一种超导磁体拉杆装置及使用方法

技术领域

本发明属于超导磁体技术领域，特别涉及一种超导磁体拉杆装置及使用方法。

背景技术

目前，随着超导材料制作工艺的进步，超导磁体已进入大规模的商业化应用。超导磁体一般由磁体、热辐射屏、真空容器等三部分组成。磁体、热辐射屏与真空容器的连接主要靠拉杆完成。超导磁体中，拉杆的是超导磁体中的主要撑力部件，拉杆上主要受力来自于冷质量的自重、冷缩力以及安装过程中施加的预紧力。而在运输过程中，拉杆上会受到不同方向上的动载荷，某些拉杆将承受很大的冲击拉力，由于拉杆弹性形变量很小，拉杆很容易被拉断，因此悬吊拉杆受力状态监测是十分有必要的。

实际工作中，希望同组拉杆中的每根拉杆上的载重大致相同，但是实际装配过程会出现装配误差，导致载重分配失衡，所以需要在磁体装配完成以后对磁体位置进行微调，以使各拉杆受力更加均衡。低温工作状态下超导线圈空间位置的直接调节是十分有必要的。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种超导磁体拉杆装置及使用方法，可以测量出超导磁体的每根拉杆所受拉力大小，可实现低温状态下的磁体位置的微调，在磁体运输状态下可提供缓冲并使拉杆组处于力学平衡的状态，避免拉杆断裂事故。

为达上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种超导磁体拉杆装置，包括薄壁筒、活塞杆、密封元件、碳纤维杆、压力传感器、热沉、螺纹套管、储气组件、储液组件、加热线圈、温度传感器。薄壁筒通过螺纹和真空容器连接，薄壁筒内部安装有活塞杆，活塞杆下端和碳纤维杆固结，活塞杆和薄壁筒之间安装有密封元件。碳纤维杆中部安装有热沉，热沉铜绞线与冷屏连接，减少拉杆传导漏热。螺纹套和碳纤维杆下端固结，并和4k部分连接。

储气组件、储液组件均有薄壁筒、密封板、力矩电机、顶杆组成。薄壁筒体内部安装密封板，密封板可沿薄壁筒体上下滑动，密封板和之间顶杆之间螺纹连接。力矩电机安装于筒体上，力矩电机的传动轴和顶杆固结，力矩电机可带动密封板上下运动进而控制筒体内部的气体、液体的压力和体积。储气组件、储液组件均安装于低温容器内部，减少磁体漏热。

进一步地，储气组件、储液组件、拉杆装置的薄壁筒下腔体外侧均安装有压力传感器，温度传感器，筒体外侧绕有加热线圈，在液体温度过低时，开启加热线圈，防止液体凝固。储气组件、储液组件的薄壁筒通过管道和拉杆装置的薄壁筒下腔体连接。

本发明还提供一种超导磁体拉杆装置的使用方法，包括如下步骤：

步骤1、安装拉杆之前将拉杆下腔、储液组件的下腔充满一定体积的电子氟化液液体，同时将储气组件充入一定压力的氩气。电子氟化液热导率较低，可减少拉杆传导漏热，同时化学性质稳定，倾点较低。氩气化学性质稳定，临界温度较低，适宜低温下使用。

步骤2、拉杆安装完毕以后将上腔抽至真空，防止空气在低温下结冰。

步骤3、超导磁体装配完以后将薄壁筒下腔体和储液组件连接，力矩电机带动储液组件内部的密封板上下运动，利用液体不可压缩的性质实现对拉杆长度调节，进而控制磁体位置，同时可以通过压力传感器读取液体压力，进而计算出单根拉杆受力大小。

一般超导磁体会有多根拉杆，多根拉杆薄壁筒下腔体通过管道和储液组件的下腔连接，管道中间设置有开关阀，这样可以实现对多个拉杆的同时调整，也可以根据需要对单根拉杆单独调整。

步骤4、运输前，将储气组件内的气体压力调整至拉杆装置内液体压力相同，将储气组件的下腔和多组拉杆装置的下腔连通，这样在运输过程中，可以保证超导磁体每根拉杆的受力都相同，避免单根拉杆过载发生断裂。当超导磁体不断受到冲击时，气体体积不断被压缩和还原，拉杆装置薄壁筒的下腔体内部的电子氟化液液体，不断流入和流出储气组件的薄壁筒，由于储气组件的薄壁筒的连接孔直径较小，液体在流动时不断受到阻碍，在此过程中液体将振动减弱。

本发明的有益效果是：

本发明设置有储液组件，拉杆装置的下腔和储液组件的下腔连接，储液组件和拉杆装置的内部充入一定量的电子氟化液，利用液体不可压缩的性质可以实现单根拉杆或者多根拉杆的长度进行调节，进而调节磁体空间位置，方便快捷。

本发明在拉杆装置安装有压力传感器，可以对单根拉杆的受力进行直接测量，避免拉杆受力过大。

本发明设置有储气组件，拉杆装置的下腔和储气组件的下腔连接，减少了运输过程中拉杆冲击力，同时拉杆组下腔之间可以串联，这样在运输过程中可保证拉杆的受力均衡，避免单根拉杆受力过大发生断裂。

