CN110379559A - 集束缆线短样制备装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种集束缆线短样制备装置，包括型材架、活动型材杆、转动装置、端连接板以及锥头，其中：所述活动型材杆设置在所述型材架上，并通过角定位块调节在所述型材架上的角度；所述端连接板和转动装置均设置在活动型材杆上，并能够沿活动型材杆轴向方向调节；转动装置固定中心件的一端；中心件的另一端置于端连接板上，并能够相对端连接板转动；锥头分别固定在中心件的两端，用于固定、引导超导带材。本发明设计了一种集束缆线短样制备装置，减小了纤细脆弱的超导带材弯折或过度紧绷的风险，提高了手工绕制集束缆线的良品率和效率，并为进一步实现集束缆线的精准连续化制备提供了思路和参考依据。

Description

集束缆线短样制备装置
技术领域
本发明涉及集束线缆领域，具体地，涉及一种集束缆线短样制备装置。
背景技术
近年来，超导材料因其无直流电阻损耗和高传导电流密度的特性，成为了电力设备领域的研究热点，相关应用发展迅速，如超导电缆、超导储能、超导变压器、超导限流器、超导电机等。但是超导带材在应用过程中不可避免会受到不同程度的外界磁场的干扰，其临界电流会相应衰减，并产生额外的交流损耗。载流能力的减弱降低了超导带材的实用性，而交流损耗的存在会导致设备发热加重系统制冷负担，进而影响电力设备的稳定性。因此减小外界磁场对超导带材的影响是超导应用研究最重要的内容之一，针对此问题业界提出了多种不同的超导线材的结构以优化超导带材表面磁场分布。其中，D.C.van der Laan等人于2013年提出的集束缆线(Conductor on Round Core，简称为CORC)，具有优秀的弯曲特性，结构设计自由度大，载流能力和机械强度亦得到了显著提高，理论上能较好地适用于实际的电力设备。
制备集束缆线需要将第二代高温超导带材以给定的入射角、截距和张力绕制于中心管棒上，以固定不同层的超导带材之间的相对位置。但超导带材本身纤细脆弱，简易的手工绕制过程易导致带材弯折或过度紧绷而损坏，良品率低下，因而要制备大量集束缆线短样并测试其交流损耗等特性以评估不同结构的集束缆线的性能，需要设计一套可实现定位和张力控制的集束缆线短样制备平台。本发明提出了一套集束缆线短样制备装置，可以控制超导带材的入射角、截距和张力，从而提高手工绕制CORC的良品率和可靠性。
经过检索发现，目前尚没有集束缆线短样制备装置的相关设计，亦无公开的专利和文献。仅有部分类似的文献，其主要内容如下：
文献：Tim Mulder,et al.Design and Manufacturing of a 45kA at 10 TREBCO-CORC Cable-in-Conduit Conductor for Large-Scale Magnets[J],IEEETransactions on Applied Superconductivity,Vol.26,No.4.June 2016.该文献中作者介绍了由六根集束缆线绕制于中心铜管上形成的CICC线材的制备流程，并在10T的外界磁场下测试了其临界工程电流密度。但本文未提及集束缆线短样的制备过程及其装置。
文献：Jeremy D Weiss,et al.Introduction of CORC@wires:highly flexible,round high-temperature superconducting wires for magnet and powertransmission applications[J],Superconductor Science and Technology,30(2017),014002.该文献中作者基于2-3mm宽的超导带材制备了弯曲半径3.5-10cm的集束缆线样品，并在10T的外界磁场下测试了其临界工程电流密度，一定程度上验证了集束缆线的高灵活性及其于紧凑型超导磁体设计中的实用价值。但本文未提及集束缆线短样的制备过程及其装置。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种集束缆线短样制备装置。
根据本发明提供的一种集束缆线短样制备装置，包括型材架、活动型材杆、转动装置、端连接板以及锥头，其中：
所述活动型材杆设置在所述型材架上，并通过角定位块调节在所述型材架上的角度；
所述端连接板和转动装置均设置在活动型材杆上，并能够沿活动型材杆轴向方向调节；
转动装置固定中心件的一端；中心件的另一端置于端连接板上，并能够相对端连接板转动；
锥头分别固定在中心件的两端，用于固定、引导超导带材。
优选地，所述型材架包括竖直型材架和水平型材架，其中：
所述活动型材杆分别设置在竖直型材架和水平型材架上，所述活动型材杆通过调整在竖直型材架和水平型材架的连接位置来调整倾斜角度。
