CN210403398U - 一种自对心低温拉杆支撑装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种自对心低温拉杆支撑装置，其特征在于，包括跑道型复合拉杆(4)、连接柱(8)；连接柱(8)安装于低温恒温器真空室引出管上，该引出管与连接柱(8)为同心安装且引出管与连接柱(8)之间设置若干侧密封圈，连接柱(8)的下端与室温端拉钩(2)外侧连接，连接柱(8)的上端经一压片(3)与室温端拉杆弹簧(6)一端连接，室温端拉杆弹簧(6)另一端经调节螺母(7)与调节座(1)连接；室温端拉钩(2)内侧与跑道型复合拉杆(4)上端连接，跑道型复合拉杆(4)下端用于连接低温恒温器中的冷质量。本实用新型的自对心低温拉杆支撑装置具有热负荷低、高强度、自对心、安装方便等特点。

Description

一种自对心低温拉杆支撑装置

技术领域

本实用新型涉及超导插入件领域中使用的冷质量支撑装置，确切地说是一种自对心4K低温拉杆支撑装置。

背景技术

在超导插入件低温恒温器设计中，人们时常会遇到热胀冷缩部件的支撑问题，这类部件的支撑结构应具有极低的热负荷、足够的强度，且稳定性和抗震性高，同时还应有效地解决由于热胀冷缩引起的热应力和超导磁铁准直等问题，特别是对于利用小型制冷机来冷却的超导磁铁低温系统来说，减小热负荷及解决降温过程热胀冷缩变形引起的热应力问题尤为突出。

现有的低温支撑结构基本都采用底部支撑，其缺点是：1.结构比较复杂，加工精度要求较高，占用比较大的内部有限空间。2.没办法在降温后对被支撑物进行位置的精准调整。3.需要考虑被支撑物在降温时产生的冷伸缩变形对其它组件影响。4.设计时需要在满足机械结构强度要求和较低热负荷要求中进行折中处理。

超导插入件对超导磁铁在位置精度要求非常高，需要保证降温前后超导磁铁的相对位置精度，这对现有的采用底部支撑结构的低温恒温器基乎难以实现。

实用新型内容

鉴于此，本实用新型提出了一种独特设计的自对心低温拉杆支撑装置，具有热负荷低、高强度、自对心、安装方便等特点，可用于解决以上背景技术介绍的问题。

本实用新型通过选用新型碳纤维复合材料和加工工艺，并与金属材质的连接部件组合在一起，充分利用了新型碳纤维复合材料在低温下的低热传导率和高抗拉强度的特点，通过机械结构的优化设计，使其能在满足结构强度要求的前提下，又能满足热力学上低热负荷的要求。

本实用新型的技术方案为：

一种自对心低温拉杆支撑装置，其特征在于，包括跑道型复合拉杆4、连接柱8；连接柱8安装于低温恒温器真空室引出管上，该引出管与连接柱8为同心安装且引出管与连接柱8之间设置若干侧密封圈，连接柱8的下端与室温端拉钩2外侧连接，连接柱8的上端经一压片3与室温端拉杆弹簧6一端连接，室温端拉杆弹簧6另一端经调节螺母7与调节座1连接；室温端拉钩2内侧与跑道型复合拉杆4上端连接，跑道型复合拉杆4下端用于连接低温恒温器中的冷质量。

进一步的，所述跑道型复合拉杆4的中间设置热隔断。

进一步的，所述跑道型复合拉杆4分上部和下部两部分，上部与下部通过活动环连接。

进一步的，所述跑道型复合拉杆4的上部的下端设有连接环，跑道型复合拉杆4下部的上端设有连接环；下端设有连接环与上端设有连接环通过一机械结构合并在一起，该机械结构的中间设置螺纹孔，用于安装铜软带进行导冷。

进一步的，跑道型复合拉杆4的上部为300K-60K温区，长度为L1；跑道型复合拉杆4的下部为60K-4.2K温区，长度为L2；跑道型复合拉杆4的上部与下部连接区域为60K温区；其中L1小于L2。

进一步的，室温端拉钩2内侧与跑道型复合拉杆4上端通过可活动连接结构连接。

进一步的，跑道型复合拉杆4下端设有可活动连接结构用于连接低温恒温器中的冷质量。

进一步的，室温端拉杆弹簧6与调节螺母7之间设有一弹垫5。

进一步的，所述跑道型复合拉杆4采用碳纤维复合材料。

本实用新型的自对心低温拉杆支撑装置包括调节座1、室温端拉钩2、压片3、跑道型复合拉杆4、弹垫5、室温端拉杆弹簧6、调节螺母7、连接柱8等。跑道型复合拉杆4的下端连接低温恒温器中的冷质量，拉杆采用碳纤维复合材料(CFRP,T300)。常温端连接柱8安装于冷质量所在的低温恒温器真空室引出管上，通过3道侧密封O圈和室温端拉杆弹簧6结构设计来保证活动密封和低温下可进行位置调整；引出管与连接柱8是同心安装的，侧密封设置在引出管与连接柱8之间，以保证在调整过程的密封，本设计通过3道侧密封O圈来保证活动密封，通过设置室温端拉杆弹簧6来保证低温下可进行位置调整。跑道型复合拉杆4采用二元结构设计，可在中间设置热隔断来尽可能的降低热负荷。

