CN117894547A - 一种高场下内插高温超导线圈支撑结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种高场下内插高温超导密绕线圈支撑结构，包括顶端法兰、隔热件、长拉杆、固定块、过渡法兰、柔性拉杆组件、密绕线圈。密绕线圈由外部线圈绕组和内部线圈绕组组成，两个线圈绕组套装组成密绕线圈。外部线圈绕组和内部线圈绕组通过绕组骨架连接为整体，绕组骨架通过柔性拉杆组件连接到过渡法兰，长拉杆下端连接过渡法兰，上端依次连接固定块、隔热泡沫和顶端法兰。密绕线圈在高背景磁场下受到电磁力影响，内插高温超导密绕线圈支撑结构的柔性拉杆组件采用双向可压缩拉杆结构设计，通过柔性组件结构来避免密绕线圈承受较大电磁力而产生不可逆的损伤。
Description
技术领域
本发明属于超导磁体领域，尤其是全超导强磁体领域，具体涉及一种高场下内插高温超导线圈支撑结构。
背景技术
稳态强磁场是前沿科学研究所需的一种十分重要的手段。随着超导应用技术的不断发展，高场超导磁体已经广泛应用于生物医学、科学研究和电力能源等领域，如磁共振成像、核磁共振波谱仪、大型粒子加速器、磁约束受控核聚变实验装置、超导磁储能装置等，对物理、化学、材料、生命科学等多学科的发展起到了巨大的推动作用。
随着科学的发展，对强磁场技术提出了更高的要求。产生强磁场的磁体装置可分为3种类型：水冷磁体(又称电阻性磁体，resistive magnet)、超导磁体(superconductingmagnet)和混合磁体(hybrid magnet)。水冷磁体，又称电阻性磁体，是用有电阻的导体制成的螺线管磁体，由于存在电阻，所以在通入大电流时会产生巨大热量，需要用高速流动的去离子水进行冷却，因此被称为水冷磁体。水冷磁体励磁速度快，使用相对便捷，但尺寸大、能耗高，运行成本比较昂贵。超导磁体是用零电阻的超导材料绕制而成的磁体，因为线圈导体的电阻为零，所以可以长时间无损耗地承载电流，磁体所需的电功率低；同时超导材料可以有很高的电流密度，使得磁体的体积和质量与水冷磁体相比大大减小，因此，超导磁体在工业、医疗和科研上应用十分广泛。
为了更有效产生更高磁场，需要将多组超导磁体嵌套组装在一起。由于存在装配和吊装误差，导致每组磁体在径向和轴向上存在偏差。在高磁场和大应力的运行工况下，这些偏差极易使磁体结构受到极大的电磁力，导致磁体力学失稳，影响磁体的安全运行。因此亟需提供一种支撑装置，减少安装误差，提高磁体的力学稳定性。
发明内容
为解决高背景磁场下密绕线圈受电磁力的影响，本发明提供一种高场下内插高温超导密绕线圈支撑结构，密绕线圈在通电励磁后通过支撑结构能够自适应调整密绕线圈空间位置，克服密绕线圈因空间位置偏差产生的电磁力，同时支撑结构具备良好的承载能力，为密绕线圈提供稳定的支撑结构。
为达到上述的目的，本发明采用的技术方案如下：
一种高场下内插高温超导密绕线圈支撑结构，包括顶端法兰、隔热件、长拉杆、固定块、过渡法兰、柔性拉杆组件、密绕线圈；所述长拉杆上端与顶端法兰相连接，长拉杆下端与过渡法兰相连接，在长拉杆之间设有固定块将长拉杆隔开，并对长拉杆整体结构起到稳定作用；所述柔性拉杆组件上端通过螺柱与过渡法兰连接，柔性拉杆组件下端通过螺柱与密绕线圈相连接。
进一步的，所述密绕线圈包括外部线圈绕组、内部线圈绕组和绕组骨架组成，所述外部线圈绕组和内部线圈绕组通过绕组骨架连接为整体。
