高强度低漏热支撑结构及具有其的超导磁体制造技术

本实用新型专利技术提供了一种高强度低漏热支撑结构及具有其的超导磁体，该支撑结构包括依次连接的第一端部支撑段、中部支撑段和第二端部支撑段，高强度低漏热支撑结构具有空心腔体，第一端部支撑段具有多个第一端部腔体，多个第一端部腔体设置在第一端部支撑段的与第一外杜瓦连接的端面；第二端部支撑段具有多个第二端部腔体，多个第二端部腔体设置在第二端部支撑段的与第二外杜瓦连接的端面；中部支撑段具有多个第三中部腔体，第一、第二端部腔体和第三中部腔体将支撑结构分隔为由多段构成，高强度低漏热支撑结构的沿轴线方向的横截面形状为中国结形状。应用本实用新型专利技术的技术方案，以解决现有技术中支撑结构不能兼顾强度和热负载的技术问题。载的技术问题。载的技术问题。

【技术实现步骤摘要】
高强度低漏热支撑结构及具有其的超导磁体


[0001]本技术涉及动态超导磁体
，尤其涉及一种高强度低漏热支撑结构及具有其的超导磁体。

技术介绍

[0002]超导磁体由于有高的电流密度，可以形成较大的磁场，质量轻，体积小，低损耗等优势，目前已在诸如核聚变，加速器，MRI等领域广泛应用，磁体的几何尺寸往往没有限制，低温端到室温端有足够的导热路径，而且这些领域的超导磁体均运行在静态环境下，支撑结构也容易满足材料的强度要求，然而目前动态环境下的超导磁体，例如高动态载荷下的磁悬浮列车和电磁推进，作为动子的超导磁体，通直流电，在与通交流电的地面线圈常导直线电机的相互作用下，产生电磁力，电磁力的分量可进行悬浮、推进与导向。磁体虽然悬浮，但由于受到电磁气隙的约束，超导磁体的支撑漏热路径非常短，动态载荷对强度的要求也非常高，尤其对于双边结构的磁悬浮系统和电磁推进，这将产生巨大的漏热，导致磁体失超。
[0003]超导体的三大临界条件，临界温度，临界磁场，临界电流，即只有在临界温度和磁场以下，线圈才具有一定的载流能力，而在励磁加电之前，临界温度是超导磁体的先决条件，磁体通过冷工质液氦(低温线圈)，液氮(高温线圈)或者制冷机冷却超导线圈，用于固定超导线圈和磁体外杜瓦的支撑结构必然会产生一定的漏热，当冷量大于漏热时，磁体可以满足临界温度要求，当冷量小于漏热时，磁体将不能进入超导态，没有载流能力。
[0004]超导磁体所产生的电磁力通过线圈骨架内杜瓦、支撑结构，最终将力传到外杜瓦上，支撑结构的材料通常选择低漏热高强度的复合材料，钛合金，碳纤维，玻璃纤维。
[0005]此外，对于线圈和冷屏的冷却方式，有可能还需要在线圈骨架和内杜瓦之间，内杜瓦和冷屏之间加冷却管路，这将提高整个超导磁体的支撑难度。
[0006]目前常用的支撑结构为拉杆，吊杆，常用材料为复合材料、不锈钢、碳纤维，复合材料漏热最低，但强度较低，很难高动态强载荷情况下，不锈钢加工及工艺性能较好，强度适中，但质量最大，这与悬浮推进本意不服，碳纤维结构强度较高，漏热低，但碳纤维加工工艺不好，钛合金强度高，结构轻，但漏热较大。目前没有合适的低漏热高强度的材料。目前的支撑结构多采用直杆，法兰结构。
[0007]目前的动态超导磁体采用的支撑结构，不能兼顾强度和热负载，在满足强度的条件下，漏热较大，需要通过加大液氦容量，液氦价格昂贵，无疑增大成本；而在满足热负载的支撑结构，往往承力不足，在动态环境下，易发生支撑件破损，导致磁体失超，甚至造成磁体永久性破坏。而且在材料方面，金属和非金属的各自的优劣较为明显，材料本身难以突破，对此，需要在支撑件的结构上进行突破。

