CN121237461B - 用于核聚变真空腔体内超导接头的支撑机构及安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于核聚变装置安装技术领域，公开了一种用于核聚变真空腔体内超导接头的支撑机构及安装方法。该支撑机构中，前夹板和后夹板前后配合并通过夹板螺栓连接，夹固位于真空腔体内的两个竖向延伸的超导接头；前夹板的前侧布置有与两个超导接头相连的两个低温超导磁体；绝缘绝热板围设在每个超导接头的表面处且位于每个超导接头与前夹板及后夹板之间；金属丝绳单元有两个，每个金属丝绳单元位于后夹板的后侧两端处，每个金属丝绳单元分别穿过下冷屏并预紧连接在后夹板和真空腔体的下筒体之间。本发明适于在核聚变真空腔体内狭小安装空间中进行安装，能够有效地保证超导接头的位置精度，避免超导接头的外层绝缘部损伤，热漏小。

Description

用于核聚变真空腔体内超导接头的支撑机构及安装方法

技术领域

本发明涉及核聚变装置安装技术领域，尤其涉及一种用于核聚变真空腔体内超导接头的支撑机构及安装方法。

背景技术

核聚变真空腔体内电流引线（下文简称电流引线）是核聚变的重要部件，是连接常温电源与低温超导磁体的关键部件。超导接头为电流引线的接头和低温超导磁体的接头搭接在一起并包绕外层绝缘部后形成的。超导接头的在真空腔体内的安装固定对整体的导电性能和安全性有着重要的影响，其安装支撑结构及安装方式对超导接头产生重要影响。

由于电流引线的整体尺寸大（1×4m），超导接头的受力大小和方向有特定要求，超导接头的安装空间狭小，还要求确保超导接头的支撑机构的热漏小；同时，由于超导接头在低温带电运行时有洛伦兹力和冷收缩，会影响超导接头的位置精度，因此需要保证超导接头的位置精度满足要求。因此，对超导接头的支撑机构设计和安装提出了更高的要求，以确保超导接头位置满足偏差要求，同时超导接头的外层绝缘部在安装固定及运行过程中不发生损坏，支撑机构的热漏小。

而常规的支撑机构一般采用固定结构，采用螺栓连接，安装简单及安装空间大，功能单一、没有预紧功能且热传导高、热漏大，对核聚变装置真空腔体内超导接头的外层绝缘部有损伤风险。常规的支撑机构很难满足核聚变装置真空腔体内超导接头的安装固定要求。

亟待一种新的设计思路和安装方法来解决核聚变装置真空腔体内超导接头的安装问题。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种用于核聚变真空腔体内超导接头的支撑机构，结构简单，适于在核聚变真空腔体内狭小安装空间中进行安装，能够有效地保证超导接头的位置精度，避免超导接头的外层绝缘部损伤，热漏小。

根据本发明第一方面实施例的用于核聚变真空腔体内超导接头的支撑机构，设置在真空腔体内，包括：

夹板单元，所述夹板单元包括前夹板、后夹板和夹板螺栓，所述前夹板和所述后夹板前后配合并通过所述夹板螺栓连接，夹固位于所述真空腔体内的两个竖向延伸的超导接头；所述前夹板的前侧布置有与两个所述超导接头相连的两个低温超导磁体；

绝缘绝热板，所述绝缘绝热板围设在每个所述超导接头的表面处且位于每个所述超导接头与所述前夹板及所述后夹板之间；

金属丝绳单元，所述金属丝绳单元有两个，每个所述金属丝绳单元位于所述后夹板的后侧两端处，每个所述金属丝绳单元分别穿过所述真空腔体内的下冷屏并预紧连接在所述后夹板和所述真空腔体的下筒体之间。

