.Изобретение относитс к хриогенной элвктрйтехийке и может быть использовано дл подведен токав большой величимь к физическим и технологи1ческим установкам , с циркул ционной системой охлаждени 5 сверх1провод щи1Х ,н01С,ителей тока. -Известно криогенное токоподвод щее устройство, выполнеиное в виде стуленчато-го стержн , аксиально .размещенного в трубе из нержавеющей стали, по которой .из ю криостата сверх1провод щей системы выходит хладагент. На стержень дл увеличе- ни поверхности теплообмена спирально навита и укреплена на тепловой контакт медна лента. В результате значительно 15 снижаетс твплоприток по тбконесущему стержню в холодную зонуза счет уменьщени твп/|опербноса по м-ате риалу стержн и уменьшени джоулевь1.х тепловыделений в нем 1.;-20
Однако эта конструкци имеет р д недостатков . Развитие поверхности теплообмена между токонесущим стержнами хладагентом создает дополнительное гидравлическое сопротивление хладагенту на выходе 25 из .сверхпро-вод щей .системы. Кроме того, Отсутствует возможность перевода тока в сверхпроводник уже;ла токовводе. Г; . .;;.:
Одним из. основных требований к токовводам , используе.мым в современн.йх физи- 30
ко-тёхническйх установках,в которых примен етс .сильноточна сверх1провоихимость (например, установки термо дерного синтеза , мощные све.рхлровод щие магниты, криогенные электрические маШИны и т. п.), ;вл етс ми,ни|мизаии теплодритока в холоднукэ зону дл снижени расхода хлад . агента. Мапнитные системы ловушек термо дерной плазмы затнтываютс токами пор дка сотен и тыс ч ампер и используют сверх1провод щие Ьбмотки, охлаждаемые путем Прокачивани по соответствующим каналам хладагента. Используемые в таких системах трковводы, охлаждаемые отход щим из системы хладагентом, дают, как показывают экоперименты, до 40% теплопритока в 5солодную зону.
Наиболее близким к изобретению вл етс токоввод прокачного типа, Представл ющий собой токонесущие трубки с припа нными к ним на тепловой контакт сверх провод щими кабел ми, подсоедин емыми к концевьм част м обмотк:и сверхпровод щей системы 2. Медные трубки через диэлек-, трическую проставку подключены к охлаждающим каналам, по жоторым хладагент выводитс после охлаждени им систейы, и вл ютс продолжением этих каналов. К концам медных трубок, вывод щих хлад-агент наружу из вакуумной камеры сверхпро-вод щей системы, тодводитс то.к. . .Эта конструкци имеет. существенные недостатки, увеличивающие .расход хладатента , нео бход мый дл захолаживани -;токовв:ода, вследствие того, Что услови теплоотдачи по длине охлаждающих каналов системы, составной частью которых вл ютс Медные трубки.токоввода, неоднородны . Коэффициент теплоотдачи между потоком и стен1кой канала -может быть; определен .по формуле: :р К D-G и 0,023 - Где и - коэффициент теплоотдачи между-vпотокоМ « поверхностью; ... .:.. .1 С р - удельна теплоемкость потока при посто нном давле1Н1ии; ----/ ц - в зкость газа; . - .... , G - массовый расход через единицу , площади поперечного сечени ;-, К коэффициент те;плопровод«остй - -J газа; :v- -;: vr-.; ----v: :--a..7;:i - ;-::,. i, D - диаметр трубы. v V; :о.цйщгйы Чтобы не создавать-дополнительноЬосд- f- противлени хладагенту на выходе йз7t /сверхпровод щей свстемы, дйа-м-етр медных 1Г трУбок токоВВода делают существенно больС шим 2шамеТ:раили эк1вИ1валентно;гр гидр ав-Т личеошгЬ радиуса (в случае некруглотю се6 , - чени ) охлаждающих каналов самой систе-. Р мы. Существующие райличи в длинё:икдн- фигу.ра.щии поперечного сечени междуйед-. Г -/ ным;и,трубками токоввода и охлаждающими; k- канала1йи;сверхпровод щей системы приво-; д т (в.совокупностисупом нутымйразли- -, Чи ми их диаметров) к тому,чтостепень у|р-. булентности потока хладагента черёз медные - --трубки токоввода ииже/чем стеленьтур6у-,-: I лентностиnuTtma хладагёнтаГ Йдзще;го; I охлаждающ;и мканалам системы.Кроме то, магййтна .