跑道型复合拉杆4采用碳纤维复合材料，碳纤维缠绕方向需要跟受力方向一致，且碳纤维与粘结剂采用真空浇筑的方法制备跑道型复合拉杆4。

跑道型复合拉杆4采用二元结构设计，如图2所示，可在中间设置热隔断来降低低温拉杆支撑装置的整体热负荷，热隔断的冷源可通过铜软带与60K冷屏进行连接引入，连接方式采用冷压接或螺栓连接。单套低温拉杆支撑装置的热负荷理论计算值为0.0025W@4.5K。

跑道型复合拉杆4采用二元结构设计，其包含两种不同长度的跑道型拉杆支撑装置，一个跑道型拉杆支撑装置里有四根跑道型拉杆。并且在跑道型复合拉杆4的上端、中间连接处(用于两种不同长度的拉杆连接)和下端(与被支撑物连接)都设置可活动连接结构，充分减少复合材料在运输、降温和位置调节时承受的剪切力。其中，跑道型复合拉杆4的上部300K-60K温区的拉杆较短，共两根，相同长度；60K-4.2K温区的拉杆较长，共两根，相同长度；整个跑道型复合拉杆4全部安装于真空环境中，上部300K端与真空筒体相连，真空筒体放置在大气中，温度为室温；4.2K端与冷质量连接，中间为60K温度隔断区，一般是引用恒温器里的冷屏上的冷量来冷却，目的是减少漏热。

跑道型复合拉杆4上设置的可活动连接结构包括一个带定位槽的连接轴、一个带端部挡环的螺栓和一个紧固螺母，如图3所示。

跑道型复合拉杆4的下端连接低温恒温器中的冷质量，两者之间的连接方式可根据空间和可拆卸等要求来选用焊接、插销及扣环等。

连接柱8安装于恒温器真空室引出管上，通过3道侧密封O圈和室温端拉杆弹簧6结构设计来保证活动密封和低温下可进行位置调整。其中真空室引出管限制常温端连接柱8只能进行上下滑动，然后通过三道O圈侧密封实现活动密封，保证在调节过程真空室的真空度不受影响；另外室温端拉杆弹簧6的刚度需要根据被支撑冷质量的大小和拉杆支撑装置的数量及安装角度来进行计算，合适的拉杆弹簧选用既保证了足够的预紧力，也提供了冷伸缩变形的位移补偿量。

调节螺母7为双螺母设置，可有效防止由于多次升降温过程而造成的蠕变，确保被支撑物的位置精度。

相较于现有技术，本实用新型提供的新型自对心低温拉杆支撑装置具有如下优点：

1.本拉杆支撑结构，结构简单，加工精度要求不高，占用的空间较小。

2.可在降温到位后进行被支撑物的位置精准调节。

3.可进行自对心结构组件布置，满足设备对被支撑物在常温和低温时位置一致性的要求，减少重复精准定位的次数。

4.拉杆支撑不需要考虑冷伸缩变形对其它结构的影响。

5.支撑受力点比较分散，减小应力集中而产生的变形。

6.可充分利用顶部空间，选用复合材料，在满足强度要求的前提下最大限度的减小热负荷。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

其中，1-调节座，2-室温端拉钩，3-压片，4-跑道型复合拉杆，5-弹垫，6-室温端拉杆弹簧，7-调节螺母，8-连接柱。

图2为本实用新型的温区分布示意图。

其中，21-上部拉杆上端连接环(300K温区)，22-上部拉杆下端连接环(60K温区)，23-下部拉杆上端连接环(60K温区)，24-下部拉杆下端连接环(4.2K温区)。

图3为拉杆连接环结构示意图；

其中，31-插销，32-活动轴，33-档圈，34-紧固螺钉，35-碳纤维拉杆。

图4为自对心安装的实例示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本实用新型做进一步的详细说明。

本实用新型的自对心低温拉杆支撑装置如图1所示，包括调节座1、室温端拉钩2、压片3、跑道型复合拉杆4、弹垫5、室温端拉杆弹簧6、调节螺母7、连接柱8等。跑道型复合拉杆4的下端连接低温恒温器中的冷质量，复合拉杆采用碳纤维复合材料(CFRP,T300)。常温端连接柱8安装于恒温器真空室引出管上，通过3道侧密封O圈和室温端拉杆弹簧6结构设计来保证活动密封和低温下可进行位置调整。跑道型复合拉杆4采用二元结构设计，可在中间设置热隔断来尽可能的降低热负荷。

