多层同轴套管结构的超导磁体电流引线制造技术

多层同轴套管结构的超导磁体电流引线，属于一种电流引线。本发明专利技术管座（２）由一组与同轴套管（１）上薄壁金属导体管（１－１）的数量相同的金属块（２－１）组成，每个金属块（２－１）的中心位置都设置有一个中心孔（２－１－１），所述导体管（１－１）的端头设置在金属块（２－１）的中心孔处；纵向叠加后的金属块（２－１）上的小孔（２－１－２）上下相通形成气体通道，最上端的金属块包覆其它所有金属块从而形成复合式管座（２）；在金属接线柱（３）上焊接有超导导线（４）。本发明专利技术具有单位截面上电流密度大，单位长度上换热面积大，低温端冷质量大，对低温端漏热量小等优点，它是一种结构简单，换热效率高，冷端漏热小，加工方便，设计新颖的机械装置，利于推广应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属高能物理、应用超导、制冷与低温学领域，涉及一种与超导磁体线圈配合使用的电流引线。
技术介绍
用于现代高能实验物理研究的超导磁体线圈常工作在数千安培电流及液氦温度下，需要一种特殊装置既能承载大电流，将室温电源与低温线圈联接起来又要尽量减少对低温端的热负荷。这种装置称作超导磁体的电流引线。目前多采用铌钛合金导线制造超导线圈，超导线圈工作在超低温下，由液氦或氦制冷机提供冷量。在4.2K温度下，每提供1W冷量，制冷机约需数百瓦的电功率，提供液氦温度环境造价极其昂贵。所以减小低温下的热负荷，对降低运行成本非常重要。电流引线一端连接室温电缆，另一端连接低温超导导线，是进入超导磁体恒温器的主要外部热源之一。通过电流引线的漏热包括从高温到低温的导热和电流通过引线时产生的焦尔热。电流引线的冷却通常使用低温氦气，通过对流换热将热量带走。对于输送特定电流的电流引线，提高对流换热效率和在特定电流密度下增大换热面积是设计电流引线的关键。同时还要求电流引线结构紧凑、易于加工。目前大型超导磁体中使用的电流引线有上百种，较典型的，是螺旋翅片棒结构，即在金属棒表面加工螺旋槽，使氦气流过螺旋槽时将金属棒产生的焦耳热带走。通过优化电流截面积和气流旋槽尺寸，可以做出满足各种工作电流要求的电流引线。但是，按照优化后的电流截面积与气流旋槽尺寸设计的电流引线，往往是直径细、翅片宽、而杆过长，加工很困难，特别是在大电流引线的情况。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种为超导磁体线圈输送大额量电流、两端处于室温与超低温之间的电流引线，本专利技术的电流引线包括同轴多层薄壁金属套管1，它还包括多层金属复合式管座2和金属接线柱3，所述管座2由一组与同轴套管1上薄壁金属导体管1-1的数量相同的金属块2-1组成，每个金属块2-1的中心位置都设置有一个中心孔2-1-1，中心孔2-1-1的直径与其相联接的导体管1-1的外径相同，所述导体管1-1的端头设置在金属块2-1的中心孔处；除设置在最上端的金属块外，其余所有金属块上都设置有一组与中心孔平行的小孔2-1-2，所有金属块2-1都纵向叠加，纵向叠加后的金属块2-1上的小孔2-1-2上下相通形成气体通道，最上端的金属块包覆其它所有金属块从而形成复合式管座2；所述金属接线柱3镶嵌在直径最小的导体管1-1的内部下端，金属接线柱3的外径等于直径最小导体管1-1的内径，在金属接线柱3上焊接有超导导线4。本专利技术的电流引线采用了多层套管结构和多层管座结构的配套结构。多层同轴套管结构电流引线采用多个薄壁金属管作电流载体，多层管壁间的环形通道为氦气通道。本专利技术电流引线的多层结构可以加大换热面积，由薄壁圆管加强结构刚度，可根据需要选择适当的型材来满足各种工作电流要求的电流引线。本专利技术多层同轴套管结构的超导磁体电流引线是一种结构简单，换热效率高，冷端漏热小，运行安全，加工方便，设计新颖的机械装置。本专利技术的铜座能实现两个的目一.分配(冷端)或者收集(热端)冷却气体，使套管间环形冷却通道的冷却气体流量分配合理；二.利用此铜座的“冷沉”效应，在冷却气体消失时，延长引线冷端温度上升到超导导线失超温度的时间。三.实心铜柱与冷端输送冷却气体的管路同轴，焊接于引线冷端底部，超导磁体的超导导线焊接其上，经过科学测算足以保证两者间的接触面积，减小接触电阻，从而减小由电阻引起的焦耳热。在导体管内冷却气体流动突然中断，但仍有电流通过的情况下，由于冷端铜座质量较大，具有大的冷沉，所以在较长的一段时间内，与超导导线相联接的铜棒温度都能保持在超导导线失超临界温度以下。本专利技术结构简单，易于加工，制造成本低，可方便控制各环形冷却通道内冷却气体质量流量的比例该设计由不同直径与厚度的铜管和金属块组成，标准铜管可在市场上方便买到。