CN116183957A - 一种超导磁体间隙填充材料流速测量系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及热核聚变装置技术领域，公开了一种超导磁体间隙填充材料流速测量系统及方法，所述超导磁体间隙填充材料流速测量系统包括热压罐、注胶罐和氮气罐；所述热压罐内设有胶体流通装置，所述胶体流通装置的内部设有间隙可调节的测试腔，所述胶体流通装置的壳体上设有与所述测试腔相连通的注胶口和冒胶口；所述热压罐内还设有冒胶罐及对应所述胶体流通装置设置的摄像装置，所述注胶口、所述注胶罐及所述氮气罐依次管道连接，所述冒胶口与所述冒胶罐相连通。本发明通过设置胶体流通装置、热压罐及氮气罐，可以在特定真空度、注胶温度、注胶压力及胶体流通间隙下的对胶体流速的测量，为磁体间隙填充工艺提供参考，保证了间隙填充的胶体均匀。
Description
技术领域
本发明涉及热核聚变装置技术领域，特别是涉及一种超导磁体间隙填充材料流速测量系统及方法。
背景技术
超导磁体是磁约束核聚变装置的重要部件，其中纵向场磁体为带线圈盒的磁体。纵向场磁体制造中有关键步骤为在线圈装入线圈盒并封焊后，利用树脂与粉料的混合胶体通过线圈盒预留的注胶口注入间隙中，并通过树脂固化工艺将胶体固化，从而达到间隙填充固定线圈的作用。然而由于粉料混入树脂后改变了胶体的流动性，且因线圈与线圈盒间隙大小不一，导致胶体在不同间隙中的流速不同。若在间隙填充时给出的注胶速度不合适，将导致胶体在不同间隙中的流速产生差异造成间隙填充不均匀。因此，模拟间隙填充工况、超导磁体结构及注胶工艺特点获取合适的注胶参数，对保证注胶的均匀性显得非常重要。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种超导磁体间隙填充材料流速测量系统及方法，能够实现在特定真空度、注胶温度、注胶压力及胶体流通间隙下的对胶体流速的测量，为磁体间隙填充工艺的制定提供参考，保证间隙填充的胶体均匀。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种超导磁体间隙填充材料流速测量系统，包括热压罐、注胶罐和氮气罐；
所述热压罐内设有胶体流通装置，所述胶体流通装置的内部设有间隙可调节的测试腔，所述胶体流通装置的壳体上设有与所述测试腔相连通的注胶口和冒胶口；
所述热压罐内还设有冒胶罐及对应所述胶体流通装置设置的摄像装置，所述注胶口、所述注胶罐及所述氮气罐依次管道连接，所述冒胶口与所述冒胶罐相连通。
优选地，所述胶体流通装置相对且可拆卸连接的上压板和下底板，所述上压板上设有观察孔，所述观察孔内设有观察玻璃，所述观察玻璃远离所述下底板的表面设有长度标尺，所述观察玻璃与所述下底板之间设有密封圈，所述密封圈、所述观察玻璃及所述下底板之间构成所述测试腔，所述注胶口及所述冒胶口均设置在所述下底板上。
优选地，所述上压板和所述下底板之间位于所述密封圈的外侧设有多个限位块，所述限位块用于限定所述观察玻璃与所述下底板之间的间隙。
优选地，所述密封圈的厚度与所述限位块的厚度一一对应；
且自然状态下，所述密封圈的厚度大于所述限位块的厚度；
当所述上压板与所述下底板连接时，所述密封圈的厚度与所述限位块的厚度相同。
优选地，所述观察孔内设有承托架，所述观察玻璃支撑于所述承托架上。
优选地，所述承托架上设有加强杆，且所述加强杆的两端连接在所述上压板远离所述下底板的表面上。
优选地，所述长度标尺沿所述观察玻璃的长度方向设置，且所述长度标尺设置在所述加强杆与所述承托架之间。
优选地，
所述热压罐上设有真空阀；
所述注胶口与所述注胶罐之间通过注胶管连通，所述注胶管上设有注胶阀；
所述注胶罐上设有加料阀；
所述注胶罐与所述氮气罐之间通过加压管连通，所述加压管上设有加压阀。
一种超导磁体间隙填充材料流速测量方法，包括以下步骤：
检测系统的气密性；
将测量系统抽至负压并稳定在900-1100Pa，打开加热系统，将热压罐内的温度加热至注胶温度并保持；
向注胶罐内注入胶体；
