CN110719681A - 一种用于回旋加速器高频水冷接口的真空密封装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种用于回旋加速器高频水冷的真空密封装置，包括上下两层，上层为水冷密封组件、下层为真空密封组件；上层的水冷密封组件和下层的真空密封组件上还分别布设有各自的多个入水孔和多个出水孔；上层水冷密封组件和下层真空密封组件之间还设有连接上下两层入水孔和出水孔的水冷接头：其特征在于：该水冷密封组件和真空密封组件相配合，实现将上层水冷密封组件的一路进水分配给下层真空密封组件的多路进水、将下层真空密封组件的多路出水合并为上层水冷密封组件的一路出水。本发明不仅减少了一道密封，而且由于改进后的密封面积大，能够彻底解决漏孔的问题，有效降低的维护成本和安装成功。
Description
技术领域
本发明属于回旋加速器技术领域，尤其涉及一种用于回旋加速器高频水冷接口的真空密封装置。
背景技术
回旋加速器是一种粒子加速器，其核心结构是磁场系统和射频(RF)系统，在磁场和电场的共同作用下，使带电粒子做回旋运动，并以高频电场对回旋运动的带电粒子进行反复加速的装置。为防止带电粒子运动中与其他原子碰撞损失能量，需为其提供高真空下的运行条件，高真空下的运行条件包括对加速器主真空室进行真空密封。
回旋加速器高频水冷的真空密封装置布设在加速器主真空室顶部或者底部、也称作加速器主真空室的磁铁盖板。该磁铁盖板对下要实现加速器主真空室的真空密封、对上要实现对于水冷管的水冷密封。
现有技术回旋加速器磁铁盖板的真空密封存在以下问题：由于磁铁盖板的通孔尺寸有限，且水冷接口和信号接口较多，因此目前真空密封装置的真空密封大多采用的是环抱的密封式结构。环抱式密封结构如图2a所示，环抱式密封圈需要实现内外两层密封：对内密封圈要和水接头密封将水接头紧紧抱住，对外密封圈还要和法兰密封。在实际的应用中，这种环抱式的两层密封经常会出现漏孔，影响加速器的主真空，同时由于接口结构紧凑，在检漏过程中，不易发现漏孔位置。
现有技术回旋加速器磁铁盖板的水冷密封存在以下问题：由于工程需求，布设在磁铁盖板以下的真空室内的水冷管需要8个之多，同样布设在盖板以上的水管也需要8个之多，8根水管相对于2根水管不仅漏水几率增大，还使得磁铁盖板以上的水管布设空间非常拥挤，给后期维护和安装造成很大困难，因此，大幅度减小磁铁盖板以上水管布设空间是当务之急。
现有技术的回旋加速器磁铁盖板还存在满足工程需求和满足缩小水管布设空间相矛盾的问题。由于磁铁盖板只有一层，无法同时满足盖板以下需要布设多条水管的工程需求、盖板以上则需要尽量减少水管布设数量的需求，对于只有一层盖板的情况，盖板以上和盖板以下的水管数量都是相同的。
发明内容
本发明针对现有技术存在的问题，提出一种用于回旋加速器高频水冷接口的真空密封装置，目的在于解决回旋加速器的水冷接口与主真空室的密封困难和检漏困难的难题、以及解决水冷密封层的漏水几率大和体积大的问题、以及解决工程需求和缩小安装空间需求相矛盾的问题。
本发明为解决其技术问题提出以下技术方案：
一种用于回旋加速器高频水冷的真空密封装置，包括上下两层，上层为水冷密封组件、下层为真空密封组件；上层的水冷密封组件和下层的真空密封组件上还分别布设有各自的多个入水孔和多个出水孔；上层水冷密封组件和下层真空密封组件之间还设有连接上下两层入水孔和出水孔的水冷接头：其特征在于：该水冷密封组件和真空密封组件相配合，实现将上层水冷密封组件的一路进水分配给下层真空密封组件的多路进水、将下层真空密封组件的多路出水合并为上层水冷密封组件的一路出水。
所述水冷密封组件包括水冷盲板2-1，该水冷盲板2-1上布设有上、下两层入水孔和出水孔：上层设有贯通到下层的一个进水孔2-5和一个出水孔2-6，下层设有十字布设的四个入水孔2-7和十字布设的四个出水孔2-7、以及四个入水孔中间的十字型水道2-8和四个出水孔中间的十字形水冷通道2-8，十字形水冷通道2-8可以实现将水冷盲板2-1上层的一路进水分配给水冷盲板2-1 下层的四路进水、或者将水冷盲板2-1下层的四路出水合并水冷盲板2-1为上层的一路出水。