本发明第一方面实施例的用于核聚变真空腔体内超导接头的支撑机构安装时，将所述前夹板和所述后夹板预装到两个所述超导接头，并预装所述夹板螺栓；将所述绝缘绝热板安装至所述超导接头和所述前夹板及所述后夹板之间并紧固所述夹板螺栓；将所述金属丝绳单元分穿过真空腔体内的下冷屏并预紧连接在所述后夹板和真空腔体的所述下筒体之间。由此，本发明第一方面实施例的用于核聚变真空腔体内超导接头的支撑机构能够在聚变真空腔体内狭小的安装空间安装，操作方便。

本发明第一方面实施例的用于核聚变真空腔体内超导接头的支撑机构，具有如下的优势：一是通过设置所述夹板单元和预紧的所述金属丝绳单元，能够有效地保证所述超导接头始终处在要求的位置偏差范围内；二是通过在所述夹板单元和所述超导接头之间设置所述绝缘绝热板，可以有效地使所述超导接头与所述夹板单元之间绝缘，同时避免所述超导接头的外层绝缘部在所述夹板单元安装固定过程中损伤，从而有效地防止低温超导磁体漏电，运行安全性高；三是通过设置所述绝缘绝热板和所述金属丝绳单元，使得所述支撑机构的热漏小；四是适于在核聚变真空腔体内狭小安装空间中进行安装，操作方便；五是所述支撑机构整体布局合理，整体结构稳定性强。

在一些实施例中，所述前夹板的两端分别设有前凹腔，所述后夹板的两端分别设有后凹腔；所述前夹板的所述前凹腔和所述后夹板的所述后凹腔对应配合形成围腔，以对应容纳所述超导接头和所述绝缘绝热板。

在一些实施例中，所述前凹腔和所述后凹腔的内壁面上分别设有用于限位支撑所述绝缘绝热板的限位块。

在一些实施例中，所述前夹板和所述后夹板采用不锈钢板焊接制成。

在一些实施例中，所述绝缘绝热板的两侧面开有凹槽。

在一些实施例中，所述绝缘绝热板为环氧板。

在一些实施例中，所述金属丝绳单元包括金属丝绳、连接板、固定板和预紧螺栓；所述金属丝绳分别与所述后夹板的端部和所述连接板相连；所述连接板通过所述预紧螺栓螺纹固定在所述固定板上，所述固定板焊接在所述下筒体的内壁面上，所述金属丝绳的预紧力通过预紧螺栓调节。

在一些实施例中，所述金属丝绳单元还包括绝热垫片，所述绝热垫片设置在所述连接板和所述固定板之间。

在一些实施例中，所述金属丝绳为钢丝绳，所述钢丝绳的预紧力满足分析计算值。

在一些实施例中，所述钢丝绳的设置角度依据所述超导接头在低温带电运行时的冷收缩和洛伦兹力的方向通过分析计算和试验验证确定。

在一些实施例中，所述后夹板的端部加强筋板设有竖向延伸的连接螺栓，所述钢丝绳的一端套设在所述连接螺栓上并通过第一锁扣锁紧；所述钢丝绳的另一端穿过所述连接板的凸耳并通过第二锁扣锁紧。

本发明第二方面实施例还提出了一种用于核聚变真空腔体内超导接头的支撑机构的安装方法，其中，该用于核聚变真空腔体内超导接头的支撑机构为本发明第一方面实施例的用于核聚变真空腔体内超导接头的支撑机构，该安装方法包括如下步骤：

将所述前夹板和所述后夹板预装到两个所述超导接头的中间位置，并预装所述夹板螺栓；

将所述绝缘绝热板安装至所述超导接头和所述前夹板及所述后夹板之间并紧固所述夹板螺栓；

将所述金属丝绳单元分别穿过所述真空腔体内的下冷屏并预紧连接在所述后夹板和所述真空腔体的所述下筒体之间。

本发明第二方面实施例的用于核聚变真空腔体内超导接头的支撑机构的安装方法能够在真空腔体内狭小的安装空间中进行安装，安装操作方便，安装后的用于核聚变真空腔体内超导接头的支撑机构具有与本发明第一方面实施例的用于核聚变真空腔体内超导接头的支撑机构具有基本相同的技术效果，在此不再赘述。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1是本发明实施例的用于核聚变真空腔体内超导接头的支撑机构的应用场景的示意图；