优选地，所述活动型材杆沿轴向方向上设置有导轨槽，所述转动装置、端连接板均设置在所述导轨槽内，并能够沿导轨槽运动。
优选地，所述转动装置包括连接板、限位件、转轴以及把手，其中：
连接板设置在所述活动型材架上；
限位件、转轴以及把手设置在连接板上，把手连接转轴，带动转轴转动，限位件设置在转轴上，并固定中心件的一端。
优选地，所述端连接板一端设置有多个凹槽，所述多个凹槽的槽宽不同；
端连接板另一端通过连接件连接至所述活动型材杆上。
优选地，端连接板另一端设置有多个限位孔，端连接板通过限位孔调节与活动型材杆之间的距离。
优选地，还包括辅助块，所述辅助块设置在转动装置和端连接板之间的活动型材杆上，所述辅助块能够支撑所述中心件。
优选地，所述椎头的锥面上分布有多个螺孔。
优选地，还包括超导带材，所述超导带材的两端焊接有引线，其中一端的引线固定在所述螺孔内，另一端的引线焊接为环状，用于悬挂砝码。
优选地，所述中心件包括中心管棒或柔性软线。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明设计了一种集束缆线短样制备装置，通过设计型材架调节活动型材杆的倾斜角，实现带材的不同角度的绕制；
2、本发明通过设置锥头控制超导带材以不同的入射角进行绕制；
3、本发明通过在活动型材杆上开设导轨槽，通过导轨槽调节端连接板和转动装置的相对距离，实现对不同长度中心件的适用；通过在端连接板上设置不同宽度的卡槽，实现对不同宽度中心件的适用。
4、本发明在超导带材的端部焊接环形引线，有助于对超导带材提供张力；
5、本发明通过设置活动辅助块，起到支撑作用，防止中心管棒或柔性软线自然下垂，以保持给定的入射角和截距。
6、本发明减小了纤细脆弱的超导带材弯折或过度紧绷的风险，提高了手工绕制集束缆线的良品率和效率，并为进一步实现集束缆线的精准连续化制备提供了思路和参考依据。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为集束缆线短样制备装置的结构示意图。
图2为焊接引线的超导带材的结构示意图。
图3为型材架的结构示意图。
图4为型材杆的截面示意图。
图5为锥头的结构示意图。
图6为连轴块和卡环示意图。
图7为端连接板的结构示意图。
图8为辅助块支撑件的结构示意图。
图中示出：
型材架 1
竖直型材架 101
水平型材架 102
活动型材杆 2
转动装置 3
连接板 301
限位件 302
转轴 303
把手 304
辅助块 4
端连接板 5
凹槽 501
限位孔 502
锥头 6
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图1至图8所示，根据本发明提供的一种集束缆线短样制备装置，包括型材架1、活动型材杆2、转动装置3、端连接板5以及锥头6，型材架1是由多根截面方形的型材杆组成的支撑结构，型材杆四面于轴向方向均刻有梯形凹槽501作为导轨槽。活动型材杆2设置在所述型材架1上，并通过角定位块调节在所述型材架1上的角度；端连接板5和转动装置3均设置在活动型材杆2上，并能够沿活动型材杆2轴向方向调节；转动装置3固定中心管棒或柔性软线的一端；中心件的另一端置于端连接板5上，并能够相对端连接板5转动；锥头6分别固定在中心件的两端，用于固定、引导超导带材。活动型材杆2两端通过角定位块分别固定于水平型材架102和竖直型材架101上，通过在导轨槽中移动角定位块，可实现集束缆线的入射角控制功能。
进一步的，所述转动装置3包括连接板301、限位件302、转轴303以及把手304，连接板301设置在活动型材架1上；限位件302、转轴303以及把手304设置在连接板301上，把手304连接转轴303，带动转轴303转动，限位件302设置在转轴303上，并固定中心管棒或柔性软线的一端。所述限位件302可以是连轴块和卡环，连轴块和卡环为半圆形固定于转轴303上。
更为具体地，端连接板5一端设置有多个凹槽501，多个凹槽501的槽宽不同；可根据中心管棒或柔性软线的尺寸调节位置，以实现定位功能，确保中心管棒或柔性软线在垂直方向上平行于型材架1。端连接板5另一端通过连接件连接至活动型材杆2上。端连接板5另一端设置有多个限位孔502，端连接板5通过限位孔502调节与活动型材杆2之间的距离。
更进一步地，本发明还包括辅助块4，所述辅助块4设置在转动装置3和端连接板5之间的活动型材杆2上，起支撑作用，托起中心管棒或柔性软线，防止其自然下垂，以保持给定的入射角和截距。
本发明中的锥头6形如圆锥体。两个锥头6固定于中心管棒的两端，用于固定和引导超导带材。锥头6上环绕12个间距相同的螺孔。将超导带材一端固定于上锥头6的不同螺孔上，可控制超导带材以不同的入射角绕制于中心管棒上。绕制完成后，将带材的另一端固定于下锥头6对应位置的螺孔上，可取下砝码，保证张力不变。
