于气盒9内部，在气盒9外壁上穿出后与补气管93焊接在一起。
补气管93的设置方式，其一，使通过补气管93补充的常温气体制冷剂进入制冷机波纹管以后，能够充分利用制冷机插入部分表面的负温度梯度以避免常温氦气给4K氦容器带来大的温度扰动；其二，图8中补气通道入口利用了气盒9上的空间，既有利于减小室温法兰1的外径，又不妨碍颈管组合结构的整体美观。
具体实施方式五：参见图4说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式四所述的一种结构紧凑的颈管组合结构的区别在于，气盒9上还设有备用接口97。
具体实施方式六：参见图4说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式三所述的一种结构紧凑的颈管组合结构的区别在于，铜引线12-2为蛇形排布方式。
本实施方式中，铜引线12-2为蛇形排布方式。以减少占用空间。
铜引线12-2在与室温法兰1下端面相接近的上波纹管4侧壁穿出，使得上波纹管4和下波纹管5在直径上减少了所占用颈管组合结构的空间，进而减小了波纹管的截面积和周长，使得外界通过颈管组合结构向氦容器的漏热显著降低。铜引线12-2、电连接器12-3和高温超导电流引线14与氦制冷机102一起被放置在同一个波纹管组件内部，具体参见图6，在安装氦制冷机102之前，有足够大的操作空间用来连接高温超导电流引线和超导线圈正负极引线。
具体实施方式七：参见图1至图5说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式三所述的一种结构紧凑的颈管组合结构的区别在于，还包括转接管13-1；供电电极13通过转接管13-1固定在室温法兰1的顶端面上。
Claims (6)
1.一种结构紧凑的颈管组合结构，其特征在于，包括室温法兰(1)、一级法兰(2)、二级法兰(3)、上波纹管(4)、下波纹管(5)、注液波纹管(6)、信号线波纹管(7)、气盒(9)、1号电馈通插座(10)、真空抽口(11)、两个供电电极(13)和两个高温超导电流引线(14)；
上波纹管(4)通过一级法兰(2)与下波纹管(5)连通，上波纹管(4)的顶端面固定有室温法兰(1)，下波纹管(5)的底端面通过二级法兰(3)与内部固定超导线圈的氦容器连通；
室温法兰(1)和一级法兰(2)通过螺杆固定连接；
气盒(9)固定在室温法兰(1)的顶端面上，气盒(9)上设有多个功能接口；
气盒(9)上设有的多个功能接口包括氦容器电馈通插座(91)、制冷剂注液口(92)、补气管(93)、爆破膜及压力表组件接口(94)、电磁阀接口(95)和压力传感器接口(96)；
注液波纹管(6)和信号线波纹管(7)固定在室温法兰(1)与二级法兰(3)之间，且注液波纹管(6)和信号线波纹管(7)均与气盒(9)连通，二级法兰(3)上设有两个通孔，且两个通孔分别与注液波纹管(6)和信号线波纹管(7)连通；
室温法兰(1)上设有真空抽口(11)，真空抽口(11)用于对上波纹管(4)的外壁、下波纹管(5)的外壁与真空容器内壁间合围成的空间进行抽真空；
1号电馈通插座(10)固定在室温法兰(1)的顶端面上，1号电馈通插座(10)用于与真空夹层中的测量元件进行电连接，所述的真空夹层为真空容器与氦容器之间形成的真空夹层，氦容器位于真空容器内部；
颈管组合结构设置在真空容器内，颈管组合结构的外壁与真空容器内壁间合围形成的空间与真空夹层相连通；
两个供电电极(13)均固定在室温法兰(1)的顶端面上，且每个供电电极(13)通过连接机构(12)与相对应的高温超导电流引线(14)的一端电极电连接，所述连接机构(12)贯穿于上波纹管(4)的侧壁；
高温超导电流引线(14)设置在上波纹管(4)与下波纹管(5)连通的空腔内，且高温超导电流引线(14)的另一端电极用于与氦容器内的超导线圈进行电连接。
2.根据权利要求1所述的一种结构紧凑的颈管组合结构，其特征在于，所述的气盒(9)为环形盒体，环形盒体的横截面为扇形，且环形盒体的内、外弧面的圆心与室温法兰(1)的圆心同心。
3.根据权利要求1所述的一种结构紧凑的颈管组合结构，其特征在于，连接机构(12)包括两个过渡连接件(12-1)、两根铜引线(12-2)和两个电连接器(12-3)；铜引线(12-2)的表面包覆绝缘材料；
两个过渡连接件(12-1)均为管状结构，管状结构的一端穿透室温法兰(1)的顶、底端面，另一端穿透上波纹管(4)侧壁，且两个过渡连接件(12-1)均固定在室温法兰(1)的底端面上；
每个铜引线(12-2)穿过一个过渡连接件(12-1)，该铜引线(12-2)的一端穿过室温法兰(1)后与一个供电电极(13)连接，另一端通过一个电连接器(12-3)与一个高温超导电流引线(14)的一端电极电连接。
4.根据权利要求1或2所述的一种结构紧凑的颈管组合结构，其特征在于，气盒(9)上还设有备用接口(97)。
5.根据权利要求3所述的一种结构紧凑的颈管组合结构，其特征在于，铜引线(12-2)为蛇形排布方式。
6.根据权利要求1所述的一种结构紧凑的颈管组合结构，其特征在于，还包括转接管(13-1)；
供电电极(13)通过转接管(13-1)固定在室温法兰(1)的顶端面上。
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| GR01 | Patent grant | ||
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