技术实现思路

[0008]本技术提供了一种高强度低漏热支撑结构及具有其的超导磁体，能够解决现
有技术中支撑结构不能兼顾强度和热负载的技术问题。
[0009]根据本技术的一方面，提供了一种用于超导磁体的高强度低漏热支撑结构，高强度低漏热支撑结构包括依次连接的第一端部支撑段、中部支撑段和第二端部支撑段，高强度低漏热支撑结构具有空心腔体，空心腔体设置在第一端部支撑段、中部支撑段和第二端部支撑段的中心位置，第一端部支撑段与超导磁体的第一外杜瓦连接，第二端部支撑段与超导磁体的第二外杜瓦连接，第一端部支撑段具有多个第一端部腔体，多个第一端部腔体设置在第一端部支撑段的与第一外杜瓦连接的端面；第二端部支撑段具有多个第二端部腔体，多个第二端部腔体设置在第二端部支撑段的与第二外杜瓦连接的端面；中部支撑段具有多个第三中部腔体，第一端部腔体、第二端部腔体和第三中部腔体将高强度低漏热支撑结构分隔为由多段构成，高强度低漏热支撑结构的沿轴线方向的横截面形状为中国结形状。
[0010]进一步地，第一端部支撑段、中部支撑段和第二端部支撑段采用3D打印技术一体成型。
[0011]进一步地，第一端部支撑段、中部支撑段和第二端部支撑段采用螺栓依次相连接。
[0012]进一步地，第一端部支撑段具有两个第一端部腔体，两个第一端部腔体同心设置。
[0013]进一步地，第二端部支撑段具有两个第二端部腔体，两个第二端部腔体同心设置。
[0014]进一步地，中部支撑段具有十个第三中部腔体，第一个第三中部腔体、第二个第三中部腔体、第三个第三中部腔体、第四个第三中部腔体、第五个第三中部腔体、第六个第三中部腔体和第七个第三中部腔体沿高强度低漏热支撑结构的轴线方向依次平行设置，第八个第三中部腔体、第九个第三中部腔体和第十个第三中部腔体沿高强度低漏热支撑结构的径向方向平行设置，第一个第三中部腔体、第二个第三中部腔体和第八个第三中部腔体依次相连通，第三个第三中部腔体、第四个第三中部腔体、第五个第三中部腔体和第九个第三中部腔体依次相连通，第六个第三中部腔体、第七个第三中部腔体和第十个第三中部腔体依次相连通。
[0015]根据本技术的另一方面，提供了一种用于超导磁体的高强度低漏热支撑结构，该高强度低漏热支撑结构包括依次连接的第一端部支撑段、中部支撑段和第二端部支撑段，高强度低漏热支撑结构具有空心腔体，空心腔体设置在第一端部支撑段、中部支撑段和第二端部支撑段的中心位置，第一端部支撑段与超导磁体的外杜瓦连接，第二端部支撑段与超导磁体的内杜瓦连接，中部支撑段分别与第一端部支撑段和第二端部支撑段连接，第一端部支撑段具有第一端部腔体，第一端部腔体设置在第一端部支撑段的与外杜瓦连接的端面；第二端部支撑段具有第二端部腔体，第二端部腔体设置在第二端部支撑段的与内杜瓦连接的端面；第一端部支撑段、中部支撑段和第二端部支撑段将高强度低漏热支撑结构分隔为由多段构成，高强度低漏热支撑结构的沿轴线方向的横截面结构形状为中国结形状。
[0016]根据本技术的又一方面，提供了一种超导磁体，该超导磁体包括超导线圈、线圈骨架、内杜瓦、冷屏、外杜瓦和支撑结构，支撑结构为如上所述的支撑结构，超导线圈用于产生磁场，线圈骨架用于固定超导线圈，内杜瓦与线圈骨架连接，支撑结构穿过冷屏分别与内杜瓦和外杜瓦连接。
[0017]进一步地，支撑结构通过焊接与外杜瓦连接；或，支撑结构通过法兰与外杜瓦连
接。
[0018]进一步地，支撑结构的材料包括钛合金材料。
