一种加速器强辐射区的管道连接装置

技术领域

本发明涉及加速器技术领域，具体涉及一种加速器强辐射区的管道连接装置。

背景技术

强流重离子加速器装置(High Intensity heavy-ion Accelerator Facility，缩写为HIAF)是国家重大科学工程项目之一，其中的放射性次级束流分离器(HFRS)利用高能强流重离子束轰击靶头产生次级束，进而将主束与次级束分离。次级束通过与靶室相连通的靶室管道离开靶室，再进入真空束流管加速。

由于99％以上的主束会损失于靶头轰击位置，因此靶头轰击位置所在区域处于强辐射区，具有高放射性。靶室管道与靶室相连通，次级束的高能粒子会在真空束流管内加速，因此靶室管道和真空束流管通常也会受到辐射的影响。

由于靶室管道和真空束流管具有放射性，且通常处于真空环境下，因此靶室管道和真空束流管之间的对接或拆卸等设备的正常运行和维护的诸多工作不允许由人工长时间近距离操作，需要依靠远程操控。

然而，现在最常见的管道连接方式——法兰连接，是采用一对法兰盘、一个垫片和若干螺栓实现两个管道对接的连接方式，法兰连接需要工人拧紧或拧松螺栓、安设或取下垫片实现两个法兰的安装或拆卸等操作，这无疑增加了工人靠近辐射源的机会和操作时间。此外，现有的其他管道连接装置因都不可远程操控，均难以满足加速器强辐射区高真空环境下管道设备的正常运行和维护的需要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种加速器强辐射区的管道连接装置，用以解决现有的管道连接装置不可远程拆卸、难以满足加速器强辐射区高真空环境下管道设备的正常运行和维护需要的问题。

本发明提供一种加速器强辐射区的管道连接装置，包括包括左圆盘、右圆盘、外波纹管、内波纹管和充排气组件，所述外波纹管和所述内波纹管具有弹性且同心设置，所述左圆盘和所述右圆盘均具有外圆和内圆，所述左圆盘、所述右圆盘、所述外波纹管和所述内波纹管首尾相连共同围成封闭的环向空间；所述充排气组件包括充排气管和电磁阀，所述左圆盘或所述右圆盘的侧壁上设置有充排气孔，所述充排气孔与所述封闭环形空间相连通，所述充排气管设置于所述充排气孔上，所述电磁阀设置于所述充排气管上，所述充排气管的管口端配置有充排气接头。

优选地，所述左圆盘和所述右圆盘分别设置于所述外波纹管和所述内波纹管的两侧，且所述左圆盘的外圆和所述右圆盘的外圆分别与所述外波纹管的两端密封连接，所述左圆盘的内圆和所述右圆盘的内圆分别与所述内波纹管的两端密封连接。

优选地，所述左圆盘或所述右圆盘均为不锈钢材质，所述外波纹管和所述内波纹管均为金属材质的波纹管，所述左圆盘、所述外波纹管、所述右圆盘和所述内波纹管一体成型。

优选地，所述充排气管上设置有压力表。

优选地，还包括靶室管道对接盘和真空束流管对接盘，所述靶室管道对接盘用于设置与靶室相连通的靶室管道的暴露端，所述真空束流管对接盘用于设置于真空束流管的暴露端，所述靶室管道对接盘和所述真空束流管对接盘为无螺栓孔的平面法兰盘，采用不锈钢材质；所述左圆盘和所述右圆盘的暴露面上均设置防泄漏结构，所述防泄漏结构包括至少两圈环形凸缘、至少一根抽真空管和抽真空泵，所有的环形凸缘的高度相等，且若干圈环形凸缘间隔设置于左圆盘或右圆盘的外圆和内圆之间；

当所述左圆盘的暴露面与靶室管道对接盘对接或所述右圆盘的暴露面与真空束流管对接盘对接时，每相邻的两圈环形凸缘与左圆盘或右圆盘的暴露面以及靶室管道对接盘或真空束流管对接盘共同形成了一个环形夹层空间；

所述左圆盘和所述右圆盘的侧壁上均设置有至少一个抽真空气孔，每一个抽真空气孔与一个环形夹层空间相连通，每一个抽真空气孔上设置有一根抽真空管，所述抽真空管与所述抽真空泵对接。