图2是本发明实施例的用于核聚变真空腔体内超导接头的支撑机构支撑固定超导接头的一个方位示意图；

图3是本发明实施例的用于核聚变真空腔体内超导接头的支撑机构支撑固定超导接头的另一个方位示意图；

图4是本发明实施例的用于核聚变真空腔体内超导接头的支撑机构的结构示意图；

图5是本发明实施例的用于核聚变真空腔体内超导接头的支撑机构的一个剖面示意图；

图6是图3中A处的放大示意图。

附图标记

支撑机构1000；夹板单元1；前夹板101；后夹板102；连接螺栓1021；夹板螺栓103；绝缘绝热板2；金属丝绳单元3；金属丝绳301；连接板302；凸耳3021；固定板303；预紧螺栓304；绝热垫片305；第一锁扣306；第二锁扣307；超导接头2000；电流引线3000；真空腔体顶板4000；低温超导磁体5000；下筒体6000。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面结合图1至图6来描述本发明实施例的用于核聚变真空腔体内超导接头2000的支撑机构1000及安装方法。

如图1至图3所示，本发明第一方面实施例的用于核聚变真空腔体内超导接头2000的支撑机构1000设置在真空腔体内，与真空腔体内侧冷屏中的两个超导接头2000相连，用于支撑固定两个超导接头2000；两个超导接头2000的上端分别与两个电流引线3000的下端相连，两个电流引线3000安装在真空腔体顶板4000上，两个电流引线3000的上端与常温电源连接且其下端位于真空腔体内侧冷屏中。

如图1至图6所示，本发明第一方面实施例的用于核聚变真空腔体内超导接头2000的支撑机构1000包括夹板单元1、绝缘绝热板2和金属丝绳单元3。

夹板单元1包括前夹板101、后夹板102和夹板螺栓103，前夹板101和后夹板102前后配合并通过夹板螺栓103连接，夹固位于真空腔体内的两个竖向延伸的超导接头2000，例如，夹固在超导接头2000的竖向的中间部位；前夹板101的前侧布置有与两个超导接头2000相连的两个低温超导磁体5000。由于两个超导接头2000在低温带电运行时，会产生使两个超导接头2000互相排斥的洛伦兹力，例如，两个超导接头2000呈左右布置，则两个超导接头2000产生在左右方向互相排斥的洛伦兹力，因此，通过夹板单元1同时夹固两个超导接头2000，可以避免两个超导接头2000因洛伦兹力作用而发生相互远离的移动，有利于保证超导接头2000的位置精度满足要求。同时，前夹板101和后夹板102前后配合并通过夹板螺栓103连接，可在真空腔体内狭小的安装空间方便操作，安装效率高 。

绝缘绝热板2围设在每个超导接头2000的表面处且位于每个超导接头2000与前夹板101及后夹板102之间。通过设置绝缘绝热板2，一方面可以有效地使超导接头2000与夹板单元1之间绝缘，同时避免超导接头2000的外层绝缘部在夹板单元1安装固定过程中损伤，从而有效地防止低温超导磁体5000漏电，运行安全性高，另一方面，可以隔绝低温超导磁体5000与夹板单元1之间的热传递，使得支撑机构1000的热漏小。总之，绝缘绝热板2能够保护超导接头2000的外层绝缘部，使其不受损伤，同时可以减少热传导热量，确保支撑机构1000的热漏小。

金属丝绳单元3有两个，每个金属丝绳单元3位于后夹板102的后侧两端处，每个金属丝绳单元3分别穿过真空腔体内的下冷屏并预紧连接在后夹板102和真空腔体的下筒体6000之间。由于前夹板101的前侧布置有与两个超导接头2000的相连的两个低温超导磁体5000，为避免超导接头2000由常温进入低温带电运行时因温度降低而发生向前移动的冷收缩变形而导致超导接头2000位置精度不满足要求，通过金属丝绳单元3预紧连接在后夹板102和真空腔体的下筒体6000之间，利用金属丝绳单元3的预紧力可以有效限制超导接头2000的冷收缩变形时向前移动，确保超导接头2000冷收缩变形时仍处于要求的位置偏差范围内。此外，由于金属丝绳单元3的横截面较小，可以减小支撑机构1000的热漏。此外，将金属丝绳单元3穿过真空腔体内的下冷屏并预紧连接在后夹板102和真空腔体的下筒体6000之间，可在真空腔体内狭小的安装空间方便操作。