所述上层的水冷密封组件还包括压环2-2、V型密封圈2-3、8字密封圈2-4，通过挤压▽压环实现V型密封圈2-3与水冷接头3外圆和真空盲板1-3的水冷接头3孔的内圆接触，达到水密封；所述8字密封圈2-4配合水冷盲板2-1实现4路进水、4路出水的相互隔离。
所述真空密封组件1包括真空盲板1-1，该真空盲板1-1的上端面为水冷密封端面、下端面为真空密封端面；该上端面用于真空盲板与水冷接头的真空密封；该下端面用于真空盲板1-1与主磁铁真空室的真空密封。
所述真空密封组件1还包括压紧螺母1-2、O型密封圈1-3、水冷接头3，该水冷接头3包括焊接水冷管段3-1、密封槽3-2、小盲板3-3、螺纹水冷管段 3-4；该小盲板3-3焊接在螺纹水冷管段3-4的周围、该压紧螺母1-2用于环绕在焊接水冷管段3-1上并通过单个锁紧螺母实现对水冷接头3与真空盲板1-3 的真空密封；该O型密封圈1-3布设在小盲板3-3上端面周圈凹陷密封槽3-2 内，该真空盲板1-1通过小盲板3-3的密封槽3-2、O型密封圈1-3与主磁铁真空室的真空密封。
所述真空盲板1-1的真空密封端面上布设有8个水冷管通孔1-4和8个水冷接头3；该8个水冷管通孔1-4分为两组，分别和水冷密封组件1下层的4 个入水孔和4个出水孔相配合、还分别与8个水冷接头3相配合，实现将所述水冷盲板2-1的一路进水分配给所述真空盲板1-1的四路进水、将所述真空盲板1-1的四路出水合并为所述水冷盲板2-1的一路出水。
所述小盲板密封槽3-2为顶部开口、三面密封的方形密封槽3-2，该方形密封槽3-2周向凹陷布设于小盲板的上端面、且小盲板3-3上端面和真空盲板 1-1的下端面为螺栓连接，从而实现真空密封组件1对于主磁铁真空室的密封。
本发明的优点效果
1、本发明将现有技术的回旋加速器真空密封装置进行改造：采用本发明的上下两层盲板代替一层盲板、并在上层盲板上设有从少量水管到多根水管、从多量水管到少量水管的过渡：具体为在上层水冷密封盲板细分为两层入水管道和出水管到道，实现了从1路入水到多路入水、多路出水到1如出水的过渡，从而使得上层水冷密封盲板与真空密封盲板完美地对接，解决了下层工程需求和上层缩小体积相矛盾的问题，取得了一举两得、互不影响、相互独立又相互支持的预料不到的效果；同时，由于上层盲板的水管数量减少了四分之三，使得漏水的几率也减少了四分之三，节约了施工成本和工时。
2、本发明将环形密封轨道改进为密封槽顶部的一字型密封轨道、将环抱式密封的点接触密封改进为卧槽式密封的面接触密封，不仅减少了一道密封，而且由于改进后的密封面积大，能够彻底解决漏孔的问题，有效降低的维护成本和安装成功。
附图说明
图1为高频水冷、真空密封结构剖面示意图；
图2a为现有技术回旋加速器磁铁盖板环抱式密封结构示意图；
图2b为图1中B放大图：即单个高频水冷真空密封结构剖面放大示意图；
图3为水冷接头的结构示意图；
图4为真空盲板结构示意图；
图5为水冷盲板结构示意图；
图6为本发明测量装置应用效果示意图；
图中：1水冷密封组件；2真空密封组件；3水冷接头；
1-1真空盲板；1-2锁紧螺母；1-3 O型密封圈；1-4：水冷管通孔；
2-1.：水冷盲板；2-2.：▽压环；2-3：V型密封圈；2-4：8字密封圈；2-5：进水孔；2-6：出水孔；2-7：水冷管盲孔；2-8：十字形水冷通道；
3-1.螺纹水冷管段；3-2.密封槽；3-3小盲板；3-4焊接水冷管段；
4：回旋加速器主真空室；4-1：水管。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做出进一步解释。
本发明设计原理
1、真空盲板和水冷盲板相结合的设计原理：设计初衷是解决磁铁盖板以下的主真空室需要8根水管、但是磁铁盖板以上的8根管子使得磁铁盖板以上空间不足的矛盾。如果只采用一个真空盲板则不能解决盖板以上空间不足的矛盾。因此本发明设计上下两层盲板，上层的水冷盲板又分为上下两层，第一层只有2个水孔，第二层有8个水孔和将8个水孔分为两组、每4个为一组，每组中间的1个入水孔或1个出水孔，第二层一共10个水孔；第二层还在每一组水孔设有4条水道，水道的一端通向4个孔，另一端汇集到每组中心的入水孔或出水孔上。由此解决了磁铁盖板以上空间不足但磁铁盖板以下8 根管子不能减少的矛盾。