附图说明

图1是本发明的悬吊拉杆结构示意图；

图2是本发明的悬吊拉杆剖视图；

图3是本发明的储液组件结构剖视图；

图4是本发明的储气组件结构剖视图。

图中：1-第一薄壁筒；2-活塞杆；3-第一密封元件；4-碳纤维杆；5-压力传感器；6-热沉；7-螺纹套管；Ⅱ-储气组件；Ⅲ-储液组件；8-加热线圈；9-温度传感器；10-第二薄壁筒；11-力矩电机；12-第三薄壁筒；13-第二密封板；14-第二密封元件；15-第三密封板；16-第三密封元件；17-第二顶杆；18-第三顶杆。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

如图1-图4所示，本发明的一种超导磁体拉杆装置包括第一薄壁筒1、活塞杆2、第一密封元件3、碳纤维杆4、压力传感器5、热沉6、螺纹套管7、储气组件Ⅱ、储液组件Ⅲ、加热线圈8、温度传感器9。第一薄壁筒1通过和真空容器的拉杆座螺纹连接，中间配备有球形垫片以适应真空容器和磁体之间的相位变化。第一薄壁筒1内部安装有活塞杆2，活塞杆2下端和碳纤维杆4固结，活塞杆2和第一薄壁筒1之间安装有第一密封元件3。碳纤维杆4中部安装有热沉6，热沉6锡焊有铜绞线，铜绞线与冷屏连接，从而减少拉杆传导漏热。碳纤维杆4下端和螺纹套管7固结，并和4k部分螺纹连接，并安装有球形垫片。

储气组件Ⅱ由第二薄壁筒10、第二密封板13、力矩电机11、第二顶杆17组成。第二薄壁筒10内部安装有第二密封板13，第二密封板13和第二薄壁筒10之间安装有第二密封元件14，第二密封板13可沿第二薄壁筒体10上下滑动，第二密封板13和第二顶杆17之间螺纹连接。力矩电机11安装于第二薄壁筒体10上，力矩电机11的传动轴和第二顶杆17固结，力矩电机11可带动第二密封板13上下运动进而控制第二薄壁筒10体内部的气体、液体的压力和体积。

储液组件Ⅲ由第三薄壁筒12、第三密封板15、力矩电机11、第三顶杆18组成。第三薄壁筒12内部安装有第三密封板15，第三密封板15和第三薄壁筒12之间安装有第三密封元件16，第三密封板15可沿第三薄壁筒体12上下滑动，第三密封板15和第三顶杆18之间螺纹连接。力矩电机11安装于第三薄壁筒体12上，力矩电机11的传动轴和第三顶杆18固结，力矩电机11可带动第三密封板15上下运动进而控制第三薄壁筒12体内部的气体、液体的压力和体积。储气组件Ⅱ、储液组件Ⅲ均安装于低温容器内部，减少磁体漏热。

储气组件Ⅱ、储液组件Ⅲ、拉杆装置的薄壁筒下腔体外侧均安装有压力传感器5，温度传感器9，薄壁筒体外侧绕有加热线圈8，在液体温度过低时，开启加热线圈8，防止液体凝固。储气组件Ⅱ、储液组件Ⅲ的薄壁筒均和拉杆装置的第一薄壁筒1下腔体通过管道连接，管道中间设置有开关阀。

安装拉杆之前将第一薄壁筒1、储液组件Ⅲ的第二薄壁筒10充满一定体积的电子氟化液液体，同时将储气组件Ⅱ的第三薄壁筒12充入一定压力的氩气。电子氟化液热导率较低，可减少拉杆传导漏热，同时化学性质稳定，倾点较低。氩气化学性质稳定，临界温度较低，适宜低温下使用。

拉杆安装完毕以后将第一薄壁筒1上腔抽至真空，防止空气在低温下结冰。超导磁体装配完以后将第一薄壁筒1下腔和储液组件Ⅲ的第三薄壁筒12连接，开关阀开启，力矩电机11带动储液组件Ⅲ内部的第三密封板15上下运动，利用液体不可压缩的性质实现对拉杆长度调节，进而控制磁体位置，同时可以通过压力传感器5读取液体压力，进而计算出单根拉杆受力大小。

一般超导磁体会安装有多根拉杆，多根拉杆的第一薄壁筒1下腔均和储液组件Ⅲ的下腔体连接，这样可以实现对多个拉杆的同时调整，也可以根据需要对单根拉杆单独调整。

运输磁体前，将通过力矩电机11运动，带动第二密封板13上下运动，将储气组件Ⅱ内的气体压力调整至第一薄壁筒1液体压力相同，将超导磁体同一侧的多组拉杆装置的第一薄壁筒1下腔和储气组件Ⅱ的第二薄壁筒10连接管路上的开关阀调至开启，此时，第一薄壁筒1下腔和第二薄壁筒10连通，这样在运输过程中，可以保证超导磁体每根拉杆的受力都相同，避免单根拉杆过载发生断裂。当磁体不断受到冲击时，气体体积不断被压缩和还原，第一薄壁筒1内部的电子氟化液液体，不断流入和流出第二薄壁筒10，由于储气组件的薄壁筒的连接孔直径较小，液体在流动时不断受到阻碍，在此过程中将振动减弱。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。