优选地，所述环形夹层空间的横截面为梯形。

优选地，所述防泄漏结构包括第一环形凸缘、第二环形凸缘和一根抽真空管，所述左圆盘和所述右圆盘均包括一基底，所述基底采用不锈钢材质，所述左圆盘和所述右圆盘的基底中背离所述封闭环形空间的面上设置有复合涂料层，所述复合涂料层采用无氧铜材质，所述第一环形凸缘和所述第二环形凸缘由该复合涂料层形成，所述复合涂料层设置有抗氧化层，所述抗氧化层采用溅射镀膜方式将金膜镀在复合涂料层表面形成，所述抗氧化层的膜层厚度为1μm。

优选地，所述环形凸缘的圈数为2或3。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明公开了一种加速器强辐射区的管道连接装置，当需要靶室管道和真空束流管相对接时，打开电磁阀，持续向充排气管的充排气接头充入气体，封闭环形空间内气压增大向两头膨胀，推动左圆盘和右圆盘向两端运动，同时拉伸外波纹管和内波纹管，维持闭环向空间内的高压状态，左圆盘和右圆盘分别持续挤压靶室管道对接盘和真空束流管对接盘，从而实现了靶室管道和真空束流管的对接；当需要靶室管道和真空束流管脱离时，停止向充排气接头充入气体，打开电磁阀，气体通过充排气管的充排气接头排出，封闭环形空间内的气体不再维持高压状态，无法持续保持外波纹管和内波纹管处于拉伸状态，外波纹管和内波纹管处于拉伸状态的拉伸力随之气压的降低而减弱，直至外波纹管和内波纹管恢复至原始状态，靶室管道和真空束流管完成脱离，因此通过向其充气膨胀实现两个管道的对接，停止充气并排出气体后实现两个管道的脱离，因此只需控制电磁阀的开与关来实现对管道连接的控制，可以解决需要设备需要远程维护时，现有的管道连接装置无法进行远程操控的问题。

(2)本发明公开的加速器强辐射区的管道连接装置，根据平面密封理论和差分原理，设计防泄漏结构，当环形凸缘的圈数为2时，该管道连接装置与靶室管道对接盘或真空束流管对接盘形成的防泄漏结构为单差分形式；当环形凸缘的圈数为3时，该管道连接装置与靶室管道对接盘或真空束流管对接盘形成的防泄漏结构为双差分形式，能够有效降低漏率，防止该管道连接装置与靶室管道对接盘或真空束流管对接盘之间的泄漏。

总之，本发明公开的加速器强辐射区的管道连接装置，不仅便于远程操控，还能防管道内的物质泄漏，可靠度高，能满足加速器强辐射区高真空环境下管道设备的正常运行和维护需要。

附图说明

图1为本发明实施例1提供的加速器强辐射区的管道连接装置的结构示意图；

图2为本发明实施例1提供的加速器强辐射区的管道连接装置截取一半留下的三维结构的侧视图；

图3为本发明实施例1提供的加速器强辐射区的管道连接装置的两端分别与真空束流管和靶室管道对接的结构示意图；

图4为本发明实施例2提供的加速器强辐射区的管道连接装置半剖截面的剖视图。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例1

实施例1提供一种加速器强辐射区的管道连接装置，下面对其结构进行详细描述。

参考图1和图2，该加速器强辐射区的管道连接装置包括左圆盘1、右圆盘2、外波纹管3、内波纹管4和充排气组件5。

外波纹管3和内波纹管4具有弹性且同心设置，左圆盘1和右圆盘2均具有外圆和内圆，左圆盘1、外波纹管3、右圆盘2和内波纹管4首尾相连共同围成封闭环形空间。

作为一种具体的实施方式，外波纹管3位于内波纹管4的外侧；左圆盘1和右圆盘2为无螺栓孔的法兰盘，且围成封闭环形空间的左圆盘1和右圆盘2的面为平面；左圆盘1和右圆盘2分别设置于外波纹管3和内波纹管4的两侧，且左圆盘1的外圆和右圆盘2的外圆分别与外波纹管3的两端密封连接，左圆盘1的内圆和右圆盘2的内圆分别与内波纹管4的两端密封连接。

具体地，左圆盘1或右圆盘2均为不锈钢材质，外波纹管3和内波纹管4也均为不锈钢材质的波纹管，左圆盘1、外波纹管3、右圆盘2和内波纹管4一体成型。

充排气组件5包括充排气管51和电磁阀52，左圆盘1或右圆盘2的侧壁上设置有充排气孔，充排气孔与封闭环形空间相连通，充排气管51设置于充排气孔上，电磁阀52设置于充排气管51上，充排气管51的管口端配置有充排气接头。

