CN220317959U - 一种用于双spoke超导腔缓冲化学抛光装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种用于双spoke超导腔缓冲化学抛光装置，其特征在于，包括束管通酸管，束管通酸管上设有若干酸液出口，下端设有密封法兰，下端端口为酸液输入端口，密封法兰与下端端口之间设有与下端端口互通的第一输入端口、第二输入端口；束管通酸管用于插入双spoke超导腔的束管内，且下端通过密封法兰与束管的下端口密封连接，从束管通酸管的下端端口输入的酸液经束管通酸管上的酸液出口排出到束管内对束管进行抛光后经排出口排出；四通的第一端口通过第五对接法兰与束管的上端口密封连接。本实用新型通过选择不同管径通酸管和在通酸管上不同位置的开口使酸液按比例分配注入腔内，达到酸液均匀循环的目的。
Description
技术领域
本实用新型属于加速器技术领域，涉及一种用于双spoke超导腔缓冲化学抛光装置。
背景技术
缓冲化学抛光(BCP)是超导腔内表面处理的常规手段，主要原理是将BCP酸液(其由三种酸按HF:HNO3:H3PO4＝1:1:2的体积比配制而成)注入腔内，使腔内表面金属铌与酸液发生反应，达到去除表面损伤层及机加工过程中带来的其它金属杂质与污染物的目的。在酸洗过程中酸液温度会升高，产生H2，因此在此过程中要控制酸液的温度和气体的排放。温度若控制不好，会影响化学反应的速度，导致酸洗量无法控制及超导腔会发生氢中毒的现象，影响超导腔整体性能；若H2无法顺利排出，气体会在腔内聚集，影响酸液与腔内表面充分接触，造成腔内局部区域欠酸洗，无法达到超导腔整体去除损伤层和外来污染物的目的；如酸洗回路结构设计不当，在酸液的出口处极易形成酸洗纹路，严重的会对超导腔的性能产生重要影响。
传统双spoke超导腔缓冲化学抛光方案是将双spoke腔平放于支架上，从下端法兰处通酸，上端法兰出酸，利用酸洗泵组形成循环，利用制冷机控制酸液的温度，在酸洗过程中需要不断转动超导腔，以实现酸洗的均匀性和排气。
传统双spoke超导腔缓冲化学抛光存在的问题包括：1、双spoke超导腔酸洗不均匀问题；2、双spoke超导腔酸洗过程中H2排放的问题；3、需要不断转动腔体，由于腔加上内部140L的酸液，总重量超过了200kg，在转动过程中极易造成酸洗回路断裂、酸液泄露，有造成人身受伤的风险。4、无法控制出口酸洗纹路的大小。
实用新型内容
针对现有技术中存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种用于双spoke超导腔缓冲化学抛光装置。本实用新型通过选择不同管径通酸管和在通酸管上不同位置的开口使酸液按比例分配注入腔内，达到酸液均匀循环的目的；通过在出酸淋洗口配置调节阀门来控制气体排放。
本申请的技术方案为：
一种用于双spoke超导腔缓冲化学抛光装置，其特征在于，包括第一对接法兰11、第二对接法兰12、第三对接法兰13、第四对接法兰14、第五对接法兰16、四通7和束管通酸管15；所述四通7的四个端口分别记为排出口、第一端口、第二端口和第三端口；
所述束管通酸管15上设有若干酸液出口，下端设有密封法兰，下端端口为酸液输入端口，密封法兰与下端端口之间设有与下端端口互通的第一输入端口、第二输入端口；
所述束管通酸管15用于插入双spoke超导腔的束管内，且下端通过所述密封法兰与所述束管的下端口密封连接，从所述束管通酸管15的下端端口输入的酸液经所述束管通酸管15上的酸液出口排出到所述束管内对所述束管进行抛光后经所述排出口排出；所述四通7的第一端口通过所述第五对接法兰16与所述束管的上端口密封连接；