本发明第一方面实施例的用于核聚变真空腔体内超导接头2000的支撑机构1000安装时，将前夹板101和后夹板102预装到两个超导接头2000的中间位置，并预装夹板螺栓103；将绝缘绝热板2安装至超导接头2000和前夹板101及后夹板102之间并紧固夹板螺栓103；将金属丝绳单元3分穿过真空腔体内的下冷屏并预紧连接在后夹板102和真空腔体的下筒体6000之间。由此，本发明第一方面实施例的用于核聚变真空腔体内超导接头2000的支撑机构1000能够在聚变真空腔体内狭小的安装空间安装，操作方便。

本发明第一方面实施例的用于核聚变真空腔体内超导接头2000的支撑机构1000，具有如下的优势：一是通过设置夹板单元1和预紧的金属丝绳单元3，能够有效地保证超导接头2000在低温带电运行时仍处于其要求的位置偏差范围内；二是通过在夹板单元1和超导接头2000之间设置绝缘绝热板2，可以有效地使超导接头2000与夹板单元1之间绝缘，同时避免超导接头2000的外层绝缘部在夹板单元1安装固定过程中损伤，从而有效地防止低温超导磁体5000漏电，运行安全性高；三是通过设置绝缘绝热板2和金属丝绳单元3，使得支撑机构1000的热漏小；四是适于在核聚变真空腔体内狭小安装空间中进行安装，操作方便；五是支撑机构1000整体布局合理，整体结构稳定性强。

在一些实施例中，前夹板101的两端分别设有前凹腔，后夹板102的两端分别设有后凹腔；前夹板101的前凹腔和后夹板102的后凹腔对应配合形成围腔，以对应容纳超导接头2000和绝缘绝热板2。这样，安装更加方便，安装效率高，同时可以有效地避免两个超导接头2000因洛伦兹力作用而发生相互远离的移动，更好地保证超导接头2000的位置精度满足要求。

在一些实施例中，前凹腔和后凹腔的内壁面上分别设有用于限位支撑绝缘绝热板2的限位块。通过设置限位块，可以在前夹板101和后夹板102预装在两个超导接头2000上后，方便在前夹板101和后夹板102之间安装绝缘绝热板2，起到限位支撑绝缘绝热板2的作用，安装操作方便，安装效率。

具体的，夹板单元1安装时，将前夹板101和后夹板102预装到超导接头2000竖向的中间部位，并预装夹板螺栓103，再将绝缘绝热板2安装至超导接头2000的外层绝缘部和前夹板101及后夹板102之间，最后调整绝缘绝热板2的位置并紧固夹板螺栓103，确保前夹板101、后夹板102和绝缘绝热板2牢固地安装在超导接头2000上。由此安装操作方便，安装效率高。

在一些实施例中，前夹板101和后夹板102采用不锈钢板焊接制成，加工方便且结构强度好，结构稳定可靠。前夹板101和后夹板102还焊接有加强筋板，这样前夹板101和后夹板102的结构强度得到了进一步将强，结构更加稳定可靠。

