CN116864258B - 一种支撑连接结构及超导磁体 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种支撑连接结构及超导磁体，其中支撑连接结构包括：第一导热杆，下端为低温端，低温端用于连接氦槽或冷屏，第二导热杆，为空心柱状结构，第二导热杆套设在第一导热杆外部，且第一导热杆的外侧面和第二导热杆的内侧面之间存在空隙，第二导热杆的上端连接在第一导热杆的上端，第二导热杆的下端为高温端，高温端用于连接杜瓦。本申请采用折回式的结构能够在有限的空间下尽可能延长热量传导的长度，而且折回设计也会减小热量传输的面积，在确保满足连接需求的情况下，从延长导热长度和减小导热面积两个方面降低了导热量，进而降低了氦槽的热负载。

Description

一种支撑连接结构及超导磁体

技术领域

本申请涉及超导设备技术领域，特别涉及一种支撑连接结构及超导磁体。

背景技术

对于低温超导磁体，在设计中往往需要设计支撑组件，这个结构非常重要，而且不可或缺，其主要作用是用于连接杜瓦、冷屏和氦槽结构，使得三个结构处于合适的位置，避免接触。但是，连接会产生接触，而接触增加了热传导中热量从室温端通过冷屏输入氦槽的低温端，增加了氦槽的热负载，所以在设计中需要尽量减少热负载。

根据热传导公式Q(热量)＝λ(热传导系数)·A(面积)/L(长度)，要减少热量传入，从结构上需要减少传递路径的面积或增加传递路径的长度，但是对于超导磁体的结构设计，往往没有足够的空间把支撑组件设计的很长。另外由于此结构同时承担着承力作用，尤其是大型超导磁体，受力更大，因此需要足够的结构尺寸来满足需求，同时也需要考虑受力方向带来的影响。

所以对于支撑组件，必须要有合理的结构，既满足连接结构的作用，又能适合空间紧凑和受力方向的要求，同时尽可能降低室温端热量传入低温端。

发明内容

本申请实施例提供了一种支撑连接结构及超导磁体，用以解决现有技术中在有限的空间下无法在保证连接需求的情况下降低热量传输的问题。

一方面，本申请实施例提供了一种支撑连接结构，包括：

第一导热杆，下端为低温端，低温端用于连接氦槽或冷屏，

第二导热杆，为空心柱状结构，第二导热杆套设在第一导热杆外部，且第一导热杆的外侧面和第二导热杆的内侧面之间存在空隙，第二导热杆的上端连接在第一导热杆的上端，第二导热杆的下端为高温端，高温端用于连接杜瓦。

另一方面，本申请实施例还提供了一种超导磁体，包括杜瓦、冷屏和氦槽，杜瓦、冷屏和氦槽通过上述的支撑连接结构连接在一起。

本申请中的一种支撑连接结构及超导磁体，具有以下优点：

采用折回式的结构能够在有限的空间下尽可能延长热量传导的长度，而且折回设计也会减小热量传输的面积，在确保满足连接需求的情况下，从延长导热长度和减小导热面积两个方面降低了导热量，进而降低了氦槽的热负载。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的支撑连接结构的轴向截面示意图；

图2为本申请实施例提供的支撑连接结构的径向截面示意图。

附图标号说明：100-低温端，200-高温端，300-第一导热杆，400-第二导热杆，500-第三导热杆，600-第四导热杆，700-承压组件。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

图1-2为本申请实施例提供的一种支撑连接结构的结构示意图。本申请实施例提供了一种支撑连接结构，包括：

第一导热杆300，下端为低温端100，低温端100用于连接氦槽或冷屏；

第二导热杆400，为空心柱状结构，第二导热杆400套设在第一导热杆300外部，且第一导热杆300的外侧面和第二导热杆400的内侧面之间存在空隙，第二导热杆400的上端连接在第一导热杆300的上端，第二导热杆400的下端为高温端200，高温端200用于连接杜瓦。

示例性地，第一导热杆300和第二导热杆400可以采用径向截面形状相同的结构，例如第一导热杆300可以采用实心圆柱，而第二导热杆400则可以采用空心圆柱，同时第一导热杆300和第二导热杆400还需要采用具有足够的机械强度但是导热系数低的材料制成。

如图1所示，D为空间中允许的最大直径，L4为允许的最大长度，低温端100可以通过焊接或螺栓连接等方式与氦槽或冷屏连接，考虑到真空的密封可靠性，高温端200一般采用焊接的方式与杜瓦连接。由于低温端100和氦槽或冷屏连接，而高温端200与杜瓦连接，因此本申请实施例中的支撑连接结构存在两种连接形式：一是两端分别连接在氦槽和杜瓦上，二是两端分别连接在冷屏或杜瓦上，如果上述支撑连接结构的两端分别连接在氦槽和杜瓦上，则冷屏还需要连接在支撑连接结构的外侧面上，以使冷屏处在氦槽和杜瓦之间。除上述两种连接方式之外，还可以将支撑连接机构的两端分别连接在氦槽和冷屏上。

采用上述支撑连接机构后，热量从高温端200输入后，需要依次经过第二导热杆400和第一导热杆300，因此热量传输路径的长度为L0+L1，该长度接近最大长度L4的两倍。而热量传输过程中经过的截面积分别为A2和A1，即第二导热杆400和第一导热杆300的径向截面积，该面积相对于最大直径D对应的截面积也大大缩小。因此本申请不但延长了热量传输路径的长度，而且还减小了热量传输时的截面积，进一步降低了从高温端200传输至低温端100的热量。