进一步的，所述柔性拉杆组件包括上铰链、圆柱销、上连接块、下铰链、下连接块、外套筒、内杆、外弹簧、内弹簧、限位块、压块、紧定螺钉。
进一步的，所述上连接块通过圆柱销与上铰链和外套筒相连接；所述外套筒外部设有外弹簧，外弹簧两端分别通过外套筒和内筒进行限位，当内杆沿轴向往上铰链方向向上移动时外弹簧受压缩变形，外弹簧在轴向压缩时起到阻尼作用，防止内杆在电磁力作用下移动速度过快而卡阻。
进一步的，所述内杆设有内弹簧，所述内杆上端采用紧定螺钉将压块固定连接；所述内弹簧上端通过压块进行限位；所述内弹簧下端通过限位块进行限位；所述限位块上设有螺纹，通过螺纹与外套筒内腔下端的连接固定；所述内杆沿轴向往下铰链方向向下移动时内弹簧受压缩变形，内弹簧起到承载密绕线圈重量和电磁力负载的作用。
本发明的有益效果为：
1、本发明的一种高场下内插高温超导密绕线圈支撑结构具备良好的承载能力，能够为密绕线圈提供稳定可靠的支撑结构。
2、本发明的柔性拉杆组件中采用双向可压缩柔性拉杆结构，使得密绕线圈可以沿着线圈轴线方向实现双向位移并能够空间偏转，让密绕线圈在高背景磁场环境下能够自适应调节空间位置，使密绕线圈处于空间对称位置，避免密绕线圈在通电励磁后承受电磁力的影响。
附图说明
图1为本发明的一种高场下内插高温超导密绕线圈支撑结构的整体示意图；
图2为本发明的一种高场下内插高温超导密绕线圈支撑结构的结构剖示图；
图3为柔性拉杆组件与内插高温超导密绕线圈局部剖视图；
图4为柔性拉杆组件结构示意图；
图5为柔性拉杆组件结构剖示图。
图中：1-顶端法兰、2-隔热件、3-长拉杆、4-固定块、5-过渡法兰、6-柔性拉杆组件、7-密绕线圈、8-绕组骨架、9-外部线圈绕组、10-内部线圈绕组、11-螺柱、12-上铰链、13-上连接块、14-外套筒、15-外弹簧、16-圆柱销、17-下连接块、18-下铰链、19-压块、20-紧定螺钉、21-内弹簧、22-限位块、23-内杆。
具体实施方式
为使本发明的支撑结构清晰、技术实施方案及优点更清楚，结合以下附图对本发明做详细的说明。
如图1、图2所示，本发明的一种高场下内插高温超导线圈支撑结构包含顶端法兰1、隔热件2、长拉杆3、固定块4、过渡法兰5、柔性拉杆组件6、密绕线圈7。所述长拉杆3将顶端法兰1、固定块4、过渡法兰5依次连接。所述柔性拉杆组件6的上端与过渡法兰5相连接，下端与密绕线圈7连接。
如图3所示，所述密绕线圈7包含绕组骨架8、外部线圈绕组9、内部线圈绕组10，所述外部线圈绕组9和内部线圈绕组10都是由高温超导带材绕制而成，外部线圈绕组9和内部线圈绕组10通过绕组骨架8套装成密绕线圈7。
如图4、图5所示，所述柔性拉杆组件6由六个结构完全相同的柔性拉杆组件组成，柔性拉杆组件包含两个螺柱11、上铰链12、上连接块13、外套筒14、外弹簧15、四个圆柱销16、下连接块17、下铰链18、压块19、紧定螺钉20、内弹簧21、限位块22。所述螺柱11与上铰链12通过螺纹连接，上铰链12和外套筒14通过上连接块13和圆柱销16连接。所述外套筒14外部套装有外弹簧15，外弹簧15的上端通过外套筒14的轴肩限位，外弹簧15的下端通过内杆23的轴肩限位。
所述内杆23位于外套筒14的内部，在内杆23上套装有内弹簧21，在内杆23的上端设有压块19，所述压块19通过紧定螺钉20固定于内杆23的上端。内弹簧21的上端通过压块19限位，内弹簧21的下端通过限位块22限位，所述限位块22通过螺纹方式固定在外套筒14的内腔下端，所述内杆23穿过限位块22的圆孔与下连接块17连接，所述下连接块17通过圆柱销16与下铰链18相连接，所述下铰链18通过螺柱11与密绕线圈7相连接。