在一些实施例中，绝缘绝热板2的两侧面开有凹槽（图中未示出）。这样减少了接触面积，进一步减小了支撑机构1000的热漏。

在一些实施例中，绝缘绝热板2为环氧板。环氧板强度高、绝缘绝热性能好，满足使用要求。绝缘绝热板2还可以采用其它强度高、绝缘绝热性能好的材料制成。

在一些实施例中，金属丝绳单元3包括金属丝绳301、连接板302、固定板303和预紧螺栓304；金属丝绳301分别与后夹板102的端部和连接板302相连；连接板302通过预紧螺栓304螺纹固定在固定板303上，固定板303焊接在下筒体6000的内壁面上，金属丝绳301的预紧力通过预紧螺栓304调节。金属丝绳301强度好、可以满足使用要求，同时金属丝绳301的横截面积小，可以减小支撑机构1000的热漏。

安装时，将金属丝绳301的一端与后夹板102的端部连接，并使金属丝绳301穿过下冷屏，将金属丝绳301的另一端与连接板302连接，采用预紧螺栓304将连接板302固定在固定板303上，并通过调节预紧螺栓304来调节施加在金属丝绳301上的预紧力。安装过程中，若后夹板102和前夹板101在超导接头2000上的安装位置有差异，则金属丝绳301与后夹板102的连接位置可以相应地调整。由此由此钢丝绳的连接非常便捷，金属丝绳单元3能够在真空腔体内狭小的空间中安装，安装方便。

在一些实施例中，预紧螺栓304有四个，四个预紧螺栓304在连接板302上的呈矩形分布，有利于连接板302受力均衡。

在一些实施例中，金属丝绳单元3还包括绝热垫片305，绝热垫片305设置在连接板302和固定板303之间。绝热垫片305用于降低热传导热量，可以进一步有效地减少支撑机构1000的热漏。

在一些实施例中，金属丝绳301为钢丝绳，钢丝绳强度好，横截面积小，热漏小；钢丝绳的预紧力满足分析计算值，具体的，通过力矩扳手调节预紧螺栓304使钢丝绳的预紧力满足分析计算值，其中，钢丝绳的型号根据分析计算确定，预紧螺栓304的力矩大小通过分析计算和实验结果确定。由此，有利于确保超导接头2000位置始终处于要求的偏差范围内。

在一些实施例中，钢丝绳的设置角度依据超导接头2000在低温带电运行时的冷收缩和洛伦兹力的方向通过分析计算和试验验证确定，以确保超导接头2000位置始终处于要求的偏差范围内。

在一些实施例中，后夹板102的端部加强筋板设有竖向延伸的连接螺栓1021，钢丝绳的一端套设在连接螺栓1021上并通过第一锁扣306锁紧；钢丝绳的另一端穿过连接板302的凸耳3021并通过第二锁扣307锁紧。由此，钢丝绳与后夹板102及连接板302的连接结构简单，连接方便。

需要说明的是，钢丝绳的安装过程中，根据后夹板102和前夹板101在超导接头2000上的安装位置不同，特别是在超导接头2000的竖直方向上的安装位置不同，钢丝绳与连接螺栓1021的连接位置可以相应地调整。由此钢丝绳的连接非常便捷。

本发明第二方面实施例还提出了一种用于核聚变真空腔体内超导接头2000的支撑机构1000的安装方法，其中，该用于核聚变真空腔体内超导接头2000的支撑机构1000为本发明第一方面实施例的用于核聚变真空腔体内超导接头2000的支撑机构1000，该安装方法包括如下步骤：

将前夹板101和后夹板102预装到两个超导接头2000的中间位置，并预装夹板螺栓103；

将绝缘绝热板2安装至超导接头2000和前夹板101及后夹板102之间并紧固夹板螺栓103；

将金属丝绳单元3分别穿过真空腔体内的下冷屏并预紧连接在后夹板102和真空腔体的下筒体6000之间。

本发明第二方面实施例的用于核聚变真空腔体内超导接头2000的支撑机构1000的安装方法能够在真空腔体内狭小的安装空间中进行安装，安装操作方便，安装后的用于核聚变真空腔体内超导接头2000的支撑机构1000具有与本发明第一方面实施例的用于核聚变真空腔体内超导接头2000的支撑机构1000具有基本相同的技术效果，在此不再赘述。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (12)

