CN113990652A - 一种用于核聚变超导线圈绕制的导体放送系统及放送方法 - Google Patents

一种用于核聚变超导线圈绕制的导体放送系统及放送方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于核聚变超导线圈绕制的导体放送系统及放送方法，包括导体放送筒、回转机构、支撑底座、支撑辊轮组件、预校直机构、自由导体支撑及动力驱动系统等。逆时针盘绕的铠装超导导体安装在导体放送筒并从内侧沿径向支撑，导体重力由螺旋分布的滚轮组件承担；导体放送筒通过回转机构安装在支撑底座上；在回转机构作用下，铠装超导导体沿支撑辊轮组件顺时针放出，待放导体在重力作用下继续下落；放出的导体通过所述预校直机进行预校直处理，并经过自由导体支撑后进入线圈绕制生产线下一个工位；所述动力驱动系统为预校直驱动轮和回转机构提供同步驱动控制；所述螺旋放送机构具有结构简单，安装方便、安全性高、可靠性强等优点。

Description

一种用于核聚变超导线圈绕制的导体放送系统及放送方法
技术领域
本发明涉及大型超导磁体制造领域，具体涉及一种用于核聚变超导线圈绕制的导体放送系统及放送方法。
背景技术
随着科学技术的发展，超导磁体在核聚变领域的应用得到了空前的发展。中国的EAST、日本的JT-60SA、韩国的K-STAR全超导托卡马克，国际热核聚变实验堆(ITER)等装置都采用大型超导磁体来控制和约束等离子体位形。铠装超导导体以其独特的结构形式在核聚变领域得到广泛的应用，其外部铠甲为不锈钢材料，内部为超导电缆，导体交付状态为单层逆时针螺旋盘绕结构。为了保持导体弯曲方向的一致性，避免超导电缆因反向弯曲可能造成的损伤，线圈绕制时往往将导体竖直安装并沿顺时针从底部放出。导体放送系统需要安装在地坑内，放送前必须人工对导体进行逐层分匝，将导体重量由放送筒分层承担。线圈绕制过程中，随着导体不断从底部放出，放送筒需根据导体放送速度同步竖直向下移动。该方案虽然被广泛应用，但存在开挖地坑、放送前花费大量时间对导体进行分层处理、放送筒需具备竖直移动功能等诸多问题，生产效率低、制造成本高。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术上的不足，开发一种全新的可用于核聚变超导线圈绕制的导体放送系统及放送方法。
本发明的技术方案为：一种用于核聚变超导线圈绕制的导体放送系统，该系统放置于地面上，无需开挖地坑，该系统包括：
导体放送筒，用于安装螺旋绕制的铠装超导导体；
支撑底座，导体放送筒通过回转机构转动式安装在支撑底座上；
支撑辊轮组件，沿圆周方向分布在所述支撑底座周围，支撑辊轮组件作用于螺旋绕制的铠装超导导体底部，在支撑辊轮组件的旋转导向作用下逐匝放出导体；
预校直机构，用于对放出的导体进行预校直处理；
自由导体支撑，预校直后的导体经过自由导体支撑进入绕制生产线的校直机构；
动力驱动系统组件，与预校直驱动轮和回转机构连接并提供动力驱动。
进一步的，所述导体放送筒包括多套圆周均布的环形限位夹板、多套与环形限位夹板活动连接的竖直顶杆、作用于竖直顶杆上的径向顶杆，径向顶杆推动竖直顶杆水平运动，用以调节限位夹板与竖直顶杆之间的间隙，限位夹板抵住螺旋绕制的铠装超导导体外侧面，竖直顶杆抵住螺旋绕制的铠装超导导体内侧面。
进一步的，所述环形限位夹板与竖直顶杆相对的侧面设置有滑移板，滑移板与铠装超导导体滑动接触；所述滑移板采用聚四氟乙烯材料制造。
进一步的，所述竖直顶杆沿螺旋绕制的铠装超导导体的圆周方向均匀分布；所述回转机构为内齿型回转支承。