由于上述支撑连接结构的低温端100和高温端200位于同一侧，因此适合氦槽或冷屏与杜瓦距离较近的情况。

在一种可能的实施例中，还包括：第三导热杆500，为空心柱状结构，第三导热杆500套设在第二导热杆400外部，且第二导热杆400的外侧面和第三导热杆500的内侧面之间存在空隙，第三导热杆500的下端连接在第二导热杆400的下端，高温端200位于第三导热杆500的上端。

示例性地，第三导热杆500也可以采用具有足够的机械强度但是导热系数低的材料制成。

采用上述支撑连接机构后，热量从高温端200输入后，需要依次经过第三导热杆500、第二导热杆400和第一导热杆300，因此热量传输路径的长度为L0+L1+L2，该长度接近最大长度L4的三倍。而热量传输过程中经过的截面积分别为A3、A2和A1，即第三导热杆500、第二导热杆400和第一导热杆300的径向截面积，该面积相对于最大直径D对应的截面积也大大缩小。

由于上述支撑连接结构的低温端100和高温端200位于两侧，因此适合氦槽或冷屏与杜瓦距离较远的情况。

在一种可能的实施例中，还包括：第四导热杆600，为空心柱状结构，第四导热杆600套设在第三导热杆500外部，且第三导热杆500的外侧面和第四导热杆600的内侧面之间存在空隙，第四导热杆600的上端连接在第三导热杆500的上端，高温端200位于第四导热杆600的下端。

示例性地，第四导热杆600也可以采用具有足够的机械强度但是导热系数低的材料制成。

采用上述支撑连接机构后，热量从高温端200输入后，需要依次经过第四导热杆600、第三导热杆500、第二导热杆400和第一导热杆300，因此热量传输路径的长度为L0+L1+L2+L3，该长度接近最大长度L4的四倍。而热量传输过程中经过的截面积分别为A4、A3、A2和A1，即第四导热杆600、第三导热杆500、第二导热杆400和第一导热杆300的径向截面积，该面积相对于最大直径D对应的截面积也大大缩小。

由于上述支撑连接结构的低温端100和高温端200位于同一侧，因此适合氦槽或冷屏与杜瓦距离较近的情况。

进一步地，第四导热杆600的上端通过承压组件700与第三导热杆500的上端连接。该承压组件700包括承压球头和承压槽，承压球头设置在第三导热杆500的外顶面上，承压槽设置在第四导热杆600的内顶面上，承压槽与承压球头匹配，承压球头压在承压槽中，承压槽的截面为半圆弧或劣弧。采用承压槽和承压球头配合的方式，不但可以使支撑连接结构承受压力，还可调节由于装配误差和受力方向偏差带来的影响。此状态下，当收到拉力时，承压槽和承压球头可以脱离开，保护支撑连接结构因为拉力而变形甚至损坏。

本申请实施例还提供了一种超导磁体，该超导磁体包括杜瓦、冷屏和氦槽，杜瓦、冷屏和氦槽通过上述的一种支撑连接结构连接在一起。

示例性地，除杜瓦冷屏和氦槽之外，超导磁体还可以包括其他组件，例如制冷机、超导电源等。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (2)

1.一种支撑连接结构，其特征在于，包括：

第一导热杆(300)，下端为低温端(100)，所述低温端(100)用于连接氦槽或冷屏；

第二导热杆(400)，为空心柱状结构，所述第二导热杆(400)套设在所述第一导热杆(300)外部，且所述第一导热杆(300)的外侧面和第二导热杆(400)的内侧面之间存在空隙，所述第二导热杆(400)的上端连接在所述第一导热杆(300)的上端，所述第二导热杆(400)的下端为高温端(200)，所述高温端(200)用于连接杜瓦；

第三导热杆(500)，为空心柱状结构，所述第三导热杆(500)套设在所述第二导热杆(400)外部，且所述第二导热杆(400)的外侧面和第三导热杆(500)的内侧面之间存在空隙，所述第三导热杆(500)的下端连接在所述第二导热杆(400)的下端，所述高温端(200)位于所述第三导热杆(500)的上端；

第四导热杆(600)，为空心柱状结构，所述第四导热杆(600)套设在所述第三导热杆(500)外部，且所述第三导热杆(500)的外侧面和第四导热杆(600)的内侧面之间存在空隙，所述第四导热杆(600)的上端连接在所述第三导热杆(500)的上端，所述高温端(200)位于所述第四导热杆(600)的下端；

所述第四导热杆(600)的上端通过承压组件(700)与所述第三导热杆(500)的上端连接；

所述承压组件(700)包括承压球头和承压槽，所述承压球头设置在所述第三导热杆(500)的外顶面上，所述承压槽设置在所述第四导热杆(600)的内顶面上，所述承压槽与所述承压球头匹配，所述承压球头压在所述承压槽中；

所述承压槽的截面为半圆弧或劣弧。

2.一种超导磁体，其特征在于，包括杜瓦、冷屏和氦槽，所述杜瓦、冷屏和氦槽通过权利要求1所述的一种支撑连接结构连接在一起。