所述密绕线圈7在高背景磁场的作用下承受较大的电磁力载荷，电磁力载荷会导致密绕线圈7内部超导带材及绕组骨架8产生不可逆的损伤。采用柔性拉杆组件6作为密绕线圈7的支撑结构来承载密绕线圈7的重量，利用柔性拉杆组件6的轴向双向可压缩和偏转功能使得密绕线圈7能够自适应调整空间位置。密绕线圈7在高背景磁场作用下产生轴向向上的电磁力时，内杆23在外套筒14的内部沿着轴线向上移动，同时内杆23的轴肩对外弹簧15进行压缩，外弹簧15起到阻尼作用，使得内杆23向上运动速度稳定并且不卡阻。当密绕线圈7在高背景磁场作用产生轴向向下的电磁力时，内杆23在外套筒14的内部沿着轴线向下移动，内杆23上端的压块19对内弹簧21进行压缩。通过内杆23在外套筒14内部的轴线移动，使得密绕线圈7可以通过柔性拉杆组件6实现轴向位置自适应调整。当密绕线圈7在高背景磁场中处于偏心位置时，柔性拉杆组件6的上铰链12和下铰链18可以利用铰链结构功能实现密绕线圈7的空间偏转并自适应调整至轴心位置。
本领域的技术人员可以在不脱离本发明的原理和精神情况下对于大型高温超导线圈和的支撑方式进行多种变化、修改、替换和变型，但这些基于本发明的改动都应属于本发明所附的权利要求的保护范围内。
Claims (6)
1.一种高场下内插高温超导密绕线圈支撑结构，其特征在于：包括顶端法兰、隔热件、长拉杆、固定块、过渡法兰、柔性拉杆组件、密绕线圈；所述密绕线圈由外部线圈绕组、内部线圈绕组和绕组骨架组成，所述外部线圈绕组和内部线圈绕组通过绕组骨架连接为整体；所述密绕线圈通过绕组骨架与柔性拉杆组件的下端连接，柔性拉杆组件的上端与过渡法兰相连接；所述过渡法兰上设有通孔，长拉杆的下端穿过通孔与过渡法兰连接；所述长拉杆依次与顶端法兰、隔热泡沫、固定块相连接。
2.根据权利要求1所述的一种高场下内插高温超导密绕线圈支撑结构，其特征在于：所述长拉杆的两端部为螺纹结构，与顶端法兰和过渡法兰通过螺母紧固连接，所述长拉杆之间用固定块隔开，固定块采用焊接方式与长拉杆固连。
3.根据权利要求1所述的一种高场下内插高温超导密绕线圈支撑结构，其特征在于：所述柔性拉杆组件包括上铰链、圆柱销、上连接块、下铰链、下连接块、外套筒、内杆、外弹簧、内弹簧、限位块、压块、紧定螺钉。
4.根据权利要求3所述的一种高场下内插高温超导线圈支撑结构，其特征在于：所述上连接块通过圆柱销与上铰链和外套筒相连接；所述外套筒外部设有外弹簧，外弹簧的两端分别通过外套筒和内筒的端面进行限位，当内杆沿轴向往上铰链方向移动时，外弹簧受压缩变形，外弹簧在轴向压缩时起到阻尼作用，防止内杆在电磁力作用下移动速度过快而卡阻。
5.根据权利要求3所述的一种高场下内插高温超导密绕线圈支撑结构，其特征在于：所述内杆设有内弹簧，所述内杆上端采用紧定螺钉将压块固定连接；所述内弹簧的上端通过压块进行限位；所述内弹簧的下端通过限位块进行限位；所述限位块上设有螺纹，通过螺纹与外套筒内腔下端的连接固定；所述内杆沿轴向往下铰链方向移动时内弹簧受压缩变形，内弹簧起到承载密绕线圈重量和电磁力负载的作用。
6.根据权利要求1所述的一种高场下内插高温超导线圈支撑结构，其特征在于：所述柔性拉杆组件的上端通过螺柱与过渡法兰相连接，柔性拉杆组件的下端通过螺柱与绕组骨架连接。
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