金属块为一定厚度的盘形，中间孔径与所焊圆管外径相同。在金属块上与中心孔平行的周向平均分布有多个小孔，可以使冷却气体通过。一部分氦气通过金属块间的间隔进入引线冷却通道，另一部分通过金属块的这些小孔进入下一个间隔，从而达到分配所有冷却气体的目的。本专利技术通过控制各金属块小孔的大小，可调节各冷却通道冷却气体流量的比例，使引线整体冷却效果更佳。本专利技术对输送不同大小电流的通用性好可根据输送电流的大小增减圆管数量及每根管的壁厚、管径。如电流较大，可以通过增加套管数量，或者增加套管的直径与壁厚来增加导电面积，减小电阻所引起的焦尔热。对于一定电流和导电面积，可以通过减小管径与壁厚，同时增加套管数量的办法增大冷却气体与导体间的换热面积，从而使两者间换热充分，达到对低温恒温器漏热最小化之目的。本专利技术冷却气体与导体间换热面积大，换热效率高，对低温恒温器漏热小，所需冷却气体质量流量小由于套管间的环形冷却通道间隔较小，所以导体的润湿面积大；冷却气体经吸热升温后，很快便由层流进入紊流状态，加强了换热。由于换热效率高，所以所需的冷却气体流量相应减小。附图说明图1是本专利技术的结构示意图，图2是图1的I处放大图，图3是图1的A-A剖视图。图4是本专利技术多层金属复合式管座2的结构示意图，图5是具体实施方式五中SIR磁体1600A电流引线在载荷为1600A，2000A，2200A时的温度分布示意图。具体实施例方式具体实施方式一现代高能物理研究中的超导磁体线圈需要工作在约4.5K的液氦温区，为了减少低温下的热负荷，它通过电流引线和处于室温的电源连接。冷却气体沿冷却通道通过对流冷却电流引线，冷却气体吸收后温度逐渐升高，在电流引线热端变成室温后返回到冷却循环系统。本专利技术多层同轴套管结构的超导磁体电流引线包括同轴多层薄壁金属套管1，参照图1、图2、图3，本专利技术还包括多层金属复合式管座2和金属接线柱3，所述管座2由一组与同轴套管1上薄壁金属导体管1-1的数量相同的金属块2-1组成，每个金属块2-1的中心位置都设置有一个中心孔2-1-1，中心孔2-1-1的直径与其相联接的导体管1-1的外径相同，所述导体管1-1的端头设置在金属块2-1的中心孔处；除设置在最上端的金属块外，其余所有金属块上都设置有一组与中心孔平行的小孔2-1-2，所有金属块2-1都纵向叠加，纵向叠加后的金属块2-1上的小孔2-1-2上下相通形成气体通道，最上端的金属块包覆其它所有金属块从而形成复合式管座2；所述金属接线柱3镶嵌在直径最小的导体管1-1的内部下端，金属接线柱3的外径等于直径最小导体管1-1的内径，在金属接线柱3上焊接有超导导线4。具体实施方式二参照图2、图4，本实施方式在每个金属块2-1上周向平均分布有四至六个小孔2-1-2，以使冷却气体通过，所有的气体都通过不同金属块2-1上相互连通的小孔2-1-2分配后进入不同的引线通道内，在相邻两个金属块2-1上的小孔2-1-2之间设有方便气体分配的连接凹槽2-1-3，凹槽2-1-3可以只在间隔的两个金属块上设置，也可以在全部的金属块上都设置，但无论怎样设置，都应保证凹槽与上、下小孔之间连接性好，并且便于气体流通，从而更好的达到分配所有冷却气体的目的。本实施方式中，同轴多层薄壁金属套管1、多层金属复合式管座2以及金属接线柱3的材质都为铜。具体实施方式三参照图1的B部分，本实施方式由最下端的金属块包覆其它所有金属块从而形成复合式管座2，复合式管座2的材质可以是铜，也可使本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多层同轴套管结构的超导磁体电流引线，它包括同轴多层薄壁金属套管（１），其特征在于它还包括多层金属复合式管座（２）和金属接线柱（３），所述管座（２）由一组与同轴套管（１）上薄壁金属导体管（１－１）的数量相同的金属块（２－１）组成，每个金属块（２－１）的中心位置都设置有一个中心孔（２－１－１），中心孔（２－１－１）的直径与其相联接的导体管（１－１）的外径相同，所述导体管（１－１）的端头设置在金属块（２－１）的中心孔处；除设置在最上端的金属块外，其余所有金属块上都设置有一组与中心孔平行的小孔（２－１－２），所有金属块（２－１）都纵向叠加，纵向叠加后的金属块（２－１）上的小孔（２－１－２）上下相通形成气体通道，最上端的金属块包覆其它所有金属块从而形成复合式管座（２）；所述金属接线柱（３）镶嵌在直径最小的导体管（１－１）的内部下端，金属接线柱（３）的外径等于直径最小导体管（１－１）的内径，在金属接线柱（３）上焊接有超导导线（４）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：贾林祥，
申请(专利权)人：贾林祥，
类型：发明
国别省市：93[]