进一步的，所述支撑底座外圆侧放置有多套螺旋放送机构支架，螺旋放送机构支架的上端安装所述支撑辊轮组件，所述多套支撑辊轮组件沿支撑底座的圆周方向分布，所述每个支撑辊轮组件包括一个或多个螺旋支撑辊轮、1个径向限位滚轮和1个内径限位滚轮，螺旋支撑辊轮用于承载铠装超导导体的重量，径向限位滚轮用于限制所述铠装超导导体的最下若干层导体，内径限位滚轮用于限制所述铠装超导导体的内侧面。
进一步的，所述螺旋支撑辊轮沿圆周方向呈螺旋分布，该支撑辊轮分布螺距通过轮高调整机构进行调节。
进一步的，所述预校直机构包括预校直机架，预校直机架上安装有预校直压下轮、预校直固定轮和预校直驱动轮，预校直压下轮用于控制预校直半径，预校直固定轮用于限制导体内径，预校直驱动轮用于驱动导体沿导体放送筒切线方向运动。
进一步的，所述动力驱动系统主要包含回转机构驱动电机、导体预校直机构驱动电机；回转机构驱动电机系统用于驱回转机构旋转；导体预校直机构驱动电机包含驱动轮电机和压下轮电机，驱动轮电机为铠装超导导体引出提供牵引力，压下轮电机用于控制预校直压下轮的位置实现对导体预校直半径的控制。动力驱动系统为预校直驱动轮和回转机构提供同步驱动控制，动力驱动系统驱动预校直驱动轮和回转机构同步运动。
进一步的，在绕制生产线导体校直机构和导体放送系统预校直机构之间预留了一段自由导体，自由导体支撑上安装有位置传感器对自由导体的弧度进行检测和反馈。
进一步的，自由导体支撑采用自由导体支撑辊轮组支撑预校直后的铠装超导导体，并将导体顺利引入绕制生产线下一个工位。
根据本发明的另一方面，提出一种利用前述放送系统的导体放送方法，包括如下步骤：
步骤1.将交付的导体安装到导体放送筒中，安装放送筒外侧环形限位夹板并对导体进行夹紧处理；
步骤2.回转机构带动放送筒依照设定的线速度旋转放出导体；
步骤3.预校直机构对放出的导体进行预弯曲处理；
步骤4.为补偿绕制生产线导体校直机构和导体放送系统预校直机构之间的运动不同步，在绕制生产线导体校直机构和导体放送系统预校直机构之间预留了一段自由导体，自由导体支撑上安装有位置传感器对自由导体的弧度进行检测和反馈；
步骤5.当绕制生产线导体校直机构和导体放送系统预校直机构之间的运动不同步超过一定的设定阈值时，绕制生产线自动控制系统将报警并停机；
步骤6.一旦出现停机现象，在单机运行模式下，通过调整导体放送系统对不同步进行补偿；
步骤7.导体放送系统在工作时导体从下端以恒定高度放出，其它导体随着当前放送匝的导体放出后在重力作用下同步下降；
步骤8.完成放送和预校直的导体，正式进入线圈绕制生产线下一个工位。
有益效果：
本发明的一种用于核聚变超导线圈绕制的导体放送系统的实施，具有如下优点：所述螺旋导体放送系统无需对厂房进行基建改造即可投入使用，螺旋放送机构上辊轮呈螺旋布置，导体以恒定高度螺旋放出；所述导体放送机构无需对导体进行分层，放送机构不再有高度升降功能，简化了放送机构的结构；所述放送机构预校直驱动轮与回转机构同步运动，极大程度减小了放送过程对导体的偏心力，提高了放送系统的整体安全性。所述螺旋放送机构具有结构简单，安装方便、安全性高、可靠性强等优点。
附图说明
图1为本发明所述的一种用于核聚变超导线圈绕制的导体放送系统的工作状态设计详图；
图2为本发明所述一种用于核聚变超导线圈绕制的导体放送系统的铠装超导导体交付图；
图3为本发明所述一种用于核聚变超导线圈绕制的导体放送系统的放送系统底部装配详图；
图4为本发明所述一种用于核聚变超导线圈绕制的导体放送系统的支撑底座及回转机构装配详图；
图5为本发明所述一种用于核聚变超导线圈绕制的导体放送系统的支撑辊轮组件详图；
图6为本发明所述一种用于核聚变超导线圈绕制的导体放送系统的导体放送筒详图；
图7为本发明所述一种用于核聚变超导线圈绕制的导体放送系统的导体预校直详图；