本发明中的超导带材为第二代高温超导带材，预先在超导带材两端与引线焊接相连，引线为与超导带材同宽的紫铜引线，超导带材一端的引线焊接成环状，以悬挂砝码，用于实现张力控制的功能。
本发明的工作流程如下：首先对高温超导带材进行处理，预先将超导带材与引线焊接相连。引线为与超导带材同宽的紫铜引线，超导带材一端的引线焊接成环状，如图2所示，以悬挂砝码，用于实现张力控制的功能。
接着根据所需制备集束缆线短样的参数调节制备装置。在如图3所示的型材架1上，通过在导轨中移动角定位块以改变该型材杆的位置，实现设定集束缆线入射角的功能，型材杆截面导轨如图4所示。
然后将集束缆线中心管棒或柔性软线固定于型材杆上。其中，首先将锥头6固定于中心管棒或柔性软线的两端，以用于后续固定超导带材，锥头6形如圆锥体，如图5所示。然后使用连轴块和卡环将中心管棒或柔性软线下端固定于转轴303内，连轴块和卡环如图6所示。中心管棒或柔性软线上端通过端连接板5固定，如图7所示，端连接板5上有多孔卡槽，可根据中心管棒或柔性软线的尺寸调节位置，以实现定位功能，确保中心管棒或柔性软线在垂直方向上平行于型材架1。最后，通过导轨上活动的辅助块4支撑中心管棒或柔性软线，如图8所示，防止管棒或软线自然下垂，以维持设定的入射角和相同的截距。
接着将焊接引线的超导带材非环状引线一端固定于上锥头6的螺孔上。每个锥头6各有间距相同的12个螺孔，可控制超导带材以不同的入射角绕制于中心管棒上。根据设定的张力，我们在带材环状引线一端悬挂相应重量的砝码，使带材竖直垂落，与中心管棒或柔性软线之间夹角为入射角，并与管棒贴合，实现入射角和张力控制功能。
最后转动把手304旋转转轴303，并带动中心管棒或柔性软线旋转，使带材以给定的入射角、截距和张力绕制在管棒上。待绕制完成后，可将带材的另一端固定于下锥头6对应位置的螺孔上，使张力不变。为保护超导带材，带材绕制结束后在集束缆线的外侧绕制一层绝缘胶带，完成集束缆线短样的制备。
本发明设计了一套基于第二代高温超导带材的集束缆线短样制备装置，其优点在于，该装置可对绕制集束缆线过程中的超导带材进行定位和张力控制，使超导带材以给定的入射角、截距和张力绕制于中心管棒上，从而减小纤细脆弱的超导带材弯折或过度紧绷的风险，提高了手工绕制集束缆线的良品率和效率，并为进一步实现集束缆线的精准连续化制备提供了思路和参考依据。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种集束缆线短样制备装置，其特征在于，包括型材架、活动型材杆、转动装置、端连接板以及锥头，其中：
所述活动型材杆设置在所述型材架上，并通过角定位块调节在所述型材架上的角度；
所述端连接板和转动装置均设置在活动型材杆上，并能够沿活动型材杆轴向方向调节；
转动装置固定中心件的一端；中心件的另一端置于端连接板上，并能够相对端连接板转动；
锥头分别固定在中心件的两端，用于固定、引导超导带材。
2.根据权利要求1所述的集束缆线短样制备装置，其特征在于，所述型材架包括竖直型材架和水平型材架，其中：
所述活动型材杆分别设置在竖直型材架和水平型材架上，所述活动型材杆通过调整在竖直型材架和水平型材架的连接位置来调整倾斜角度。
3.根据权利要求1所述的集束缆线短样制备装置，其特征在于，所述活动型材杆沿轴向方向上设置有导轨槽，所述转动装置、端连接板均设置在所述导轨槽内，并能够沿导轨槽运动。
4.根据权利要求1所述的集束缆线短样制备装置，其特征在于，所述转动装置包括连接板、限位件、转轴以及把手，其中：
连接板设置在所述活动型材架上；
限位件、转轴以及把手设置在连接板上，把手连接转轴，带动转轴转动，限位件设置在转轴上，并固定中心件的一端。
5.根据权利要求1所述的集束缆线短样制备装置，其特征在于，
所述端连接板一端设置有多个凹槽，所述多个凹槽的槽宽不同；
端连接板另一端通过连接件连接至所述活动型材杆上。
6.根据权利要求5所述的集束缆线短样制备装置，其特征在于，端连接板另一端设置有多个限位孔，端连接板通过限位孔调节与活动型材杆之间的距离。
7.根据权利要求1所述的集束缆线短样制备装置，其特征在于，还包括辅助块，所述辅助块设置在转动装置和端连接板之间的活动型材杆上，所述辅助块能够支撑所述中心件。
8.根据权利要求1所述的集束缆线短样制备装置，其特征在于，所述椎头的锥面上分布有多个螺孔。
9.根据权利要求8所述的集束缆线短样制备装置，其特征在于，还包括超导带材，所述超导带材的两端焊接有引线，其中一端的引线固定在所述螺孔内，另一端的引线焊接为环状，用于悬挂砝码。
10.根据权利要求1所述的集束缆线短样制备装置，其特征在于，所述中心件包括中心管棒或柔性软线。
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