[发明专利]一种高强度低漏热的超导磁体支撑装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种高强度低漏热的超导磁体支撑装置，具体的是应用在40-T级混合磁体外超导磁体上一种高强度环氧筒式为主体的支撑装置。

背景技术

“十一五”国家重大科学工程“稳态强磁场实验装置”的建设，其目标之一是建设一台40-T级稳态混合磁体实验装置，该装置建成将成为国内产生最高稳态磁场的实验装置，将为我国在材料科学、化学、生物等学科的前沿研究提供强有力的实验平台。40-T级混合磁体由外超导磁体和内水冷磁体组成，其中：内水冷磁体采用“Florida-Bitter”类型的有阻磁体并在?32mm室温孔径内产生33-34T中心场强；外超导磁体采用Nb₃SnCICC（Cable-in-ConduitConductor）导体进行连续绕制并在4.5K温度下运行可产生11T中心场强并为水冷磁体提供?800mm安装孔径。

外超导磁体支撑装置是混合磁体外超导磁体系统中连接超导线圈和杜瓦底座的关键部件，它起到支撑线圈自身重力以及传递线圈所产生的各种电动力载荷的作用。这些电动力载荷主要由于超导磁体与水冷磁体之间的加工与装配尺寸误差导致它们的磁中心不重合而引起，这些误差可分为轴向误差(ΔZ)、径向误差(ΔR)和中心轴夹角误差（Δθ）。轴向误差可引起线圈之间沿轴向电动力F_z，径向误差可引起径向电动力F_R，中心轴夹角误差可引起倾覆力矩M_θ。另外还可能是由于水冷磁体中Bitter片大范围短路，如一半水冷磁体失效这种特殊情况的发生，这会使水冷磁体磁中心沿轴向产生较大偏差，从而使超导磁体产生巨大轴向电动力（约270吨拉/压载荷）；等等。这些复杂的组合载荷需要通过支撑装置传递至杜瓦底座。此外，该支撑装置同时连接着4.5K低温端（即超导磁体）和常温端（即杜瓦底座），两个端面之间有很大温度梯度，它作为导热媒介会对4.5K低温端产生较大传导漏热，这样额外地增加了氦制冷机的能力与运行成本。因此，外超导磁体支撑装置不仅要有足够的机械强度以保证超导磁体在各种工况下的安全稳定运行，同时还要尽量减少其对超导磁体4.5K低温端产生的漏热量。

一种40-T级混合磁体外超导磁体高强环氧筒式支撑装置，充分考虑了高强度与低漏热相结合的原则，一方面可为混合磁体外超导磁体提供有效且可靠的支撑，以保证超导磁体能够正常运行；另一方面最大程度上降低了对外超导磁体4.5K液氦温区的传导漏热，并使其漏热量控制在合理范围。目前国外如美国国家强磁场实验室45T混合磁体外超导磁体系统中支撑装置采用变截面的筒式高强不锈钢结构，该结构保证具有足够的强度但漏热量较大；目前国内并未研制出同类型超导磁体系统，已有的少数大型超导磁体系统，如EAST超导托卡马克实验装置中纵场超导磁体系统采用16个分离的高强不锈钢板式与环氧筒式相结合的柔性结构；因此本发明的超导磁体支撑装置可为以后其他类似的承受各种复杂载荷的大型超导磁体系统支撑结构的研制提供很好的借鉴。

发明内容

本发明的目的为40-T级混合磁体外超导磁体提供一种高强度低漏热支撑装置，首先解决40-T级混合磁体外超导磁体在正常运行和故障态时所受到的巨大的电磁力对磁体系统造成负面影响的问题，以提高机械稳定性和运行稳定性；其次最大程度上减少对液氦温区的传导漏热，以最经济的方式降低运行成本。

本发明采用的技术方案是：

一种高强度低漏热的超导磁体支撑装置，其特征在于：包括有上端板、环氧支撑筒、下端板、液氮冷却管路，上端板的下端面上垂直设有上环形衬板、上环形内侧连接板，上环形衬板的内径大于上环形内侧连接板的内径，上环形衬板与上环形内侧连接板之间留有缝隙；下端板的上端面上垂直设有下环形衬板、下环形内侧连接板，下环形衬板的内径大于下环形内侧连接板的内径，下环形衬板与上环形内侧连接板之间留有缝隙；环氧支撑筒的上、下端内侧分别设有环形凸起，两个环形凸起中分别设有不锈钢圆环，上、下环形内侧连接板的外侧壁上分别设有与环氧支撑筒上的环形凸起相配合的环形凹槽；上环形衬板、上环形内侧连接板与下环形衬板、下环形内侧连接板分别通过螺栓、抗剪定位销卡设在环氧支撑筒的上、下端；环氧支撑筒中部设有液氮冷却管路。

所述的一种高强度低漏热的超导磁体支撑装置，其特征在于：所述的螺栓采用两组共48个M24mm六角头铰制孔用螺栓，抗剪定位销采用两组共24个?20mm抗剪定位销。