图8为本发明所述一种用于核聚变超导线圈绕制的导体放送系统的自由导体支撑详图。
上述附图中：1.导体放送筒；2.回转机构；3.支撑底座；4.支撑辊轮组件；5.预校直机构；6.自由导体支撑；7.动力驱动系统；8.铠装超导导体；9.螺旋放送机构支架；10.径向限位滚轮；11.螺旋支撑辊轮；12.内径限位滚轮；13.螺旋支撑辊轮高度调节机构；14.导体放送筒内支架；15.环形限位夹板；16.聚四氟顶紧滑移板；17.导体放送筒底座；18.水平伸缩的径向顶杆；19.导体预校直压下轮减速器；20.导体预校直机构驱动轮减速器；21.预校直压下轮；22.预校直固定轮；23.预校直驱动轮；24.移动导轨；25.预校直机架；26.自由导体支撑架；27.自由导体支撑辊轮组。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。
本发明提供一种用于核聚变超导线圈绕制的导体放送系统，包括导体放送筒1、回转机构2、支撑底座3、支撑辊轮组件4、预校直机构5、自由导体支撑6及动力驱动系统7组件。电缆厂家交付的逆时针盘绕的铠装超导导体。如图1所示，在本实施方式中，所述铠装超导导体8安装在所述导体放送筒1上，所述导体放送筒1通过所述导体放送筒底座17安装在所述回转机构2上，导体重力主要由所述支撑辊轮组件4承担，所述支撑辊轮组件4共计10组，沿圆周方向分布在所述支撑底座3周围；
通过所述导体放送筒1的水平伸缩的径向顶杆18通过推动与其连接的竖直顶杆将所述铠装超导导体8内部撑紧，所述导体放送筒1水平伸缩的径向顶杆18的外侧，所述聚四氟顶紧滑移板16安装在所述环形限位夹板15和竖直顶杆上，用以实现超导导体在重力作用下，沿高度方向向下滑移；
所述回转机构2安装在所述支撑底座3上，所述回转支撑动力驱动系统7安装在所述支撑底座3上，采用伺服电机驱动所述回转机构2；所述支撑底座3采用调整垫铁调平、化学螺栓固定的方式安装在厂房内。
所述支撑辊轮组件4共10套，安装在所述支撑底座3周围，所述螺旋支撑辊轮11安装在所述螺旋放送机构支架9上，呈螺旋分布，并可以通过所述螺旋支撑辊轮高度调节机构13进行螺旋高度调节，所述螺旋支撑辊轮11用于承载所述铠装超导导体8；所述径向限位滚轮10用于限制所述铠装超导导体8最下3层导体，所述内径限位滚轮12用于限制所述铠装超导导体8内径尺寸；所述铠装超导导体8在所述回转机构2的作用下沿顺时针方向旋转，铠装超导导体在支撑辊轮组件4的旋转导向作用下逐匝放出；
预校直压下轮21与预校直固定轮22和预校直驱动轮23形成三辊校直机构，并安装在所述预校直机架25上；放出的铠装超导导体通过导体预校直压下轮减速器19推动导体预校压下轮21沿移动导轨24前后运动，实现对导体进行压下，预校直驱动轮23在导体预校直机构驱动轮减速器20的作用下驱动导体向前运动，所述回转机构2旋转的线速度与所述预校直驱动滚轮23的转动线速度通过动力驱动系统7进行联动控制；导体经所述预校直机构5预校直后通过自由导体支撑6承载并进入线圈绕制生产线下一个工位；所述动力驱动系统为预校直驱动轮和回转机构提供精确的同步驱动控制。
较优选的，所述导体放送筒1为碳钢焊接圆柱形结构，其外侧设置8个可水平伸缩的竖直顶杆，竖直顶杆最外侧安装聚四氟乙烯板作为润滑材料。实现对铠装超导导体内直径方向支撑并随所述回转机构2进行转动，将铠装超导导体的不断放出；待放的铠装超导导体在重力作用下可自由下落到支撑辊轮组件4上。导体放送筒1的外侧设置环形限位夹板15，环形限位夹板15内侧安装聚四氟乙烯顶紧滑移板16，并通过多边形结构进行连接以防止导体散落。
