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CN102545725B - 一种无液氦挥发的超导磁悬浮装置 - Google Patents

一种无液氦挥发的超导磁悬浮装置 Download PDF

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Abstract

一种无液氦挥发的超导磁悬浮装置，包括低温容器(1)、制冷机(2)、冷屏(3)、液氦容器(4)、超导转子(5)、悬浮线圈(6)、转子腔(7)、输液管(8)、冷凝器(12)和极轴位移传感器(13)。本发明装置通过室温电流引线接头(9)、高温超导电流引线接头(10)和低温超导电流引线接头(11)使悬浮线圈(6)通电后电流引线产生的热量不会传入液氦容器(4)，减小了液氦容器(4)内液氦的挥发。并通过制冷机(2)制冷冷凝器(12)内的氦气液化使液氦容器(4)内的液氦实现零挥发。该装置不用多次输入液氦，可长期独立运行。

Description

一种无液氦挥发的超导磁悬浮装置
技术领域
本发明涉及一种超导磁悬浮装置。
背景技术
超导材料和低温技术的不断发展使得超导技术在各个领域应用越来越广泛，其不断满足我国工业现代化建设的需求，大大提高了各种装备的性能和精度。低温装置是实现超导低温环境的必要装置，低温装置的设计和性能是研究和发展超导仪器设备的基础，有着重要的意义。制冷机及传导冷却技术的发展对低温装置设计结构和应用场合提供了更多的选择，目前制冷机二级冷头的温度可达到4K以下。超导温区大致可分为高温超导和低温超导温区，一般在10K温度以下实现超导态的温区称为低温超导温区，10K以上至100K温度范围实现超导态的温区称为高温超导温区。针对应用场合和应用要求的不同，低温装置可采用液氦制冷、制冷机制冷以及制冷机加液氦制冷等三种形式，若低温装置仅靠液氦制冷，对低温装置漏热的设计要求较高，并且多次输液过程操作繁琐，长期使用运行成本较高。中国专利ZL01226956.5的磁悬浮装置采用液氦制冷，装置漏热导致液氦挥发，需定期补充液氦保持低温环境，不能保证装置长期独立运行。
发明内容
本发明的目的是克服现有磁悬浮装置需多次补充输液、不能长期独立运行的缺点，提供一种制冷机制冷的液氦无挥发的超导磁悬浮装置。该装置能够满足长期独立运行，减少输液繁复性，长期运行成本低。
本发明无液氦挥发的超导磁悬浮装置包括低温容器、制冷机、冷屏、液氦容器、超导转子、悬浮线圈、转子腔、输液管、室温电流引线接头、高温超导电流引线接头、低温超导电流引线接头、冷凝器和极轴位移传感器。所述的制冷机安装在低温容器的上端，低温容器上端还安装有输液管，输液管下端一直延伸到液氦容器内部。超导转子位于转子腔内，在转子腔内的上下端布置了悬浮线圈，转子腔通过拉杆吊装在液氦容器的中心位置，冷凝器安装在转子腔上方的中心位置处，极轴位移传感器安装转子腔内部超导转子的顶部中心位置处，极轴位移传感器探头向下指向超导转子顶部平面。卷筒状的冷屏固定在制冷机的一级冷头的下端，在冷屏筒内布置有液氦容器，液氦容器固定在制冷机的二级冷头的下端。本发明装置通过悬浮线圈产生的电磁场与超导转子相互作用产生的悬浮力使超导转子悬浮。
所述的冷凝器安装在液氦容器内部上端面中心位置处，冷凝器外形为圆筒状，中间设有多条矩形导热齿，导热齿之间具有一定间隙，冷凝器的外表面和导热齿上开有多个通气孔。当液氦容器的液氦有微量挥发时，氦气与冷凝器接触液化后流回液氦容器，使液氦容器的液氦量保持不变，即液氦容器内无液氦挥发。冷凝器由导热性能好的金属材料制成。
所述的室温电流引线接头安装在低温容器的上端面上，室温电流引线接头上端的引线与电源连接，室温电流引线接头下端的引线与高温超导引线接头上端的引线连接。高温超导引线接头安装在冷屏上，通过制冷机一级冷头的冷量冷却高温超导引线接头，使高温超导引线接头的电流引线处于超导态。高温超导引线接头的下端的引线与低温超导引线接头上端的引线连接，低温超导引线接头安装在液氦容器的上盖板上，通过液氦容器冷却低温超导引线接头，使低温超导引线接头的电流引线处于超导态。低温超导引线接头下端的引线连接悬浮线圈。电流引线处于超导态后无电阻，通电后不会产生热量。
