CN115621040B - 一种超导磁体线圈氦进出管的绝缘修复结构及修复方法 - Google Patents

一种超导磁体线圈氦进出管的绝缘修复结构及修复方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种超导磁体线圈氦进出管的绝缘修复结构及修复方法，涉及线圈绝缘处理领域。绝缘修复结构包括氦管和包裹设置于氦管外表面的原绝缘层，氦管位于修复部位包绕设置有高强玻璃丝带，高强玻璃丝带与原绝缘层的外表面齐平，高强玻璃丝带外包绕设置有GK复合带，GK复合带的两端延伸出高强玻璃丝带且位于原绝缘层外表面，GK复合带由高强玻璃丝带和聚酰亚胺复合而成。本申请使用湿法树脂材料进行湿包绕并加热固化的方法完成绝缘修复，适用于工作在真空、低温环境下超导线圈中氦进出管的绝缘修复，在聚变堆超导线圈绝缘修复领域具有较好的应用价值，且结构简单，操作简便，保证绝缘强度及尺寸上的要求。

Description

一种超导磁体线圈氦进出管的绝缘修复结构及修复方法
技术领域
本发明涉及线圈绝缘处理领域，尤其涉及一种超导磁体线圈氦进出管的绝缘修复结构及修复方法。
背景技术
热核聚变能未来将作为一种清洁可持续能源为人类提供取之不尽，用之不竭的能量。为实现这一目标，国际热核聚变试验堆（ITER）将在未来十年内建成并实验。而作为为聚变提供高温等离子体约束的超导线圈的制造将是该计划极其重要的组成部分。由于超导线圈工作在非常苛刻的环境下，所以线圈的绝缘必须满足在复杂机械、电磁和热应力载荷下的电气绝缘性能要求。为保证氦进出管的绝缘性能，需要对其进行绝缘处理。但是在绝缘处理完成后，经过电学性能测试出现氦进出管的放电问题，则需要进行绝缘的修复，目前针对超导磁体线圈的氦进出管的绝缘修复方法上仍无现成经验可循。
发明内容
本发明提供了一种超导磁体线圈氦进出管的绝缘修复结构及修复方法，以提高超导磁体线圈的氦进出管的绝缘修复效果。
为了解决上述技术问题，本发明目的之一提供了一种超导磁体线圈氦进出管的绝缘修复结构，包括氦管和包裹设置于氦管外表面的原绝缘层，所述氦管位于修复部位的原绝缘层经研磨去除，所述氦管位于修复部位包绕设置有高强玻璃丝带，所述高强玻璃丝带与原绝缘层的外表面齐平，所述高强玻璃丝带外包绕设置有GK复合带，所述GK复合带的两端延伸出高强玻璃丝带且位于原绝缘层外表面，所述GK复合带由高强玻璃丝带和聚酰亚胺复合而成。
作为优选方案，所述氦管修复部位的长度与GK复合带的长度比小于1：2.5，该GK复合带包绕的长度有助于增强其绝缘强度及爬电距离。
作为优选方案，所述原绝缘层位于氦管修复部位的断面呈锥面设置。
作为优选方案，所述GK复合带的端部呈锥面设置。
作为优选方案，所述高强玻璃丝带宽20mm、厚0.01，所述GK复合带由25mm宽、0.25mm厚的高强玻璃丝带和21mm宽、0.05mm厚的聚酰亚胺复合而成。
为了解决上述技术问题，本发明目的之二提供了一种超导磁体线圈氦进出管的绝缘修复方法，包括以下步骤：
1）将氦管修复部位打磨去除原绝缘层，准备湿法树脂浸渍高强玻璃丝带，表面浸透并且除去富余的湿法树脂，将浸渍好的高强玻璃丝带在需要修复的部位包绕至与原绝缘层齐平；
2）准备湿法树脂浸渍GK复合带，表面浸透并且除去富余的湿法树脂，将浸渍好的GK复合带在高强玻璃丝带外表面进行包绕，GK复合带的两端延伸至原绝缘层外表面，使用聚四氟乙烯薄膜包绕在GK复合带表面以便于脱模；
3）使用硅橡胶条包绕在聚四氟乙烯薄膜外表面，使用高强玻璃丝带包绕在硅橡胶条外表面；
4）进行加热固化程序，固化后去除硅橡胶条和聚四氟乙烯薄膜，完成绝缘修复。
通过采用上述方案，步骤（1）的高强玻璃丝带将缺陷的部位填充完整，使得与原绝缘层的高度基本接近，让整个绝缘层形成一个平整的外形，减少褶皱带来的绝缘缺陷，利用步骤（2）的GK复合带修复缺陷处的绝缘强度，GK复合带具有玻璃丝带起到的增强力学性能和聚酰亚胺带起到的电绝缘性能；利用步骤（3）的硅橡胶条在加热固化过程中给膨胀的GK复合带层提供压力，步骤（3）的高强玻璃丝带在硅橡胶条外部包绕，其目的是为了固定硅橡胶条，使得在加热固化过程硅橡胶条膨胀时，向内施加压力到GK复合带绝缘层。