2、真空密封的设计原理。和现有技术相比，区别一：本发明密封槽嵌入到小盲板(法兰)中，密封槽3-2形状为两侧和底部的三面封闭，顶部开口，因此为一层密封，相比现有技术图2a，密封圈的内侧需要和水接头密封、密封圈的外侧需要和法兰倒角密封，因此现有技术是两层密封；区别二：现有技术法兰倒角和密封圈的接触为点接触，同时其密封圈和水接头的接触也是点接触，和本发明相比，现有技术不仅需要两层密封而且两层密封都是点接触密封，而本发明是面接触密封，即：小盲板的上表面和法兰盲板下表面是面对面的接触密封且将密封槽包囊其中，面对面的接触密封且不仅将密封槽全部盖住且将其周围也密封，使得密封效果更加稳固。因此本发明的密封效果远远高于环抱式密封的效果。
基于以上发明原理，本发明设计了一种用于回旋加速器高频水冷的真空密封装置。
一种用于回旋加速器高频水冷的真空密封装置如图1所示，包括上下两层，上层为水冷密封组件2、下层为真空密封组件1；上层的水冷密封组件1和下层的真空密封组件2上还分别布设有各自的多个入水孔和多个出水孔；上层水冷密封组件和下层真空密封组件之间还设有连接上下两层入水孔和出水孔的水冷接头：其特点：该水冷密封组件1和真空密封组件2相配合，实现将上层水冷密封组件的一路进水分配给下层真空密封组件的多路进水、将下层真空密封组件的多路出水合并为上层水冷密封组件的一路出水。
如图1所示，所述水冷密封组件包括水冷盲板2-1，该水冷盲板2-1上布设有上、下两层入水孔和出水孔：上层设有贯通到下层的一个进水孔2-5和一个出水孔2-6，下层设有十字布设的四个入水孔2-7和十字布设的四个出水孔2-7、以及四个入水孔中间的十字型水道2-8和四个出水孔中间的十字形水冷通道 2-8，十字形水冷通道可以实现将水冷盲板2-1上层的一路进水分配给水冷盲板2-1下层的四路进水、或者将水冷盲板2-1下层的四路出水合并水冷盲板2-1 为上层的一路出水。
所述上层的水冷密封组件1还包括压环2-2、V型密封圈2-3、8字密封圈 2-4，通过挤压▽压环实现V型密封圈2-3与水冷接头3外圆和真空盲板1-3 的水冷接头3孔的内圆接触，达到水密封；所述8字密封圈2-4配合水冷盲板 2-1实现4路进水、4路出水的相互隔离。
所述真空密封组件1包括真空盲板1-1，该真空盲板1-1的上端面为水冷密封端面、下端面为真空密封端面；该上端面用于真空盲板与水冷接头的真空密封；该下端面用于真空盲板1-1与主磁铁真空室的真空密封。
所述真空密封组件1还包括压紧螺母1-2、O型密封圈1-3、水冷接头3，该水冷接头3包括焊接水冷管段3-1、密封槽3-2、小盲板3-3、螺纹水冷管段 3-4；该小盲板3-3焊接在螺纹水冷管段3-4的周围、该压紧螺母1-2用于环绕在焊接水冷管段3-1上并通过单个锁紧螺母实现对水冷接头3与真空盲板1-3 的真空密封；该O型密封圈1-3布设在小盲板3-3上端面周圈凹陷密封槽3-2 内，该真空盲板1-1通过小盲板3-3的密封槽3-2、O型密封圈1-3与主磁铁真空室的真空密封。
所述真空盲板1-1的真空密封端面上布设有8个水冷管通孔1-4和8个水冷接头3；该8个水冷管通孔1-4分为两组，分别和水冷密封组件1下层的4 个入水孔和4个出水孔相配合、还分别与8个水冷接头3相配合，实现将所述水冷盲板2-1的一路进水分配给所述真空盲板1-1的四路进水、将所述真空盲板1-1的四路出水合并为所述水冷盲板2-1的一路出水。
所述小盲板密封槽3-2为顶部开口、三面密封的方形密封槽3-2，该方形密封槽3-2周向凹陷布设于小盲板的上端面、且小盲板3-3上端面和真空盲板 1-1的下端面通过锁紧螺母1-2连接，从而实现真空密封组件1对于主磁铁真空室的密封。
补充说明：
如图3所示，小盲板3-3和螺纹水冷管段3-1外壁焊接在一起，锁紧螺母带动螺纹水冷管段3-1和小盲板3-3沿着螺纹向上移动，直到小盲板3-3的上端面和真空盲板的下端面紧配合为止。