较优选的，所述回转机构2采用工业界成熟的内齿回转支撑作为回转体，导体放送筒1内支架安装在回转机构2上，内齿回转支撑的使用确保旋转游隙较小，有利于电机驱动回转机构放送时，系统的稳定可靠运行。
较优选的，所述支撑底座3为焊接结构件，用来安装回转机构2、导体放送筒1、动力驱动系统7以及部分铠装超导导体的重量。
较优选的，所述支撑辊轮组件4共有10组，沿支撑底座3外侧安装，单个支撑辊轮组件4上安装2个螺旋支撑辊轮11，且所有支撑辊轮组件4安装完成后，螺旋支撑辊轮11沿圆周方向呈螺旋分布，分布螺距为1匝导体的尺寸，该螺距可根据不同铠装超导导体的具体尺寸进行调节。支撑辊轮组件的外侧设置径向限位滚轮10，限制最下3层铠装超导导体位置，确保铠装超导导体沿预设方向放出。
较优选的，所述预校直机构5分布在支撑底座3的外侧，预校直机构5采用三辊校直原理，分为预校直压下轮21、预校直固定轮22和预校直驱动轮23；预校直驱动轮23的作用是为导体提供牵引力，可通过调整预校直压下轮21的压下量实现对导体校直半径的控制。
较优选的，所述自由导体支撑6采用自由导体支撑辊轮组27支撑预校直后的铠装超导导体，并将导体顺利引入绕制生产线下一个工位。
较优选的，所述动力驱动系统7主要包含回转机构驱动电机、导体预校直机构驱动电机；回转机构驱动电机系统用于驱回转机构2旋转；导体预校直机构驱动电机包含驱动轮电机和压下轮电机，驱动轮电机为铠装超导导体8引出提供牵引力，压下轮电机用于控制预校直压下轮21的位置实现对导体预校直半径的控制，动力驱动系统7的核心是：为预校直驱动轮和回转机构提供同步驱动控制。
根据本发明的另一个实施例，提出一种用于核聚变超导线圈绕制的导体放送方法，依次包括以下步骤：，
1.将交付的导体安装到导体放送筒中，安装放送筒外侧环形限位夹板并对导体进行夹紧处理；
2.回转机构带动放送筒依照设定的线速度旋转放出导体；
3.预校直机构对放出的导体进行预弯曲处理，预弯曲后的导体半径为3500mm；
4.为补偿绕制生产线导体校直机构和导体放送系统预校直机构之间的运动不同步，在绕制生产线导体校直机构和导体放送系统预校直机构之间预留了一段自由导体，自由导体支撑上安装有位置传感器对自由导体的弧度进行检测和反馈；
5.当绕制生产线导体校直机构和导体放送系统预校直机构之间的运动不同步超过一定的设定阈值时，绕制生产线自动控制系统将报警并停机；
6.一旦出现停机现象，可在单机运行模式下，通过调整导体放送系统对不同步进行补偿；
7.导体放送系统在工作时导体从下端以恒定高度放出，其它导体随着当前放送匝的导体放出后在重力作用下同步下降；
8.完成放送和预校直的导体，正式进入线圈绕制生产线下一个工位。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于核聚变超导线圈绕制的导体放送系统，其特征在于，该系统放置于地面上，无需开挖地坑，该系统包括：
导体放送筒，用于安装螺旋绕制的铠装超导导体；
支撑底座，导体放送筒通过回转机构转动式安装在支撑底座上；
支撑辊轮组件，沿圆周方向分布在所述支撑底座周围，支撑辊轮组件作用于螺旋绕制的铠装超导导体底部，在支撑辊轮组件的旋转导向作用下逐匝放出导体；
预校直机构，用于对放出的导体进行预校直处理；
自由导体支撑，预校直后的导体经过自由导体支撑进入绕制生产线的校直机构；
动力驱动系统组件，与预校直驱动轮和回转机构连接并提供动力驱动。
2.根据权利要求1所述的一种用于核聚变超导线圈绕制的导体放送系统，其特征在于，所述导体放送筒包括多套圆周均布的环形限位夹板、多套与环形限位夹板活动连接的竖直顶杆、作用于竖直顶杆上的径向顶杆，径向顶杆推动竖直顶杆水平运动，用以调节限位夹板与竖直顶杆之间的间隙，限位夹板抵住螺旋绕制的铠装超导导体外侧面，竖直顶杆抵住螺旋绕制的铠装超导导体内侧面；所述环形限位夹板与竖直顶杆相对的侧面设置有滑移板，滑移板与铠装超导导体滑动接触；所述滑移板采用聚四氟乙烯材料制造。