本发明电流引线接头包括密封法兰、电流引线、密封介质。密封法兰中心上开有多个密封孔。电流引线穿在密封孔中，将穿有电流引线的密封孔用密封介质完全填充而保证密封良好。密封法兰的下端面即密封面必须平整，通过密封法兰上的螺孔用螺钉将电流引线和低温容器连接和密封。室温电流引线接头内的电流引线采用金属线材，高温超导电流引线接头内的电流引线采用高温超导棒材，低温超导电流引线接头内的电流引线采用低温超导线材。
本发明装置室温电流引线接头的电流引线和高温超导电流引线接头的电流引线通过焊接头连接。高温超导电流引线接头的电流引线和低温超导电流引线接头的电流引线通过超导接头连接。采用超导接头连接是超导线连接的常用方式，通电时超导接头无发热。
本发明通过室温电流引线接头、高温超导电流引线接头、低温超导电流引线接头使悬浮线圈通电后电流引线产生的热量不会传入液氦容器，减小了液氦容器内液氦的挥发。并通过制冷机制冷冷凝器内的氦气液化使液氦容器内的液氦实现零挥发。
附图说明
图1为装置示意图，图中：1低温容器、2制冷机、3冷屏、4液氦容器、5超导转子、6悬浮线圈、7转子腔、8输液管、9、室温电流引线接头、10高温超导电流引线接头、11低温超导电流引线接头、12冷凝器、13极轴位移传感器、14超导接头、15焊接头；
图2为电流引线接头示意图，图中：16电流引线、17填充介质、18密封法兰；
图3为冷凝器示意图，图中：19导热齿、20通气孔。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式进一步说明本发明。
本发明装置包括低温容器1、制冷机2、冷屏3、液氦容器4、超导转子5、悬浮线圈6、转子腔7、输液管8、室温电流引线接头9、高温超导电流引线接头10、低温超导电流引线接头11、冷凝器12和极轴位移传感器13。所述的制冷机2安装在低温容器4的上端，超导转子5位于转子腔7内，转子腔7内上下端布置悬浮线圈6，冷凝器12安装在转子腔7上方中心位置处，极轴位移传感器13安装转子腔7内部超导转子5的顶部中心位置处，极轴位移传感器13探头向下指向超导转子5顶部平面。卷筒状的冷屏3固定在制冷机2的一级冷头的下端，在冷屏3筒内布置有液氦容器4，液氦容器4固定在制冷机2的二级冷头的下端。低温容器1上端还安装有输液管8，输液管8下端一直延伸到液氦容器4内部。
室温电流引线接头9安装在低温容器1的上端面上，室温电流引线接头9上端的引线与电源连接，室温电流引线接头9下端的引线与高温超导引线接头10上端的引线连接，高温超导引线接头10安装在冷屏3上，通过制冷机2一级冷头的冷量冷却高温超导引线接头10，使高温超导引线接头10的电流引线处于超导态。高温超导引线接头10的下端的引线与低温超导引线接头11上端的引线连接，低温超导引线接头11安装在液氦容器4的上盖板上，通过液氦容器4冷却低温超导引线接头11，使低温超导引线接头11的电流引线处于超导态。低温超导引线接头11下端的引线连接悬浮线圈6，超导电流引线处于超导态后无电阻，通电后不会产生热量。室温电流引线接头9内的电流引线采用金属线材制作，高温超导电流引线接头10内的电流引线采用高温超导棒材制作，低温超导电流引线接头11内的电流引线采用铌钛合金低温超导线材制作。室温电流引线接头9的电流引线和高温超导电流引线接头10的电流引线通过焊接头15锡焊连接。焊接头15电阻值很低。高温超导电流引线接头10的电流引线和低温超导电流引线接头11的电流引线通过超导接头14采用超导焊料焊接或直接压接方式连接。超导接头14无电阻，通电不发热。通过室温电流引线接头9、高温超导电流引线接头10、低温超导电流引线接头11使悬浮线圈6通电后电流引线产生的热量不会传入液氦容器4，减小了液氦容器4内液氦15的挥发。
如图2所示，电流引线16、密封介质17、密封法兰18。室温电流引线接头9、高温超导电流引线接头10和低温超导电流引线11，除了电流引线16不同，密封介质17和密封法兰18均相同。密封法兰18中心上开有多个密封孔。电流引线16穿在密封孔中，将穿有电流引线16的密封孔用密封介质17完全填充而保证密封良好。密封法兰18的下端面即密封面必须平整，通过密封法兰18上的螺孔用螺钉将电流引线16和低温容器4连接和密封。
图3为冷凝器剖视图，冷凝器12由导热性良好的金属材料制成。冷凝器12外形为一圆筒状，中间有多条矩形导热齿19，导热齿19之间具有一定间隙，冷凝器12的外表面和导热齿19上开有多个通气孔20。当液氦容器4的液氦有微量挥发时，通过制冷机2制冷冷凝器12，挥发的氦气与冷凝器12接触后液化流回到液氦容器4中，使液氦容器4的液氦量保持不变，实现液氦容器4内无液氦挥发。

