核聚变装置超导磁体多层多匝螺旋线圈绝缘自动包绕方法及系统制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种核聚变装置超导磁体多层多匝螺旋线圈绝缘自动包绕方法及系统，使用起吊设备将线圈吊运至线圈运送机构上，线圈运送机构移动至线圈起降机构之下，线圈起降机构将线圈从线圈运送机构上托起；线圈运送机构从线圈起降机构下方移开，将包绕机构移动至线圈起降机构之下，线圈起降机构放线，包绕机构向线圈螺旋方向旋转对线圈进行绝缘包绕。在包绕机构下方设置模具平台，包绕完成的线圈落在模具平台上，完成包绕的线圈从线圈起降机构下方移出，起吊设备将完成包绕的线圈吊离。使用自动包绕系统降低了劳动强度，提高了工作效率，其结构简单、设计合理，提高了线圈质量，保证了核聚变装置的稳定性。核聚变装置的稳定性。核聚变装置的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
核聚变装置超导磁体多层多匝螺旋线圈绝缘自动包绕方法及系统


[0001]本专利技术涉及核聚变
，更具体地，涉及一种核聚变装置超导磁体多层多匝螺旋线圈绝缘自动包绕方法及系统。

技术介绍

[0002]核聚变能凭借资源无限、清洁环保、不产生高放射性核废料等优点，成为人类未来的理想新能源。国际热核聚变实验堆ITER计划是当今世界最大的多边国际科技合作项目之一，其目的是通过建造反应堆级核聚变装置，验证和平利用核聚变发电的科学和工程技术可行性，是实现未来商业用聚变能的关键一步。核聚变装置超导磁体的线圈是超重要的大型部件，其中有一种线圈为多层多匝的螺旋线圈，重量高达15吨以上，甚至达到几百吨。现有技术常采用人工的方式对线圈进行绝缘带包绕。可想而知，重达15吨的线圈，体积大、重量高，人工包绕的方式无法控制质量，且所需要的操作空间大，因此空间也受限。核聚变装置整体体积大，设备多，在检修时，往往耗时耗力，线圈作为核聚变装置的重要部件，出现质量问题，将会影响整个装置的运转。
[0003]经检索，以下专利跟核聚变装置超导磁体线圈绝缘相关：
[0004]1、专利号为202120529699.6，专利名称为一种超大螺旋跨匝线圈绕组绝缘包绕的拉开落模成型设备，本技术涉及超导模型线圈的加工
，特别涉及一种超大螺旋跨匝线圈绕组绝缘包绕的拉开落模成型设备，包括支撑门架、上部支撑平台、下部落模平台、线圈吊装平行机构、内伸缩平台机构、外伸缩平台机构、线圈拉开旋转机架、线圈支撑内靠模、线圈支撑外靠模、下平台辅助支撑机构、上平台辅助支撑机构和电动升降机；本技术可直接完成CFETR中心螺管模型线圈(CSMC)中经热处理后的Nb3 Sn内外线圈绕组导体逐层拉开落模，弥补了国内大尺寸、特殊成型结构的超导磁体线圈无法实施拉开包绝缘后重新入模的实施思路，且该设备可以完成保证落模后的磁体线圈满足特殊的尺寸精度及不会导致导体的截面变形，设备使用方便，并适合类似结构磁体线圈的工况使用。
[0005]2、专利号为201811593003.5，专利名称为一种超导磁体氦进管绝缘处理方法。磁体结构呈T形的变截面结构，在磁体不规则形状处填补G10，降低了因不规则形状带来的绝缘处理难度，为减小因形状不规则带来的绝缘处理缺陷而带来的绝缘电学性能下降，通过在金属导管周围设计并铺设裙摆形绝缘材料来弥补。本专利技术的特点是，绝缘结构简单，适用于T形变截面结构的超导磁体在真空压力浸渍前的绝缘材料包裹处理，满足复杂结构超导磁体在低温、真空环境下的高压绝缘特殊要求。
[0006]3、专利号为201811593061.8，专利名称为一种Y型尾端结构的超导磁体出线端的绝缘处理工艺。本专利技术公开了一种Y型尾端结构的超导磁体出线尾端的绝缘处理方法，根据出线尾端的特殊形状，在出线尾端上包绕绝缘叠包进行绝缘处理。本专利技术为线圈具备Y型几何结构的导体表面绝缘材料尺寸均匀和全包覆提供一种切实可行的解决方案。本专利技术的结构简单，能够保证绝缘强度及尺寸上的要求。
[0007]4、专利号为201910776517.2，专利名称为一种用于超导磁体S弯出线根部体绝缘处理工艺。对磁体S弯出线根部的绝缘，通过G10填充块进行填补，按照GKG结构在其部位紧密包裹住，最后固化成一整体。形成密闭的绝缘结构。本专利技术的结构特点是针对特殊部位绝缘处理的包绕，需要满足低温、真空耐电压的特殊要求。
[0008]以上所述的第1个专利，可直接完成CFETR中心螺管模型线圈(CSMC)中经热处理后的Nb3 Sn内外线圈绕组导体逐层拉开落模弥补了国内大尺寸、特殊成型结构的超导磁体线圈无法实施拉开包绝缘后重新入模的实施思路，且该设备可以完成保证落模后的磁体线圈满足特殊的尺寸精度及不会导致导体的截面变形，设备使用方便，并适合类似结构磁体线圈的工况使用。实际上，该设备公开了一种自动放线的设备，能实现大尺寸线圈的放线，但是该设备只实现了自动放线，放线后包绕线圈绝缘时，还是采用人工的方式，并且放线设备结构复杂，只在一定程度上降低了包绕线圈绝缘时的劳动强度。大尺寸线圈的吊装、线圈整形、绝缘包绕都没有涉及。其余三个专利虽涉及超导磁体线圈的绝缘包绕，但都未涉及整个线圈的绝缘包绕。