1.一种用于核聚变真空腔体内超导接头的支撑机构，其特征在于，设置在真空腔体内，包括：

夹板单元，所述夹板单元包括前夹板、后夹板和夹板螺栓，所述前夹板和所述后夹板前后配合并通过所述夹板螺栓连接，夹固位于所述真空腔体内的两个竖向延伸的超导接头，所述超导接头为核聚变真空腔体内电流引线下端的超导接头；所述前夹板的前侧布置有与两个所述超导接头相连的两个低温超导磁体；

绝缘绝热板，所述绝缘绝热板围设在每个所述超导接头的表面处且位于每个所述超导接头与所述前夹板及所述后夹板之间；

金属丝绳单元，所述金属丝绳单元有两个，每个所述金属丝绳单元位于所述后夹板的后侧两端处，每个所述金属丝绳单元分别穿过所述真空腔体内的下冷屏并预紧连接在所述后夹板和所述真空腔体的下筒体之间。

2.根据权利要求1所述的用于核聚变真空腔体内超导接头的支撑机构，其特征在于，所述前夹板的两端分别设有前凹腔，所述后夹板的两端分别设有后凹腔；所述前夹板的所述前凹腔和所述后夹板的所述后凹腔对应配合形成围腔，以对应容纳所述超导接头和所述绝缘绝热板。

3.根据权利要求2所述的用于核聚变真空腔体内超导接头的支撑机构，其特征在于，所述前凹腔和所述后凹腔的内壁面上分别设有用于限位支撑所述绝缘绝热板的限位块。

4.根据权利要求1所述的用于核聚变真空腔体内超导接头的支撑机构，其特征在于，所述前夹板和所述后夹板采用不锈钢板焊接制成。

5.根据权利要求1所述的用于核聚变真空腔体内超导接头的支撑机构，其特征在于，所述绝缘绝热板的两侧面开有凹槽。

6.根据权利要求1所述的用于核聚变真空腔体内超导接头的支撑机构，其特征在于，所述绝缘绝热板为环氧板。

7.根据权利要求1所述的用于核聚变真空腔体内超导接头的支撑机构，其特征在于，所述金属丝绳单元包括金属丝绳、连接板、固定板和预紧螺栓；所述金属丝绳分别与所述后夹板的端部和所述连接板相连；所述连接板通过所述预紧螺栓螺纹固定在所述固定板上，所述固定板焊接在所述下筒体的内壁面上，所述金属丝绳的预紧力通过预紧螺栓调节。

8.根据权利要求7所述的用于核聚变真空腔体内超导接头的支撑机构，其特征在于，所述金属丝绳单元还包括绝热垫片，所述绝热垫片设置在所述连接板和所述固定板之间。

9.根据权利要求7所述的用于核聚变真空腔体内超导接头的支撑机构，其特征在于，所述金属丝绳为钢丝绳，所述钢丝绳的预紧力满足分析计算值。

10.根据权利要求9所述的用于核聚变真空腔体内超导接头的支撑机构，其特征在于，所述钢丝绳的设置角度依据所述超导接头在低温带电运行时的冷收缩和洛伦兹力的方向通过分析计算和试验验证确定。

11.根据权利要求9所述的用于核聚变真空腔体内超导接头的支撑机构，其特征在于，所述后夹板的端部加强筋板设有竖向延伸的连接螺栓，所述钢丝绳的一端套设在所述连接螺栓上并通过第一锁扣锁紧；所述钢丝绳的另一端穿过所述连接板的凸耳并通过第二锁扣锁紧。

12.一种如权利要求1-11中任意一项所述的用于核聚变真空腔体内超导接头的支撑机构的安装方法，其特征在于，包括如下步骤：

将所述前夹板和所述后夹板预装到两个所述超导接头的中间位置，并预装所述夹板螺栓；

将所述绝缘绝热板安装至所述超导接头和所述前夹板及所述后夹板之间并紧固所述夹板螺栓；

将所述金属丝绳单元分别穿过所述真空腔体内的下冷屏并预紧连接在所述后夹板和所述真空腔体的所述下筒体之间。