сйстёма 0хла йДаетс ; в Ьс-; новном, жидким хладагентов,тогда какв f С. медные трубки токбввода подступает паро - жидкостна смесь;с преимущественным (до и , 95-98%) содержанием Дара; удельна теп- .лоемкОстькоторого ниже удельной теплоемкости жидкого ;хладагента. Все шышепе-, речисленные факторы делают;коэффициент теплоотдачи; ;iB медных трубках токоввода значительно уменьшим, чем в охлаждающих каналах сверх провод щей системы. В ре- зультате , дл обеспечени охлаждени то-, конвода; достаточного дл перевода йри- па -нных кмедным трубкам кабелей в;; сверх,провОд щее сбсто ние,Шр-йхЬдитс бо искусственно ту.рбулизовать потрк хлад- fv . агента в. трубках токоввода, налример,у1С танавлива по ихЪси турбулизаторы, выполнениьте ;в виде штожов с за1Вих;рйтёй мн и приводом от электромоторов, либо, как видно из формулы (1), повышать массовый , расход хладагента, прокачиваемого по ©Сей сверхпровод щей системе, а значит и по токозводу. Применение ту1рбулизаторов .св зано с определенными техническими . трудност ми, создает дополнительный теп«тсприток в холодную зону и не всегда доет&точ Но эффективно. Делать расход хлад .агента большим, чем необходимо дл за.холаживани сверхпровод щей системы, неэкономично ..-Цель изобретени - уменьшение расхода хладагента, необходимого дл захолаМвани тЬ-коввода. v Цель достигаетс тем, чтов известном .криогенном токовводе, содержащем токо . несущие трубки, подключаемые к охлаждающим каналам криостата сверхпровод щей системы, и сверхпро.вод щие кабели, за1Крепле:нныена т.е плойой .контакт к ток.о;1Несу 1;им трубкам и подсоедин емые к конщам Обмотки сверхлро.вод щей системы, .кажда из; то:конесуш,ихтрубок с закреп jiеннУм; наней .сверхпровод щим кабелем усташйлена внутри автономного сосуда с хладаг.ёнтом;так, что выступающие ;из со .суда конды трубки герметично соединены ;со ствн.ками сОС;уда. Наход щиес внутри сосуда учаетки трубок дл улучшени условий . теплообмена быть выполнены ввйдез М€ёв ика. Между сосуд&МИ с хладагентом делесообразно установить электроиз6л . цион.нь1ё йрокладки, так 1Ка;к .в случае йерё}(0да оверхпро.вод щей системы в нормальное состо ние корпуса «сосудов оказываютс пЬдвысйким напр жением. . -. : Помещение всосуды с хладагентом тО-; конбсущих элементов токоввода делает .их ох ажденйё оптимальным f и достаточным д;л пере вода прикрёплен1НЬ1: к трубка-м кабелей в свё;рх,провод щее состо ние. Аналогичные услови охлаждени ;токо;ввода, вл ющегос прототи1пом изобретени , дости; гались:тем ,что количество хладагента, прокачиваемого ;по Охлаждающим .каиалам сверх.про.вОД 1цей системы,а затем по трубкам токоввода, делалось большим, чем ко;личество хладагента, требуемоё Дл поддержани сильноточной системы в сверхпр01вод щем состо нии,на величину, необЛходимую; дл Охлажденй токоввода: Услови теплообмена между трубками токовво да;и 6тх6д ш;имиз сверХПровод щей силь-; неточной системы xJiaiateirTOM значительно хуже условий теплообмена между трубка-1йИ ,вйа: ;н.ны1Йи всосуды, .и хладагентом, которым эти сосуды заполнены. В результате .одхладагента на:охлаждение;предл.агаемой конструкции меньше .да хлад а-гёнта; необходимого Дл охлаждени TQKO; вводавпрототипе . На чертеже схематически изображен пример вьшолнени предлагаемого токо;;Ввода- . ТОКОВВО.Д оодержитгыполненный из .нержавеющей стали Х18Н10Т корпус 1 с крышкой 2. Токонесуодие злеМёйть токоввода образованы медными трубками 3 диаметром 10 мм, на которых с помощью индиевого припо на тепловой .контакт припа ны -сверхпровод щие кабели 4 ,метpovi 1,5 мм, изготовленные из ниобийтитанового сплава НТ-50. Кажда из трубок 3 установлена внутри автономных сосудов 5 с хладагентом - жидким гелием, так, что выступающие из сосудов концы трубок герметично соединены со стенкамисосудов. Наход ща с влутрн сосуда часть трубок 3 выполнена в виде зм еекика дл ,раз1ВИти поверхности теплообмена Заливка хладагента , в сосуды 5 осуществл етс через трубы 6, укрепленные на крышк е 2 посредством фторапласто,вых изол торов 7. Парьг хладагента «з сЬсудсив 5 отвод тс по трубам 8, укрбплен;ным на крыщ1ке 2 посредством фторопластовых .