技术实现思路

[0009]本专利技术要解决的技术问题是针对核聚变超导磁体的线圈体积大、重量高，人工包绕质量难以保证、包绕周期长的不足，提供一种核聚变装置超导磁体多层多匝螺旋线圈绝缘自动包绕方法及系统。
[0010]一种核聚变装置超导磁体多层多匝螺旋线圈绝缘自动包绕方法，使用起吊设备将线圈吊运至线圈运送机构上，线圈运送机构移动至线圈起降机构之下，线圈起降机构将线圈从线圈运送机构上托起；线圈起降机构将线圈托起后，线圈运送机构从线圈起降机构下方移开，将包绕机构移动至线圈起降机构之下，线圈起降机构放线，包绕机构向线圈螺旋方向旋转对线圈进行绝缘包绕；线圈起降机构放线的速度与包绕机构的旋转速度相匹配。
[0011]进一步地，在包绕机构下方设置模具平台，包绕完成的线圈落在以包绕机构旋转中心为中心的模具平台上，设置于模具平台上的模具整形组件对落下来的线圈限位；完成包绕的线圈从线圈起降机构下方移出，起吊设备将完成包绕的线圈吊离。
[0012]进一步地，在所述包绕机构上设置线夹和包带头，线夹和包带头根据螺旋型线圈的螺旋方向布置，包带头的数量等于线圈绝缘带的层数，包带头排列顺序与绝缘带的包绕顺序一致；每个包带头的两侧分别至少布置一个线夹，使包带头垂直方向的位置固定，使线圈在层间过渡时不需要对包带头的垂直方向位置进行调节。
[0013]更进一步地，所述包带头能以包绕机构的旋转中心为圆心径向移动，在匝间过渡和层间过渡时，包带头沿径向移动。
[0014]进一步地，测量包绕机构旋转中心至包带头旋转中心的距离为R，已知包绕机构的旋转角速度为ω，求得包带头的切向速度v＝Rω，根据包带要求的叠包率为η，绝缘带宽为W，求得包带头转速通过控制包带头转速v，保证叠包率为设定的数值。
[0015]进一步地，直接使用工具测量包带头的行程，行程除以包带头运行时间获得包带头的行走速度，即为所述切向速度v，使用公式通过控制包带头转速v，保证叠包率为设定的数值。
[0016]进一步地，在模具平台的下方设置提升组件，随着模具平台上线圈越堆越高，提升组件驱动模具平台逐渐下降，避免完成包绕的线圈对线圈起降机构放下来的线圈造成干扰。
[0017]本专利技术还提供一种核聚变装置超导磁体多层多匝螺旋线圈绝缘自动包绕系统，包括：线圈运送机构、包绕机构、线圈起降机构、底座和控制系统；起吊装置将线圈吊送至线圈运送机构上；线圈运送机构和包绕机构安装于底座上，并能沿底座来回移动，线圈起降机构悬架于线圈运送机构和包绕机构之上；控制系统对线圈运送机构、线圈起降机构、包绕机构和底座的动作进行控制。
[0018]进一步地，线圈起降机构包括支撑门架系统和线圈起降组件，线圈起降组件安装于支撑门架系统，支撑门架系统包括顶面平台和用于支撑顶面平台的立柱，支撑门架系统立于地面上，使线圈起本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种核聚变装置超导磁体多层多匝螺旋线圈绝缘自动包绕方法，其特征在于，使用起吊设备将线圈吊运至线圈运送机构上，线圈运送机构移动至线圈起降机构之下，线圈起降机构将线圈从线圈运送机构上托起；线圈起降机构将线圈托起后，线圈运送机构从线圈起降机构下方移开，将包绕机构移动至线圈起降机构之下，线圈起降机构放线，包绕机构向线圈螺旋方向旋转对线圈进行绝缘包绕；线圈起降机构放线的速度与包绕机构的旋转速度相匹配。2.根据权利要求1所述的核聚变装置超导磁体多层多匝螺旋线圈绝缘自动包绕方法，其特征在于，在包绕机构下方设置模具平台，包绕完成的线圈落在以包绕机构旋转中心为中心的模具平台上，设置于模具平台上的模具整形组件对落下来的线圈限位；完成包绕的线圈从线圈起降机构下方移出，起吊设备将完成包绕的线圈吊离。3.