3.根据权利要求2所述的一种用于核聚变超导线圈绕制的导体放送系统，其特征在于，所述竖直顶杆沿螺旋绕制的铠装超导导体的圆周方向均匀分布；所述回转机构为内齿型回转支承。
4.根据权利要求1所述的一种用于核聚变超导线圈绕制的导体放送系统，其特征在于，所述支撑底座外圆侧放置有多套螺旋放送机构支架，螺旋放送机构支架的上端安装所述支撑辊轮组件，所述多套支撑辊轮组件沿支撑底座的圆周方向分布，所述每个支撑辊轮组件包括一个或多个螺旋支撑辊轮、1个径向限位滚轮和1个内径限位滚轮，螺旋支撑辊轮用于承载铠装超导导体的重量，径向限位滚轮用于限制所述铠装超导导体的最下若干层导体，内径限位滚轮用于限制所述铠装超导导体的内侧面。
5.根据权利要求1所述的一种用于核聚变超导线圈绕制的导体放送系统，其特征在于，所述螺旋支撑辊轮沿圆周方向呈螺旋分布，该支撑辊轮分布螺距通过轮高调整机构进行调节。
6.根据权利要求1所述的一种用于核聚变超导线圈绕制的导体放送系统，其特征在于，所述预校直机构包括预校直机架，预校直机架上安装有预校直压下轮、预校直固定轮和预校直驱动轮，预校直压下轮用于控制预校直半径，预校直固定轮用于限制导体内径，预校直驱动轮用于驱动导体沿导体放送筒切线方向运动。
7.根据权利要求1所述的一种用于核聚变超导线圈绕制的导体放送系统，其特征在于，所述动力驱动系统主要包含回转机构驱动电机、导体预校直机构驱动电机；回转机构驱动电机系统用于驱回转机构旋转；导体预校直机构驱动电机包含驱动轮电机和压下轮电机，驱动轮电机为铠装超导导体引出提供牵引力，压下轮电机用于控制预校直压下轮的位置实现对导体预校直半径的控制。动力驱动系统为预校直驱动轮和回转机构提供同步驱动控制，动力驱动系统驱动预校直驱动轮和回转机构同步运动。
8.根据权利要求1所述的一种用于核聚变超导线圈绕制的导体放送系统，其特征在于，在绕制生产线导体校直机构和导体放送系统预校直机构之间预留了一段自由导体，自由导体支撑上安装有位置传感器对自由导体的弧度进行检测和反馈。
9.根据权利要求1所述的一种用于核聚变超导线圈绕制的导体放送系统，其特征在于，自由导体支撑采用自由导体支撑辊轮组支撑预校直后的铠装超导导体，并将导体顺利引入绕制生产线下一个工位。
10.一种利用权利要求1-9之一所述放送系统的导体放送方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1.将交付的导体安装到导体放送筒中，安装放送筒外侧环形限位夹板并对导体进行夹紧处理；
步骤2.回转机构带动放送筒依照设定的线速度旋转放出导体；
步骤3.预校直机构对放出的导体进行预弯曲处理；
步骤4.为补偿绕制生产线导体校直机构和导体放送系统预校直机构之间的运动不同步，在绕制生产线导体校直机构和导体放送系统预校直机构之间预留了一段自由导体，自由导体支撑上安装有位置传感器对自由导体的弧度进行检测和反馈；
步骤5.当绕制生产线导体校直机构和导体放送系统预校直机构之间的运动不同步超过一定的设定阈值时，绕制生产线自动控制系统将报警并停机；
步骤6.一旦出现停机现象，在单机运行模式下，通过调整导体放送系统对不同步进行补偿；
步骤7.导体放送系统在工作时导体从下端以恒定高度放出，其它导体随着当前放送匝的导体放出后在重力作用下同步下降；
步骤8.完成放送和预校直的导体，正式进入线圈绕制生产线下一个工位。
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