изол торов 9. Дл вывода токб несущйх элементов нару су они а.к- сиально размещаютс и крег тс . .BHytpiir ,Tpiy6 S, дополнительно охлажда сь при этой йарами хлйдагентаТ вьгход Щймииз сосудов 5. Трубы 6 ,и 8 .изготовлены из материа ла с малой теплопроводностью («ержавеюща ста. ь Х18Н10Т), чтобы уменьщить теплопрИток к сосу|да,м 5. С этой же целью в пространстве между корпусом 1 .и сосуда- ми 5 расположен охлаждаемый жидким азотом радиа.и;И0:Н1ый экран 10, изготавленный из, :меди и снабженный емкостью 1 Г, с ,заливНбй трубкой 12, по которой поступает жидкий азот. В зоне патрубка 13 дл подсоединени корпуса 1 к .криостату сверх- провод щей системы Ток6.несущ.иё мёдные трубки 3 через д;иэлетрическую проставку 14стыкуютс с охлаждающими жанала.ми 15.криостата сверхпровод щей систе.мы, а оверхпро;вод щие кабели 4- с ее концевы- ми част ми 16. Чтобы ;не допустить электрический пробой ..между сосудами 5, которые оказываютс под высоким напр жениам в. момёнт контроли.руем6гЬ или неконтролируе .мого перехода сверх,про,вод Щей системы, в нор;мальноесосто ние,-между сосудами 5 установлены фторопластовые прокладки 17 толщиной 3 мм. : /Дл подготовки токоввода к работе в емкость 11 заливают жидкий азот. Затем начинают з а олажи.вание сверхл зОвод гЦей системь. В результате чего отход щий из нее по каналам 15 х.71адагент осуществл ет предварительное охлаждение токо.несу1Цйх элементов 3 токоззода. После этого в сосуды .ваюг жидкий хладагент, (гелий ). В таком зиле токозвод готов к работе . .Поданный от внешнего .источника ток .идет по стенка.г токоггесущггм меднь:х трубок - -- . С Г , Т - V -fx3 , переходит в сверхпровод щие кабели 4, откуда попадает на концевые части 16 оверх1Провод щей системы. Как показали эксперименты на сверхпровод щей магнитной ловущке «Кристалл2 с токо.вводом-1прототи1пом, бхла.ждаемьш только отход щи/м из магнитной системы ; хладаге тб г; гели , обусловленный теплонрйтокомпо такому тОковвбДу, сЪставл ет при .рабочем токе - 600 А величину 6,0 л/час на О.ДИН токонесущий элемент. В предлагаемом ЧоковвоДё расход хладаген-;. та определ етс двум основнымифакторам;и: теплопритОжом по токонесущим медным трубкам (вместе с джоулевыми тепловыделени ми ) и теплопереносом излучением с радиа:цион шо экрана на сосуды с жидким гелнем. Расчеты показывают, что первый фактор при токе в 600 А вызывает расход хладагента 1,7 л/ч на один токанесущий элемент, авторой - 1,3 л/ч Следовательно, йсгг6лй Й1вШйё ГпрёХЭ1агаЩ1:то требует расхода хладагента 3 л.ч на один токонесущий элемент. Та.кимобразом, эконо-.: ми жидкого гели , от использовани пред- латаемого токбввода составл ет 3 л/ч на .1саждыйток:оиесущий элемент. ,..;; Ф о р .мул а и 3 о б ре т е н и Криогенный ТОКОВ.ВОД дл сверхпровод щнх сильноточных систем, со1Дбржащий токонесущие труб1ки, подключаемые к охлаждающим каналам криостата оверхпровод щей системы, .и сверхировод щйе кабели , прикрёгглённые на тепло вомконтакте к токонесущим трубкам и подсоедин емые к концам обмотки свер.провод щей системы, о т л и ч а ю щ и и с тем, что, с целью уменьщени расхода хладагента на охлаждение токоввода, кажда .из токонесущих трубок с.закрепленным на ней сверхпровод щи .м кабелем установ.лена внутри авто«омного сосуда с хладагентом так, что вь1ступающие из сосуда концы трубки герметично соединены со стенка.ми сосуда. .. . : Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе:. . ., - 1. .Бу нов Ю. П. и др. Токовые вводы дл кр.иогённы.х устройств. ПТЭ, 1974, № 4,с; 10. . . -- :- -... -п - 2. Отчет НИР ХФТИ АН УССР Хо 78.067Г «Соору/кенгге и исследование замкнутой сверхпровод щей магнитной ловушки «Крпсталл-2 с дивертором, Харьков, 1978 Споотот:- :). fi-xa i :, - - , ШййГ.-, ,7, : .кг-