将所述热压罐抽至负压，并稳定在50-100Pa；
开启加压阀，将压力调节至测试所需的压力并保持；
开启摄像装置；
向胶体流体装置内注胶，直至胶体流经全部测试腔；
通过摄像装置的记录影像，获得胶体流速。
优选地，利用氦质谱检漏仪利用氦质谱检漏仪对管路系统检漏，检测时将氦质谱检漏仪通过真空阀接入真空系统，开启真空阀、注胶阀，关闭加料阀及加压阀，当检测的漏率小于10-6Pa·m3/s即可。
本发明实施例的一种超导磁体间隙填充材料流速测量系统及方法，与现有技术相比，其有益效果在于：通过将胶体流通装置设置在热压罐内，胶体流通装置的内部设置间隙可调节的测试腔，从而可通过热压罐来调节间隙填充时的真空度、注胶温度以模拟磁体间隙填充时的环境工况，通过测试腔调整需测试的胶体流通间隙；同时通过设置氮气罐，并将注胶口、注胶罐及氮气罐依次管道连接，从而可通过氮气罐调节注胶压力，最后再通过摄像装置记录胶体在胶体流通装置中的流动过程，根据影像计算得到特定真空度、注胶温度、注胶压力及间隙下的胶体流速，从而实现了在特定真空度、注胶温度、注胶压力及胶体流通间隙下的对胶体流速的测量，为磁体间隙填充工艺的制定提供参考，保证了间隙填充的胶体均匀。本发明操作简单，使用效果好，易于推广使用。
附图说明
图1为超导磁体间隙填充材料流速测量系统的结构示意图
图2为胶体流通装置的结构示意图。
图3为胶体流通装置的剖面示意图。
图4为图3中A的局部放大图。
其中：100-胶体流通装置，1-上压板，2-下底板，3-观察玻璃，4-长度标尺，5-密封圈，6-测试腔，7-注胶口，8-冒胶口，9-限位块，10-承托架，11-加强杆，12-螺栓，13-热压罐，14-注胶罐，15-氮气罐，16-冒胶罐，17-摄像装置，18-真空阀，19-注胶阀，20-加料阀，21-加压阀。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
如图1所示，本发明实施例优选实施例的一种超导磁体间隙填充材料流速测量系统，包括热压罐13、注胶罐14和氮气罐15。所述氮气罐15内的氮气用于加压，所以也可以采用其他气体。
所述热压罐13内设有胶体流通装置100，所述胶体流通装置100的内部设有间隙可调节的测试腔6，所述胶体流通装置100的壳体上设有与所述测试腔6相连通的注胶口7和冒胶口8；
所述热压罐13内还设有冒胶罐16及对应所述胶体流通装置100设置的摄像装置17，所述注胶口7、所述注胶罐14及所述氮气罐15依次管道连接，所述冒胶口8与所述冒胶罐16相连通。胶体从注胶罐14流入胶体流通装置100，最后从胶体流通装置100的冒胶口8流入冒胶罐16。
基于上述技术特征的超导磁体间隙填充材料流速测量系统，通过将胶体流通装置100设置在热压罐13内，胶体流通装置100的内部设置间隙可调节的测试腔6，从而可通过热压罐来13调节间隙填充时的真空度、注胶温度以模拟磁体间隙填充时的环境工况，通过测试腔6调整需测试的胶体流通间隙；同时通过设置氮气罐15，并将注胶口7、注胶罐14及氮气罐15依次管道连接，从而可通过氮气罐15调节注胶压力，最后再通过摄像装置17记录胶体在胶体流通装置10中的流动过程，根据影像计算得到特定真空度、注胶温度、注胶压力及间隙下的胶体流速，从而实现了在特定真空度、注胶温度、注胶压力及胶体流通间隙下的对胶体流速的测量，为磁体间隙填充工艺的制定提供参考，保证了间隙填充的胶体均匀。本发明操作简单，使用效果好，易于推广使用。
请参阅附图2-4，本实施例中，所述胶体流通装置100包括相对且可拆卸连接的上压板1和下底板2，较佳地，所述上压板1与所述下底板2通过螺栓12连接，连接、拆卸方便。所述上压板1上设有观察孔，所述观察孔内设有观察玻璃3，所述观察玻璃远离3所述下底板的表面设有长度标尺4，所述观察玻璃与所述下底板2之间设有密封圈5，所述密封圈5、所述观察玻璃3及所述下底板2之间构成所述测试腔6，胶体在所述测试腔6内流动测试。所述注胶口7及所述冒胶口8均设置在所述下底板2上。较佳地，所述注胶口7和所述冒胶口8分别设置在所述下底板2的两端。通过设置密封圈5、观察玻璃3及下底板2构成测试腔6，针对不同的间隙填充材料，先通过调整相应的密封圈5获得相对应的间隙，并通过观察玻璃3上设置的长度标尺4，记录胶体稳定流动时的流动长度，从而可得到其流速，实现了根据超导磁体结构及间隙填充工艺特点测量超导磁体间隙填充材料在不同间隙下流速，保证间隙填充的胶体均匀。