根据权利要求1所述的核聚变装置超导磁体多层多匝螺旋线圈绝缘自动包绕方法，其特征在于，在所述包绕机构上设置线夹和包带头，线夹和包带头根据螺旋型线圈的螺旋方向布置，包带头的数量等于线圈绝缘带的层数，包带头排列顺序与绝缘带的包绕顺序一致；每个包带头的两侧分别至少布置一个线夹，使包带头垂直方向的位置固定，使线圈在层间过渡时不需要对包带头的垂直方向位置进行调节。4.根据权利要求3所述的核聚变装置超导磁体多层多匝螺旋线圈绝缘自动包绕方法，其特征在于，所述包带头能以包绕机构的旋转中心为圆心径向移动，在匝间过渡和层间过渡时，包带头沿径向移动。5.根据权利要求4所述的核聚变装置超导磁体多层多匝螺旋线圈绝缘自动包绕方法，其特征在于，测量包绕机构旋转中心至包带头旋转中心的距离为R，已知包绕机构的旋转角速度为ω，求得包带头的切向速度v＝Rω，根据包带要求的叠包率为η，绝缘带宽为W，求得包带头转速通过控制包带头转速v，保证叠包率为设定的数值。6.根据权利要求5所述的核聚变装置超导磁体多层多匝螺旋线圈绝缘自动包绕方法，其特征在于，直接使用工具测量包带头的行程，行程除以包带头运行时间获得包带头的行走速度，即为所述切向速度v，使用公式通过控制包带头转速v，保证叠包率为设定的数值。7.根据权利要求2所述的核聚变装置超导磁体多层多匝螺旋线圈绝缘自动包绕方法，其特征在于，在模具平台的下方设置提升组件，随着模具平台上线圈越堆越高，提升组件驱动模具平台逐渐下降，避免完成包绕的线圈对线圈起降机构放下来的线圈造成干扰。8.一种实现权利要求1～7任一项所述核聚变装置超导磁体多层多匝螺旋线圈绝缘自动包绕方法的装置，其特征在于，包括：线圈运送机构、包绕机构、线圈起降机构、底座和控制系统；线圈运送机构和包绕机构安装于底座上，并能沿底座来回移动，线圈起降机构悬架于线圈运送机构和包绕机构之上；控制系统对线圈运送机构、包绕机构、线圈起降机构和底座的动作进行控制。9.根据权利要求8所述的核聚变装置超导磁体多层多匝螺旋线圈绝缘自动包绕系统，其特征在于，线圈起降机构包括支撑门架系统和线圈起降组件，线圈起降组件安装于支撑
门架系统，支撑门架系统包括顶面平台和用于支撑顶面平台的立柱，支撑门架系统立于地面上，使线圈起降组件悬架于线圈运送结构和包绕机构之上；线圈起降组件包括驱动装置一和托盘结构，驱动装置一安装于顶面平台；线圈起降组件包括内外两层放线装置，每个放线装置包括驱动装置一和托盘结构，托盘结构与驱动装置一的输出端连接；托盘结构包括驱动装置二和伸缩托盘，伸缩托盘的伸缩长度大于等于线圈的宽度；驱动装置一驱动托盘结构升降，驱动装置二驱动伸缩托盘伸入线圈底部将线圈托住；内层的伸缩托盘从线圈中心孔伸入线圈底部，外层伸缩托盘从线圈外侧伸入线圈底部。10.根据权利要求8所述的核聚变装置超导磁体多层多匝螺旋线圈绝缘自动包绕系统，其特征在于，包绕机构包括旋转组件、模具平台、包带组件和安装座，旋转组件和模具平台安装于安装座上，安装座安装于底座上；旋转组件穿过模具平台的中心、并与模具平台之间具有间隙，包带组件安装于旋转组件，并位于模具平台之上；包带组件包括线夹和包带头，线夹和包带头均安装于旋转组件上，旋转组件旋转带动线夹和包带头旋转，线夹夹住螺旋线，包带头对螺旋线包带，包带头的数量等于线圈绝缘带的层数，包带头排列顺序与绝缘带的包绕顺序一致；每个包带头的两侧分别至少布置有一个线夹；线夹和包带头根据螺旋型线圈的螺旋方向布置；包完绝缘带的螺旋线落位于模具平台上。11.根据权利要求8所述的核聚变装置超导磁体多层多匝螺旋线圈绝缘自动包绕系统，其特征在于，线圈运送机构包括所述的模具平台和所述的安...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴军，邓泉，戴林强，刘树文，汤尧清，
申请(专利权)人：株洲南方机电制造有限公司，
类型：发明
国别省市：