作为优选方案，在步骤（1）、（2）中，所述湿法树脂包括质量比为4：1的环氧树脂和脂肪族胺固化剂。
作为优选方案，在步骤（2）中，GK复合带按50%叠包包绕9-12层，每层起点包绕位置和终点结束位置相对于上一层后退5mm左右。
作为优选方案，在步骤（3）中，聚四氟乙烯薄膜包绕1-3层，高强玻璃丝带50%叠包包绕3-5层。
作为优选方案，在步骤（4）中，加热固化程序为：升温速率5℃/h、55-65℃加热保温3-5h，75-85℃加热保温5-7h。
相比于现有技术，本发明实施例具有如下有益效果：
本申请使用湿法树脂材料进行湿包绕并加热固化的方法完成绝缘包绕及树脂固化，适用于工作在真空、低温环境下超导线圈中氦进出管的绝缘修复，在聚变堆超导线圈绝缘修复完成后氦进出管绝缘修复领域具有较好的应用价值，且本申请的结构简单，操作简便，保证绝缘强度及尺寸上的要求。
附图说明
图1 ：为本发明实施例一中一种超导磁体线圈氦进出管未修复前的剖面结构示意图；
图2：为为本发明实施例一中一种超导磁体线圈氦进出的绝缘修复厚的剖面结构示意图；
其中，说明书附图的附图标记如下：1、导体；2、氦管；3、原绝缘层；4、高强玻璃丝带；5、GK复合带。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
一种超导磁体线圈氦进出管的绝缘修复结构，包括连接设置于导体1的氦管2，氦管2的外表面包裹设置有原绝缘层3，氦管2的修复部位经打磨处理去除原绝缘层3，位于氦管2修复部位的原绝缘层3断面研磨形成锥面。氦管2的修复部位包绕设置有20mm宽、0.01mm厚的高强玻璃丝带4，高强玻璃丝带4与氦管2上的原绝缘层3外表面齐平。氦管2位于修复部位且位于高强玻璃丝带4外侧包绕设置有GK复合带5，GK复合带5由25mm宽、0.25mm厚的高强玻璃丝带和21mm宽、0.05mm厚的Kapton复合而成。GK复合带5的两端均延伸出高强玻璃丝带4且位于原绝缘层3外侧，GK复合带5的两端断面包绕形成锥面，GK复合带5层的厚度为6mm。
上述一种超导磁体线圈氦进出管的绝缘修复结构的修复方法，包括以下步骤：
1）将氦管需要修复的部位打磨去除原绝缘层，准备湿法树脂浸渍高强玻璃丝带，表面浸透并且除去富余的湿法树脂，将浸渍好的20mm宽、0.01mm厚的高强玻璃丝带在需要修复的部位包绕至与原绝缘层齐平；
2）准备湿法树脂浸渍GK复合带，表面浸透并且除去富余的湿法树脂，将浸渍好的GK复合带在修复部位的高强玻璃丝带外表面进行50%叠包包绕，其包绕的长度大于250mm，重复包绕9层，每层起点包绕位置和终点结束位置相对于上一层后退5mm左右，GK复合带的两端延伸至原绝缘层外表面，使用21mm宽、0.25mm厚的聚四氟乙烯薄膜包绕在GK复合带表面以便于脱模；
3）使用30mm宽、3mm厚的硅橡胶条包绕在聚四氟乙烯薄膜外表面，包绕2层；
4）使用25mm、0.25mm厚高强玻璃丝带包绕在硅橡胶条外表面，50%叠包包绕4层；
5）进行加热固化程序，升温速率5℃/h、60℃加热保温4h，80℃加热保温6h，固化后去除硅橡胶条和聚四氟乙烯薄膜，完成绝缘修复。
其中，氦管直径为21.3*2mm，修复部位长度约100mm左右，原绝缘层厚度约6mm，湿法树脂包括质量比为4：1的双酚A型环氧树脂和脂肪族胺固化剂，脂肪族胺固化剂为三亚乙基四胺。
Paschen测试步骤为：将超导线圈的氦管放入到大型真空罐中，使用多台真空机组泵进行抽真空，使其在真空度1Pa、10Pa、100Pa、1000Pa、10000Pa进行Paschen测试。
低温处理步骤：按照降温速率<10℃/h，各个部位温差不超过50℃，从室温降低到80K，然后按照降温速率<10℃/h，从80K升温到室温，各个部位温差不超过50℃。
在整个超导线圈完成氦管原绝缘层处理后，对其进行30kV直流耐压测试，电阻为4080MΩ电阻大于500MΩ满足要求，但是在Paschen测试结果远超过测试设备100μA保护漏电流，说明存在放电问题，需要进行绝缘修复。