第一对接法兰11的一端用于与双spoke超导腔底盖上的第一淋洗口1密封连接、另一端通过一导管与所述第一输入端口连接，用于将酸液输入双spoke超导腔的外导体内对所述外导体内壁进行抛光；第二对接法兰12的一端用于与双spoke超导腔底盖上的第二淋洗口2密封连接、另一端通过一导管与所述第二输入端口连接，用于将酸液输入双spoke超导腔的外导体内对所述外导体内壁进行抛光；
第三对接法兰13的一端用于与双spoke超导腔顶盖上的第三淋洗口3密封连接、另一端通过一导管与所述四通7的第二端口连接，用于将外导体内产生的氢气经所述排出口排出；第四对接法兰14的一端用于与双spoke超导腔顶盖上的第四淋洗口4密封连接、另一端通过一导管与所述四通7的第三端口连接，用于将外导体内产生的氢气经所述排出口排出。
进一步的，所述束管通酸管15的顶部开有两个166°的环形槽，用于酸液排出并扰动酸液在顶盖上鼻锥处的流动方向；在所述环形槽连接处下方设有若干用于酸液排出的孔；所述束管通酸管的中部设有用于酸液排出的孔，所述束管通酸管上对应于所述束管的下部位置设有用于酸液排出的孔；使得酸液在所述束管通酸管15的排出量满足顶部流量：中部流量：底部流量＝8：2：1的比例关系。
进一步的，所述束管通酸管15包括两段，两段之间设有所述密封法兰；第一段采用内径27mm、外径32mm的长为670.5mm的PVDF管，用于插入所述束管内；第二段上设有所述第一输入端口、第二输入端口。
进一步的，所述第一段上距离顶部8.15mm处开有一个高度为4.7mm的环形槽，在所述环形槽连接处正下方打两个直径4mm的孔，其均用于酸液的排出，所述第一段上距离所述密封法兰内面150mm处开有两个内径8mm圆孔，所述第一段与所述密封法兰连接处开4个内径4mm的圆孔。
进一步的，所述密封法兰的厚度为20mm。
进一步的，与所述第三对接法兰13、所述第四对接法兰14连接的导管上分别设置一调节阀，用于通过调节阀开度的调节使得对应导管内只能通过气体，而酸液不能流出。
本实用新型的优点如下：
1、提高了酸洗的均匀性，使腔内表面金属去除量均匀一致。
2、能够实现自主排气，避免了气体聚集，影响酸洗效果。
3、容易控制酸洗纹路的大小，提高腔的性能。
4、超导腔体在酸洗过程中不须转动，保证人身及设备安全。
附图说明
图1为第一淋洗口1的第一对接法兰11、第二淋洗口的第二对接法兰12结构图。
图2为第三淋洗口的第三对接法兰13、第四淋洗口的第四对接法兰14结构图。
图3为第一束管口5的束管通酸管15结构图。
图4为第二束管口6所连接的对接法兰16结构图。
图5为酸洗工装安装图。
图6为酸洗工装安装剖视图。
图7为双spoke腔垂测结果。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型进行进一步详细描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。
由于双spoke腔结构比较复杂，为达到酸洗均匀的目的，需设计专用工装促进酸液的均匀循环流动。本申请经过流体仿真计算，设计出双spoke专用酸洗工装。由于酸液有强腐蚀性，所有工装均采用聚偏二氟乙烯(PVDF)进行制作。
第一淋洗口1的第一对接法兰11与第二淋洗口2的第二对接法兰12均采用内径20mm外径24mm的的PVDF弯管配合厚度为20mm法兰焊接而成(如图1所示)。装配时，第一对接法兰11配合安装在第一淋洗口1的法兰上用密封圈完成密封，第二对接法兰12配合安装在第二淋洗口2的法兰上用密封圈完成密封。
第三淋洗口3的第三对接法兰13与第四淋洗口4的第四对接法兰14均采用内径20mm外径24mm的的PVDF直管配合厚度为20mm法兰焊接而成(如图2所示)。装配时，对第三对接法兰13配合安装在第三淋洗口3的法兰上并用密封圈完成密封，第四对接法兰14配合安装在第四淋洗口4的法兰上并用密封圈完成密封。