Claims (4)

1.一种无液氦挥发的超导磁悬浮装置，所述的磁悬浮装置包括低温容器（1）、制冷机（2）和冷屏（3）；制冷机（2）安装在低温容器（1）的上端，卷筒状的冷屏（3）固定在制冷机（2）的一级冷头的下端，其特征在于所述的磁悬浮装置还包括液氦容器（4）、超导转子（5）、悬浮线圈（6）、转子腔（7）、输液管（8）、室温电流引线接头（9）、高温超导电流引线接头（10）、低温超导电流引线接头（11）、冷凝器（12）和极轴位移传感器（13）；冷屏（3）内布置有液氦容器（4），液氦容器（4）固定在制冷机（2）的二级冷头的下端；低温容器（1）上端还安装有输液管（8），输液管（8）下端延伸至液氦容器（4）内部；超导转子（5）位于转子腔（7）内，在转子腔（7）内的上下端布置有悬浮线圈（6）；极轴位移传感器（13）安装在超导转子（5）的顶部中心位置处，极轴位移传感器探头向下指向超导转子顶部平面；转子腔（7）通过拉杆吊装在液氦容器（4）的中心位置，冷凝器（12）安装在液氦容器（4）内部转子腔（7）上方的中心位置处；室温电流引线接头（9）安装在低温容器（1）的上端面上；室温电流引线接头（9）上端的引线与电源连接，室温电流引线接头（9）下端的引线与高温超导引线接头（10）上端的引线连接，高温超导引线接头（10）安装在冷屏（3）上端面上，通过冷屏（3）冷却高温超导引线接头（10），使高温超导引线接头（10）的电流引线处于超导态；高温超导引线接头（10）下端的引线与低温超导引线接头（11）上端的引线连接，低温超导引线接头（11）安装在液氦容器（4）的上盖板上，通过液氦容器（4）冷却低温超导引线接头（11），使低温超导引线接头（11）的电流引线处于超导态；低温超导引线接头（11）下端的引线连接悬浮线圈（6）；
所述的冷凝器（12）的外形为圆筒状，冷凝器（12）中间设有多条矩形导热齿（19），导热齿（19）之间有一定间隙；冷凝器（12）的外表面和导热齿（19）上开有多个通气孔（20）；冷凝器（12）由金属材料制成。
2.按照权利要求1所述的无液氦挥发的超导磁悬浮装置，其特征在于室温电流引线接头（9）内的电流引线采用金属线材制作，高温超导电流引线接头（10）内的电流引线采用高温超导棒材制作，低温超导电流引线接头（11）内的电流引线采用低温超导线材制作。
3.按照权利要求1所述的无液氦挥发的超导磁悬浮装置，其特征在于所述的室温电流引线接头（9）的电流引线和高温超导电流引线接头（10）的电流引线通过焊接头（15）连接；高温超导电流引线接头（10）的电流引线和低温超导电流引线接头（11）的电流引线通过超导接头（14）连接。
4.按照权利要求1所述的无液氦挥发的超导磁悬浮装置，其特征在于所述的低温超导电流引线接头（11）的密封法兰（18）的中心上开有多个密封孔；电流引线（16）穿入密封孔中，穿有电流引线（16）的密封孔用密封介质（17）完全填充，通过密封法兰（18）上的螺孔用螺钉将电流引线（16）和低温容器（4）连接和密封。
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