[0019]应用本技术的技术方案，提供了一种用于超导磁体的高强度低漏热支撑结构，该支撑结构通过将其中心部位设置为空心腔体，能够提高支撑结构的强度；通过在第一端部支撑段的与第一外杜瓦连接的端面设置多个第一端部腔体，在第二端部支撑段的与第二外杜瓦连接的端面设置多个第二端部腔体，能够减小支撑结构与外杜瓦之间的接触面积；此外，通过在中部支撑段设置多个第三中部腔体，能够通过第一端部腔体、第二端部腔体和第三中部腔体将高强度低漏热支撑结构分隔为由多段构成，使高强度低漏热支撑结构的沿轴线方向的横截面形状为中国结形状，此种方式能够增加支撑结构的漏热路径，由此降低支撑结构的漏热。因此，本技术所提供的高强度低漏热支撑结构与现有技术相比，其通过减少支撑结构与外杜瓦之间的接触本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于超导磁体的高强度低漏热支撑结构，其特征在于，所述高强度低漏热支撑结构包括依次连接的第一端部支撑段(10)、中部支撑段(20)和第二端部支撑段(30)，所述高强度低漏热支撑结构具有空心腔体(100a)，所述空心腔体(100a)设置在所述第一端部支撑段(10)、所述中部支撑段(20)和所述第二端部支撑段(30)的中心位置，所述第一端部支撑段(10)与超导磁体的第一外杜瓦连接，所述第二端部支撑段(30)与超导磁体的第二外杜瓦连接，所述第一端部支撑段(10)具有多个第一端部腔体(10a)，多个所述第一端部腔体(10a)设置在所述第一端部支撑段(10)的与所述第一外杜瓦连接的端面；所述第二端部支撑段(30)具有多个第二端部腔体(30a)，多个所述第二端部腔体(30a)设置在所述第二端部支撑段(30)的与所述第二外杜瓦连接的端面；所述中部支撑段(20)具有多个第三中部腔体，所述第一端部腔体(10a)、所述第二端部腔体(30a)和所述第三中部腔体将所述高强度低漏热支撑结构分隔为由多段构成，所述高强度低漏热支撑结构的沿轴线方向的横截面形状为中国结形状。2.根据权利要求1所述的用于超导磁体的高强度低漏热支撑结构，其特征在于，所述第一端部支撑段(10)、所述中部支撑段(20)和所述第二端部支撑段(30)采用3D打印技术一体成型。3.根据权利要求1所述的用于超导磁体的高强度低漏热支撑结构，其特征在于，所述第一端部支撑段(10)、所述中部支撑段(20)和所述第二端部支撑段(30)采用螺栓依次相连接。4.根据权利要求1至3中任一项所述的用于超导磁体的高强度低漏热支撑结构，其特征在于，所述第一端部支撑段(10)具有两个第一端部腔体(10a)，两个所述第一端部腔体(10a)同心设置。5.根据权利要求4所述的用于超导磁体的高强度低漏热支撑结构，其特征在于，所述第二端部支撑段(30)具有两个第二端部腔体(30a)，两个所述第二端部腔体(30a)同心设置。6.根据权利要求5所述的用于超导磁体的高强度低漏热支撑结构，其特征在于，所述中部支撑段(20)具有十个第三中部腔体，第一个第三中部腔体(20a)、第二个第三中部腔体(20b)、第三个第三中部腔体(20c)、第四个第三中部腔体(20d)、第五个第三中部腔体(20e)、第六个第三中部腔体(20f)和第七个第三中部腔体(20g)沿所述高强度低漏热支撑结构的轴线方向依次平行设...

【专利技术属性】
技术研发人员：周伟，张艳清，陈慧星，刘旭洋，沈胜兵，陈松，胡良辉，
申请(专利权)人：中国航天科工飞航技术研究院中国航天海鹰机电技术研究院，
类型：新型
国别省市：