第一束管口5的束管通酸管15结构如图3所示，其采用内径27mm,外径32mm的长为670.5mm的PVDF管配合厚20mm的法兰焊接而成。束管通酸管15上距离顶部8.15mm处开有两个高度为4.7mm的166°的环形槽，两个环形槽中间未切除的管壁用来固定束管通酸管15的顶部，在环形槽连接处正下方打两个直径4mm的孔用以补偿未切除的管壁通酸，其均用于酸液的排出。束管通酸管15距离法兰内面150mm处开有两个内径8mm圆孔，束管通酸管与法兰连接处开4个内径4mm的圆孔。按照这些开孔的面积计算，束管通酸管15的顶部流量：中部流量：底部流量＝8：2：1的比例关系。
首先，酸洗方案是将双spoke超导腔垂直安装，第一淋洗口1与第一对接法兰连接、第二淋洗口2与第二对接法兰12连接、第一束管口5与束管通酸管15连接，另外用PFA(可溶性聚四氟乙烯)软管将第一对接法兰11、第二对接法兰12连接到束管通酸管15的两个管口上，束管通酸管15的另一管口为酸液入口；第三淋洗口3与第三对接法兰13连接、第四淋洗口4与第四对接法兰14连接、第二束管口6与第五对接法兰16连接，第五对接法兰16的结构如图4所示，另外用PFA软管将第三对接法兰13、第四对接法兰14、第五对接法兰16连接到四通7上，四通7上剩余一个口为酸液出口；第三淋洗口3的第三对接法兰13和第四淋洗口4的第四对接法兰14分别接一个调节阀8用来调节软管气体的流量。在实际酸洗时，第三淋洗口3和第三对接法兰13、第四淋洗口4和第四对接法兰14只用来排放酸洗过程中的H2，而不排酸，全部酸液是通过第二束管口6和第五对接法兰16排出，如图5、图6所示。其目的是由于酸在出酸口易形成纹路，第三淋洗口3和第四淋洗口4不让其出酸就不会造成在此处形成酸洗纹路，这样将出酸口集中在上鼻锥10处，可以集中对出酸口处的通酸管进行特殊设计处理，减少纹路的出现。软管18为辅助连接软管，材质为PFA材料。耦合器口17要用一个PVDF盲板密封上，使酸液不能从此口流出。
为使进酸口流量均匀，束管通酸管15选用内径为27mm，外径32mm的PVDF管，淋洗口对接法兰采用内径为20mm外径24mm的PVDF管，这样第一淋洗口1和第二淋洗口2的流量和与束管通酸管15流量比约为1：1。由于酸液要全部经过第二束管口6排出，若束管通酸管15不经过专门流量设计，其极易在双spoke上鼻锥处形成酸洗纹路，造成腔性能的降低。因此，束管通酸管设计如图3所示。根据流量的分布将束管通酸管15的流量进行合理分配，顶部流量：中部流量：底部流量＝8：2：1的比例关系，束管通酸管顶部的环形槽是为了扰动酸液出口处(上鼻锥)的流动方向，使酸液不能形成稳定层流，防止出现酸洗纹路。在安装束管通酸管15时要注意令酸液进口与耦合器口17在垂直方向上呈45度夹角，使束管通酸管上中间的两个直径8mm的孔不能正对着两个spoke柱9，以免在spoke柱上形成酸洗纹路。
在酸液循环时第三淋洗口3、第四淋洗口4管路上的调节阀8开度大小要进行调节，使管内只能通过气体，而酸液不能流出。这样腔内的气体与酸液均能自由匀速的循环与排出。
在酸液循环时制冷机要保持酸液温度不高于15℃，流速保持18L/分钟。
由于腔内表面去除量与酸液的流动方向、速度、温度有关，酸洗1个小时后，需要将超导腔上下颠倒一下，再次进行酸洗1个小时，以实现腔不同位置表面金属的均匀去除。
经过此方案处理过的双spoke腔其最高Q值达到6E10，测试效果如图7所示。
尽管为说明目的公开了本实用新型的具体实施例，其目的在于帮助理解本实用新型的内容并据以实施，本领域的技术人员可以理解：在不脱离本实用新型及所附的权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的。因此，本实用新型不应局限于最佳实施例所公开的内容，本实用新型要求保护的范围以权利要求书界定的范围为准。