为了便于观察充排气管51内的充气压力，充排气管51上设置有压力表53。

为了将与靶室相连通的靶室管道和真空束流管相对接，参考图3，与靶室相连通的靶室管道的暴露端设置有靶室管道对接盘100，真空束流管的暴露端设置有真空束流管对接盘200，其中，左圆盘1的暴露面与靶室管道对接盘100对接，右圆盘2的暴露面与真空束流管对接盘200对接。

具体地，靶室管道对接盘100和真空束流管对接盘200为无螺栓孔的平面法兰盘，采用不锈钢材质，壁厚为30mm，靶室管道对接盘100和真空束流管对接盘200的外圆和内圆之间的平面的平面度小于0.05mm、粗糙度小于0.08μm。

为了固定该加速器强辐射区的管道连接装置，还配置支撑架，由左圆盘1、右圆盘2、外波纹管3、内波纹管4组装成的整体，装载于该支撑架内。

当需要靶室管道和真空束流管相对接时，打开电磁阀52，持续向充排气管51的充排气接头充入气体，封闭环形空间内气压增大，高压气体向两头膨胀，推动左圆盘1和右圆盘2向两端运动，同时拉伸外波纹管3和内波纹管4，维持闭环向空间内的高压状态，左圆盘1和右圆盘2分别持续挤压靶室管道对接盘100和真空束流管对接盘200，从而实现了靶室管道和真空束流管的对接。

当需要靶室管道和真空束流管脱离时，停止向充排气接头充入气体，打开电磁阀52，气体通过充排气管51的充排气接头排出，封闭环形空间内的气体不再维持高压状态，无法持续保持外波纹管3和内波纹管4处于拉伸状态，外波纹管3和内波纹管4处于拉伸状态的拉伸力随之气压的降低而减弱，直至外波纹管3和内波纹管4恢复至原始状态，靶室管道和真空束流管完成脱离。

实施例2

为了防止左圆盘1与靶室管道对接盘100对接处和右圆盘2与真空束流管对接盘200对接处发生泄漏，在实施例1的基础上，实施例2对左圆盘1的暴露面和右圆盘2的暴露面进行了改进，该改进之处在于：

左圆盘1和右圆盘2的暴露面上均设置防泄漏结构，防泄漏结构包括至少两圈环形凸缘、至少一根抽真空管82和抽真空泵，

所有的环形凸缘的高度相等，且若干圈环形凸缘间隔设置于左圆盘1或右圆盘2的外圆和内圆之间；

当左圆盘1的暴露面与靶室管道对接盘100对接或右圆盘2的暴露面与真空束流管对接盘200对接时，每相邻的两圈环形凸缘与左圆盘1或右圆盘2的暴露面以及靶室管道对接盘100或真空束流管对接盘200共同形成了一个环形夹层空间；

左圆盘1和右圆盘2的侧壁上均设置有至少一个抽真空气孔81，每一个抽真空气孔81与一个环形夹层空间相连通，每一个抽真空气孔81上设置有一根抽真空管82，抽真空管82与抽真空泵对接。

具体地，环形夹层空间的横截面为梯形。

具体参考图4，防泄漏结构包括第一环形凸缘61、第二环形凸缘62和一根抽真空管82，

左圆盘1和右圆盘2均包括一基底6，基底6采用不锈钢材质，左圆盘1和右圆盘2的基底6中背离封闭环形空间的面上设置有复合涂料层71，复合涂料层71采用无氧铜材质；

第一环形凸缘61和第二环形凸缘62由该复合涂料层71形成，复合涂料层71设置有抗氧化层73，抗氧化层73采用溅射镀膜方式将金膜镀在复合涂料层71表面形成，抗氧化层73的膜层厚度为1μm。

更进一步地，环形凸缘的形状可以是环形跑道型、椭圆形等多种形式，其中环形跑道型是由两条平行边及两个半圆弧围成的环形。

更进一步地，环形凸缘的圈数为2或3。当环形凸缘的圈数为2时，该管道连接装置与靶室管道对接盘100或真空束流管对接盘200形成的防泄漏结构为单差分形式；当环形凸缘的圈数为3时，该管道连接装置与靶室管道对接盘100或真空束流管对接盘200形成的防泄漏结构为双差分形式。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。