较佳地，所述热压罐13内设有支架，所述胶体流通装置100及所述摄像装置17均设置在所述支架上.所述胶体流通装置100倾斜设置，所述摄像装置17正对所述观察玻璃3。
本实施例中，所述上压板1和所述下底板2之间位于所述密封圈5的外侧设有多个限位块9，所述限位块9用于限定所述观察玻璃3与所述下底板2之间的间隙。当需测量所需间隙大小的胶体流速时，选用与该间隙匹配的限位块9即可。因此，所述密封圈5的厚度与所述限位块9的厚度一一对应；且自然状态下，所述密封圈5的厚度大于所述限位块9的厚度；当所述上压板1与所述下底板2连接时，所述密封圈5的厚度与所述限位块9的厚度相同。具体地，所述限位块9的厚度为1-8毫米，在正常使用时，一般是采用1毫米、2毫米、3毫米、4毫米、5毫米及6毫米六个尺寸的限位块。
需要说明的是，所述下底板2上可以设置安装槽，所述密封圈5设置在所述安装槽内。设置了所述安装槽时，当上述所述上压板1与所述下底板2连接时，所述密封圈5的厚度与所述限位块9的厚度相同是指所述密封圈5不包括嵌设在所述安装槽内的部分高度。
本实施例中，为便于所述观察玻璃3的安装，所述观察孔内设有承托架10，所述观察玻璃3支撑于所述承托架10上。同时，为保证其强度，所述承托架10上设有加强杆11，且所述加强杆11的两端连接在所述上压板1远离所述下底板2的表面上。所述长度标尺4沿所述观察玻璃3的长度方向设置，且所述长度标尺4设置在所述加强杆11与所述承托架10之间。
本实施例中，所述密封圈5由橡胶制成，在根据需测量间隙大小的胶体流速选用好了与该间隙匹配的限位块9后，需通过氦质谱检测仪检测喷氦检测装置的气密性，检测时所述注胶口7用盲板密封，所述冒胶口8连接氦质谱检测仪，当检测的漏率小于10-6Pa·m3/s，即视为密封良好，即可进行测试。测试时拆除所述注胶口7的盲板及所述冒胶口8的氦质谱仪，连接测试系统，进行测试。测试过程中只需通过所述观察玻璃3上的长度标尺，记录胶体稳定流动时的流动长度，然后根据长度与时长之间的比例关系即可获得流速。
本实施例中，所述热压罐13上设有真空阀18；所述注胶口7与所述注胶罐14之间通过注胶管连通，所述注胶管上设有注胶阀19；所述注胶罐14上设有加料阀20；所述注胶罐14与所述氮气罐15之间通过加压管连通，所述加压管上设有加压阀21。
为解决上述技术问题，本发明还提供一种超导磁体间隙填充材料流速测量方法，包括以下步骤：
（1）检测各所述管路气密性，利用氦质谱检漏仪对管路系统检漏。将氦质谱检漏仪通过真空阀18接入真空系统，打开真空阀18、注胶阀19，关闭加料阀20及加压阀21，用真空检漏喷吹法，漏率小于10-6Pa·m3/s即可；
（2）检漏合格后，关闭氦质谱检漏仪，打开加压阀21，使测试系统压力缓慢恢复至常压，将氦质谱检漏仪拆除；
（3）打开真空阀18、注胶阀19，关闭加料阀20、加压阀21，打开真空系统，测量系统抽至负压并稳定在900-1100Pa，优选1000Pa，打开加热系统，将热压罐13内的温度加热至注胶温度并保持；
（4）打开加料阀20，使混合粉料并脱气后的胶体缓慢流入注胶罐14内，加入胶体量不小于5L；
（5）关闭加料阀20、注胶阀21，将热压罐13抽至负压并稳定在约50-100Pa，如60Pa、80Pa等；
（6）打开加压阀21，将压力调节至测试所需的压力并保持；
（7）打开摄像装置17并记录；
（8）缓慢打开注胶阀19，直至阀门全部打开；
（9）胶体通过注胶管路流入胶体流通装置100中，直至胶体流经全部间隙测试完毕，关闭注胶阀19，此时摄像装置17记录全部间隙填充过程；
（10）关闭真空系统、停止加热，通过真空阀18将热压罐13内压力缓慢恢复至常压；