通过高电压测试来检测氦管绝缘修复后的效果：直流耐压测试：测试30kV，漏电流5.7μA，电阻5280MΩ；Paschen测试：测试电压15kV，最大漏电流1.8μA，在10Pa,100Pa量级下，远小于20μA。采用低温处理绝缘修复后的氦管，再进行直流耐压测试和Paschen测试，直流耐压测试：测试30kV，漏电流4.85μA，电阻6190MΩ；Paschen测试：测试电压15kV，最大漏电流4.0μA，在1Pa量级下，远小于20μA。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，应当理解，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围。特别指出，对于本领域技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种超导磁体线圈氦进出管的绝缘修复结构的绝缘修复方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）将氦管修复部位打磨去除原绝缘层，准备湿法树脂浸渍高强玻璃丝带，表面浸透并且除去富余的湿法树脂，将浸渍好的高强玻璃丝带在需要修复的部位包绕至与原绝缘层齐平；
2）准备湿法树脂浸渍GK复合带，表面浸透并且除去富余的湿法树脂，将浸渍好的GK复合带在高强玻璃丝带外表面进行包绕，GK复合带的两端延伸至原绝缘层外表面，使用聚四氟乙烯薄膜包绕在GK复合带表面以便于脱模；
3）使用硅橡胶条包绕在聚四氟乙烯薄膜外表面，使用高强玻璃丝带包绕在硅橡胶条外表面；
4）进行加热固化程序，固化后去除硅橡胶条和聚四氟乙烯薄膜，完成绝缘修复。
2.如权利要求1所述的一种超导磁体线圈氦进出管的绝缘修复结构的绝缘修复方法，其特征在于，绝缘修复结构包括氦管(2)和包裹设置于氦管(2)外表面的原绝缘层(3)，所述氦管(2)位于修复部位的原绝缘层(3)经研磨去除，所述氦管(2)位于修复部位包绕设置有高强玻璃丝带(4)，所述高强玻璃丝带(4)与原绝缘层(3)的外表面齐平，所述高强玻璃丝带(4)外包绕设置有GK复合带(5)，所述GK复合带(5)的两端延伸出高强玻璃丝带(4)且位于原绝缘层(3)外表面，所述GK复合带(5)由高强玻璃丝带和聚酰亚胺复合而成。
3.如权利要求2所述的一种超导磁体线圈氦进出管的绝缘修复结构的绝缘修复方法，其特征在于，所述氦管(2)修复部位的长度与GK复合带(5)的长度比小于1：2.5。
4.如权利要求1所述的一种超导磁体线圈氦进出管的绝缘修复结构的绝缘修复方法，其特征在于，所述原绝缘层(3)位于氦管(2)修复部位的断面呈锥面设置。
5.如权利要求1所述的一种超导磁体线圈氦进出管的绝缘修复结构的绝缘修复方法，其特征在于，所述GK复合带(5)的端部呈锥面设置。
6.如权利要求1所述的一种超导磁体线圈氦进出管的绝缘修复结构的绝缘修复方法，其特征在于，所述高强玻璃丝带(4)宽20mm、厚0.01，所述GK复合带(5)由25mm宽、0.25mm厚的高强玻璃丝带和21mm宽、0.05mm厚的聚酰亚胺复合而成。
7.如权利要求1所述的一种超导磁体线圈氦进出管的绝缘修复方法，其特征在于，在步骤（1）、（2）中，所述湿法树脂包括质量比为4：1的环氧树脂和脂肪族胺固化剂。
8.如权利要求1所述的一种超导磁体线圈氦进出管的绝缘修复方法，其特征在于，在步骤（2）中，GK复合带按50%叠包包绕9-12层，每层起点包绕位置和终点结束位置相对于上一层后退5mm左右。
9.如权利要求1所述的一种超导磁体线圈氦进出管的绝缘修复方法，其特征在于，在步骤（3）中，聚四氟乙烯薄膜包绕1-3层，高强玻璃丝带50%叠包包绕3-5层。
10.如权利要求1所述的一种超导磁体线圈氦进出管的绝缘修复方法，其特征在于，在步骤（4）中，加热固化程序为：升温速率5℃/h、55-65℃加热保温3-5h，75-85℃加热保温5-7h。
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