本实施例中，跑道型复合拉杆4分上部和下部两部分，上部和下部分别由两根跑道型碳纤维拉杆组成，且所有跑道型碳纤维拉杆的上下端都与连接环连接，可以绕拉杆的轴向旋转，以确保拉杆能在一个自由度上自由旋转。上部的下端连接环22与下部的上端连接环23用机械结构合并在一起，在机械结构的中间设置螺纹孔，用于安装铜软带进行导冷，即设置热隔断。另外在安装常温端时，在预紧螺母之前需要调整好拉杆的方向，以保证在升降温过程中，拉杆基本不承受剪切力。

本实施例中，连接环的结构包括插销31、活动轴32、档圈33和紧固螺钉34，其中活动轴32的中间设置凸台，以确保两侧的碳纤维拉杆35对称分布。连接环的结构图如图3所示，跑道型复合拉杆4中间的两个连接环之间加工的时候焊接在一起，以保证是一体的。

自对心低温拉杆支撑装置的装配过程如下：

1.按照图纸要求组装好低温端的跑道形拉杆，并按照操作规程要求进行液氮温区的低温拉力试验，确保拉杆在低温下的抗拉性能满足设计要求；

2.在低温拉杆自然复温后用酒精和无尘布进行清洗备用；

3.将拉杆常温端部件安装于低温恒温器真空室引出管上，用两螺母进行固定；

4.在被支撑物用临时工装进行固定支撑后，安装备用的低温端拉杆组件；

5.调整被支撑物和常温端拉杆组件到合适的位置后进行连接；

6.待所有位杆全部连接好后进行被支撑物的准直，在准直过程可通过常温端组件里的调节螺母进行位置调节；

7.位置确定后最后安装温度隔断上的铜软带，以进一步减少拉杆支撑装置的整体热负荷。

本实施例中，自对心低温拉杆支撑装置中的自对心功能是相对于多个拉杆整体装配而形成的，最常用的是如图4所示的在被支撑物的每一端成45度角各设置4组低温拉杆装置，以保证在常温和低温下，被支撑物的中心能保持不变。在降温过程产生的冷伸缩应力和变形是无方向性的，产生的变形量可以由弹垫5和室温端拉杆弹簧6的位移补偿量来抵销。

以上所述，仅用于说明本实用新型的技术方案，并非对实用新型的做出限制，虽然上述实施例做出了详细的说明，但本领域的技术人员可以在不脱离本技术方案的范围内，对其进行替换、修饰和简单更改，而这些替换、修饰和简单更改并不能使相应技术方案的本质脱离本使用新型实施例的范围。

Claims (9)

1.一种自对心低温拉杆支撑装置，其特征在于，包括跑道型复合拉杆(4)、连接柱(8)；连接柱(8)安装于低温恒温器真空室引出管上，该引出管与连接柱(8)为同心安装且引出管与连接柱(8)之间设置若干侧密封圈，连接柱(8)的下端与室温端拉钩(2)外侧连接，连接柱(8)的上端经一压片(3)与室温端拉杆弹簧(6)一端连接，室温端拉杆弹簧(6)另一端经调节螺母(7)与调节座(1)连接；室温端拉钩(2)内侧与跑道型复合拉杆(4)上端连接，跑道型复合拉杆(4)下端用于连接低温恒温器中的冷质量。

2.如权利要求1所述的自对心低温拉杆支撑装置，其特征在于，所述跑道型复合拉杆(4)的中间设置热隔断。

3.如权利要求1或2所述的自对心低温拉杆支撑装置，其特征在于，所述跑道型复合拉杆(4)分上部和下部两部分，上部与下部通过活动环连接。

4.如权利要求3所述的自对心低温拉杆支撑装置，其特征在于，所述跑道型复合拉杆(4)的上部的下端设有连接环，跑道型复合拉杆(4)下部的上端设有连接环；下端设有连接环与上端设有连接环通过一机械结构合并在一起，该机械结构的中间设置螺纹孔，用于安装铜软带进行导冷。

5.如权利要求3所述的自对心低温拉杆支撑装置，其特征在于，跑道型复合拉杆(4)的上部为300K-60K温区，长度为L1；跑道型复合拉杆(4)的下部为60K-4.2K温区，长度为L2；跑道型复合拉杆(4)的上部与下部连接区域为60K温区；其中L1小于L2。

6.如权利要求1所述的自对心低温拉杆支撑装置，其特征在于，室温端拉钩(2)内侧与跑道型复合拉杆(4)上端通过可活动连接结构连接。

7.如权利要求1或6所述的自对心低温拉杆支撑装置，其特征在于，跑道型复合拉杆(4)下端设有可活动连接结构用于连接低温恒温器中的冷质量。

8.如权利要求1所述的自对心低温拉杆支撑装置，其特征在于，室温端拉杆弹簧(6)与调节螺母(7)之间设有一弹垫(5)。

9.如权利要求1所述的自对心低温拉杆支撑装置，其特征在于，所述跑道型复合拉杆(4)采用碳纤维复合材料。

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