实施例一
如图6所示为本发明测量装置布设于加速器主真空室的效果图。水冷密封盲板第一层入水管的水从入水孔2-5流向下层的十字形水道2-8、再沿着十字形水道2-8流向与其连接的水冷密封盲板第二层的四个入水孔2-7，然后再从水孔2-7流向真空密封盲板的4个入水孔1-4、从真空盲板4个入水孔1-4 进入的的四路入水管4-1进入加速器主真空室4，再沿着四路出水管4-1将四路出水从水接头向上引出、通过水冷密封盲板4个出水孔和十字形水道合并到2-6的出水孔。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种用于回旋加速器高频水冷的真空密封装置，包括上下两层，上层为水冷密封组件、下层为真空密封组件；上层的水冷密封组件和下层的真空密封组件上还分别布设有各自的多个入水孔和多个出水孔；上层水冷密封组件和下层真空密封组件之间还设有连接上下两层入水孔和出水孔的水冷接头：其特征在于：该水冷密封组件和真空密封组件相配合，实现将上层水冷密封组件的一路进水分配给下层真空密封组件的多路进水、将下层真空密封组件的多路出水合并为上层水冷密封组件的一路出水。
2.根据权利要求书1所述一种用于回旋加速器高频水冷的真空密封装置，其特征在于：所述水冷密封组件包括水冷盲板2-1，该水冷盲板2-1上布设有上、下两层入水孔和出水孔：上层设有贯通到下层的一个进水孔2-5和一个出水孔2-6，下层设有十字布设的四个入水孔2-7和十字布设的四个出水孔2-7、以及四个入水孔中间的十字型水道2-8和四个出水孔中间的十字形水冷通道2-8，十字形水冷通道2-8可以实现将水冷盲板2-1上层的一路进水分配给水冷盲板2-1下层的四路进水、或者将水冷盲板2-1下层的四路出水合并水冷盲板2-1为上层的一路出水。
3.根据权利要求书1所述一种用于回旋加速器高频水冷的真空密封装置，其特征在于：所述上层的水冷密封组件还包括压环2-2、V型密封圈2-3、8字密封圈2-4，通过挤压▽压环实现V型密封圈2-3与水冷接头3外圆和真空盲板1-3的水冷接头3孔的内圆接触，达到水密封；所述8字密封圈2-4配合水冷盲板2-1实现4路进水、4路出水的相互隔离。
4.根据权利要求书1所述一种用于回旋加速器高频水冷的真空密封装置，其特征在于：所述真空密封组件1包括真空盲板1-1，该真空盲板1-1的上端面为水冷密封端面、下端面为真空密封端面；该上端面用于真空盲板与水冷接头的真空密封；该下端面用于真空盲板1-1与主磁铁真空室的真空密封。
5.根据权利要求书1所述一种用于回旋加速器高频水冷的真空密封装置，其特征在于：所述真空密封组件1还包括压紧螺母1-2、O型密封圈1-3、水冷接头3，该水冷接头3包括焊接水冷管段3-1、密封槽3-2、小盲板3-3、螺纹水冷管段3-4；该小盲板3-3焊接在螺纹水冷管段3-4的周围、该压紧螺母1-2用于环绕在焊接水冷管段3-1上并通过单个锁紧螺母实现对水冷接头3与真空盲板1-3的真空密封；该O型密封圈1-3布设在小盲板3-3上端面周圈凹陷密封槽3-2内，该真空盲板1-1通过小盲板3-3的密封槽3-2、O型密封圈1-3与主磁铁真空室的真空密封。
6.根据权利要求书4所述一种用于回旋加速器高频水冷的真空密封装置，其特征在于：所述真空盲板1-1的真空密封端面上布设有8个水冷管通孔1-4和8个水冷接头3；该8个水冷管通孔1-4分为两组，分别和水冷密封组件1下层的4个入水孔和4个出水孔相配合、还分别与8个水冷接头3相配合，实现将所述水冷盲板2-1的一路进水分配给所述真空盲板1-1的四路进水、将所述真空盲板1-1的四路出水合并为所述水冷盲板2-1的一路出水。
7.根据权利要求书5所述一种用于回旋加速器高频水冷的真空密封装置，其特征在于：所述小盲板密封槽3-2为顶部开口、三面密封的方形密封槽3-2，该方形密封槽3-2周向凹陷布设于小盲板的上端面、且小盲板3-3上端面和真空盲板1-1的下端面为螺栓连接，从而实现真空密封组件1对于主磁铁真空室的密封。
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