[发明专利]一种用于超导磁体的小弯曲半径低损耗柔性支撑超导电缆

说明书

本发明提出一种用于超导磁体的小弯曲半径低损耗柔性支撑超导电缆，由内至外依次包括中心冷却管、电缆稳定层，超导层以及电缆保护层；中心冷却管为螺旋管，螺旋管的管线外表面设置为具有第一预定宽度的平整的表面；在所述螺旋管平整的外表面以第一预定的小角度绕制有导电带材组成的电缆稳定层，电缆稳定层的带材之间轴向上留有预定间隙；在电缆稳定层上绕制有超导层，超导层的带材之间轴向上也留有预定间隙；且螺旋管外表面管线之间留有第二预定宽度的缝隙，且缝隙值小于稳定层所采用的带材宽度；通过缝隙以及电缆稳定层、超导层的预定间隙，使得冷却介质在超导电缆的超导层和稳定层之间进行流通，以使得冷却介质能够直接接触到超导层和电缆稳定层。

技术领域

本发明涉及小曲率半径、高强度、易冷却需求的超导导体领域，尤其涉及一种用于超导磁体的小弯曲半径低损耗柔性支撑超导电缆。

背景技术

超导材料的发展极大的推动着电力传输、交通运输、先进医疗、科学研究及其他强磁场装置的发展，譬如对核聚变、粒子加速器等装置来说，磁体系统是其关键组成部分，其未来的需求特点是大电流、强磁场。对于这种大电流、强磁场超导磁体主要由管内电缆(CICC)型导体绕制而成，其中超导导体设计主要是基于目前实现产业化发展的实用化超导材料，主要为低温超导线材(如Nb₃Sn，NbTi等)。近些年，随着高温超导材料技术的发展，充分显示了其在强磁场应用领域的诱人前景，但是其主要为带材结构(如以Bi2223为代表的一代Bi系带材、以YBCO为代表的二代涂层导体以及铁基超导带材等)，具有各向异性，这给其大型CICC电缆的设计与实际应用带来了很大的困难，因此，国内外基于第二代高温超导带材的高场应用超导电缆结构设计先后提出包括有Roeble电缆、圆形扭绞堆叠结构(TSTC)电缆及螺旋形复合结构(CORC)电缆、堆叠的准各向同性电缆以及锡焊堆叠方形(3S)电缆在内的多种导体结构设计，并开展了大量的研制与应用性能研究，但是以上电缆结构设计在应用于未来的聚变堆、加速器等大型超导磁体方面仍然存在很大的局限性，主要体现在：1)电缆弯曲或者多级扭绞的过程中会出现载流性能衰退的现象；2)在大型磁体运行过程中，需要采用导体内部迫流冷却的方式对整个磁体进行冷却，以确保整个超导电缆的运行温度满足设计需求。除此之外，运行于大电流、强磁场环境的超导磁体需要承受高的电磁负载，因此，对于超导电缆的结构设计需要使其具有高强度，以抵抗导体在运行过程中的电磁负载，避免或者降低其在高电磁负载下的运行性能衰退现象。

发明内容

为了解决这些问题，本发明提出了一种用于超导磁体的小弯曲半径低损耗柔性支撑超导电缆，其具有高柔韧性，易弯曲，且下临界弯曲直径与导体外径比率可以达到6(弯曲直径/导体外径)以上性能无衰退；此外，该导体结构设计采用高强度不锈钢材料制成的螺旋型管作为中心通道，在确保导体的横向刚度，使其能够抵抗高复载电磁应力的作用的同时，满足中心留有冷却通道的需求，其在应用过程中能够实现从电缆内部迫流冷却，具有易冷却且需求冷却介质少的特点，使得其适用于未来聚变堆、强磁场、加速器等装置在内的多领域大电流、强磁场应用。

本发明能满足超导导体在大型超导磁体制造和应用过程中的小曲率半径弯曲、高电磁负载以及提供冷却介质通道等在内的多种应用需求问题。

本发明的技术方案为：一种用于超导磁体的小弯曲半径低损耗柔性支撑超导电缆，由内至外依次包括中心冷却管、电缆稳定层，超导层以及电缆保护层；

其中，所述的中心冷却管为螺旋管，所述螺旋管的管线外表面设置为具有第一预定宽度(2-10mm)的平整的表面，在平整表面的两侧为圆角结构，可以称之为“鱼背形”结构；在所述螺旋管平整的外表面以第一预定的小角度绕制有高导电带材组成的电缆稳定层，电缆稳定层的带材之间轴向上留有预定间隙；在所述电缆稳定层上以第二预定小角度绕制有所述超导层，超导层的带材之间轴向上也留有预定间隙；所述第一预定小角度和第二预定小角度为：35-60度；