Claims (6)
1.一种用于双spoke超导腔缓冲化学抛光装置，其特征在于，包括第一对接法兰(11)、第二对接法兰(12)、第三对接法兰(13)、第四对接法兰(14)、第五对接法兰(16)、四通(7)和束管通酸管(15)；所述四通(7)的四个端口分别记为排出口、第一端口、第二端口和第三端口；
所述束管通酸管(15)上设有若干酸液出口，下端设有密封法兰，下端端口为酸液输入端口，密封法兰与下端端口之间设有与下端端口互通的第一输入端口、第二输入端口；
所述束管通酸管(15)用于插入双spoke超导腔的束管内，且下端通过所述密封法兰与所述束管的下端口密封连接，从所述束管通酸管(15)的下端端口输入的酸液经所述束管通酸管(15)上的酸液出口排出到所述束管内对所述束管进行抛光后经所述排出口排出；所述四通(7)的第一端口通过所述第五对接法兰(16)与所述束管的上端口密封连接；
第一对接法兰(11)的一端用于与双spoke超导腔底盖上的第一淋洗口(1)密封连接、另一端通过一导管与所述第一输入端口连接，用于将酸液输入双spoke超导腔的外导体内对所述外导体内壁进行抛光；第二对接法兰(12)的一端用于与双spoke超导腔底盖上的第二淋洗口(2)密封连接、另一端通过一导管与所述第二输入端口连接，用于将酸液输入双spoke超导腔的外导体内对所述外导体内壁进行抛光；
第三对接法兰(13)的一端用于与双spoke超导腔顶盖上的第三淋洗口(3)密封连接、另一端通过一导管与所述四通(7)的第二端口连接，用于将外导体内产生的氢气经所述排出口排出；第四对接法兰(14)的一端用于与双spoke超导腔顶盖上的第四淋洗口(4)密封连接、另一端通过一导管与所述四通(7)的第三端口连接，用于将外导体内产生的氢气经所述排出口排出。
2.根据权利要求1所述的用于双spoke超导腔缓冲化学抛光装置，其特征在于，所述束管通酸管(15)的顶部开有两个166°的环形槽，用于酸液排出并扰动酸液在顶盖上鼻锥处的流动方向；在所述环形槽连接处下方设有若干用于酸液排出的孔；所述束管通酸管的中部设有用于酸液排出的孔，所述束管通酸管上对应于所述束管的下部位置设有用于酸液排出的孔；使得酸液在所述束管通酸管(15)的排出量满足顶部流量：中部流量：底部流量＝8：2：1的比例关系。
3.根据权利要求2所述的用于双spoke超导腔缓冲化学抛光装置，其特征在于，所述束管通酸管(15)包括两段，两段之间设有所述密封法兰；第一段采用内径27mm、外径32mm的长为670.5mm的PVDF管，用于插入所述束管内；第二段上设有所述第一输入端口、第二输入端口。
4.根据权利要求3所述的用于双spoke超导腔缓冲化学抛光装置，其特征在于，所述第一段上距离顶部8.15mm处开有一个高度为4.7mm的环形槽，在所述环形槽连接处正下方打两个直径4mm的孔，其均用于酸液的排出，所述第一段上距离所述密封法兰内面150mm处开有两个内径8mm圆孔，所述第一段与所述密封法兰连接处开4个内径4mm的圆孔。
5.根据权利要求3所述的用于双spoke超导腔缓冲化学抛光装置，其特征在于，所述密封法兰的厚度为20mm。
6.根据权利要求1～5任一所述的用于双spoke超导腔缓冲化学抛光装置，其特征在于，与所述第三对接法兰(13)、所述第四对接法兰(14)连接的导管上分别设置一调节阀，用于通过调节阀开度的调节使得对应导管内只能通过气体，而酸液不能流出。
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