（11）关闭加压阀21，通过加料阀20将注胶罐19内压力释放至常压；
（12）通过摄像装置17回放影像，通过影像记录胶体在50-100Pa真空，在此次测试注胶温度及注胶压力下，胶体稳定流动的距离l，稳定流动的时间t，则该条件下的胶体流速v=l/t。
采用上述的超导磁体间隙填充材料流速测量方法，可以实现在特定真空度、注胶温度、注胶压力及胶体流通间隙下的对胶体流速的测量，为磁体间隙填充工艺的制定提供参考，保证了间隙填充的胶体均匀。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种超导磁体间隙填充材料流速测量系统，其特征在于：包括热压罐、注胶罐和氮气罐；
所述热压罐内设有胶体流通装置，所述胶体流通装置的内部设有间隙可调节的测试腔，所述胶体流通装置的壳体上设有与所述测试腔相连通的注胶口和冒胶口；
所述热压罐内还设有冒胶罐及对应所述胶体流通装置设置的摄像装置，所述注胶口、所述注胶罐及所述氮气罐依次管道连接，所述冒胶口与所述冒胶罐相连通。
2.如权利要求1所述的超导磁体间隙填充材料流速测量系统，其特征在于：所述胶体流通装置相对且可拆卸连接的上压板和下底板，所述上压板上设有观察孔，所述观察孔内设有观察玻璃，所述观察玻璃远离所述下底板的表面设有长度标尺，所述观察玻璃与所述下底板之间设有密封圈，所述密封圈、所述观察玻璃及所述下底板之间构成所述测试腔，所述注胶口及所述冒胶口均设置在所述下底板上。
3.如权利要求2所述的超导磁体间隙填充材料流速测量系统，其特征在于：所述上压板和所述下底板之间位于所述密封圈的外侧设有多个限位块，所述限位块用于限定所述观察玻璃与所述下底板之间的间隙。
4.如权利要求3所述的超导磁体间隙填充材料流速测量系统，其特征在于：所述密封圈的厚度与所述限位块的厚度一一对应；
且自然状态下，所述密封圈的厚度大于所述限位块的厚度；
当所述上压板与所述下底板连接时，所述密封圈的厚度与所述限位块的厚度相同。
5.如权利要求2所述的超导磁体间隙填充材料流速测量系统，其特征在于：所述观察孔内设有承托架，所述观察玻璃支撑于所述承托架上。
6.如权利要求5所述的超导磁体间隙填充材料流速测量系统，其特征在于：所述承托架上设有加强杆，且所述加强杆的两端连接在所述上压板远离所述下底板的表面上。
7.如权利要求6所述的超导磁体间隙填充材料流速测量系统，其特征在于：所述长度标尺沿所述观察玻璃的长度方向设置，且所述长度标尺设置在所述加强杆与所述承托架之间。
8.如权利要求1所述的超导磁体间隙填充材料流速测量系统，其特征在于：
所述热压罐上设有真空阀；
所述注胶口与所述注胶罐之间通过注胶管连通，所述注胶管上设有注胶阀；
所述注胶罐上设有加料阀；
所述注胶罐与所述氮气罐之间通过加压管连通，所述加压管上设有加压阀。
9.一种超导磁体间隙填充材料流速测量方法，其特征在于：包括以下步骤：
检测系统的气密性；
将测量系统抽至负压并稳定在900-1100Pa，打开加热系统，将热压罐内的温度加热至注胶温度并保持；
向注胶罐内注入胶体；
将所述热压罐抽至负压，并稳定在50-100Pa；
开启加压阀，将压力调节至测试所需的压力并保持；
开启摄像装置；
向胶体流体装置内注胶，直至胶体流经全部测试腔；
通过摄像装置的记录影像，获得胶体流速。
10.如权利要求9所述的超导磁体间隙填充材料流速测量方法，其特征在于：利用氦质谱检漏仪利用氦质谱检漏仪对管路系统检漏，检测时将氦质谱检漏仪通过真空阀接入真空系统，开启真空阀、注胶阀，关闭加料阀及加压阀，当检测的漏率小于10-6Pa·m3/s即可。
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2023
- 2023-04-23 CN CN202310437305.8A patent/CN116183957A/zh active Pending
Patent Citations (7)
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