一种超导磁体的悬挂装置的制作方法

本发明涉及超导磁体领域，尤其涉及一种超导磁体的悬挂装置。

背景技术：

对于制冷机直接冷却的超导磁体系统，其基本结构包含被冷却的超导磁体、为超导磁体提供低温运行环境的真空绝热低温容器、将超导磁体固定在低温容器中的悬挂装置，为超导磁体提供电源的电流引线、检测超导磁体状态的测量引线等部件。

通常由于悬挂装置的拉杆本身的参数是固定的，而为了提高超导磁体系统的稳定性通过需要考虑拉杆的漏热，以及拉杆在运输过程中受到固定部件的作用存在上下晃动时的拉杆强度这两个限制，因此，为了提高超导磁体系统的稳定性，如何同时实现拉杆的低漏热和高强度成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种超导磁体的悬挂装置，能够在降低拉杆漏热的同时增加拉杆的抗压能力。

本发明提供了一种超导磁体的悬挂装置，包括：延长管、法兰和为空心管的拉杆；

所述延长管的第一端与低温容器的顶盖的开孔固定连接，所述延长管的第二端与所述法兰的平台固定连接，所述法兰的凸台与所述拉杆的第一端固定连接，所述拉杆的第二端与内置于所述低温容器的超导磁体固定连接。

优选地，所述延长管的长度不小于100mm，且所述延长管的内径为所述拉杆的外径的3～5倍。

优选地，所述延长管的第一端与低温容器的顶盖的开孔焊接，所述延长管的第二端与所述法兰的平台焊接。

优选地，所述拉杆的内径和所述拉杆的横截面积满足以下关系：

式中，d为拉杆的内径，s为拉杆的横截面积。

优选地，本发明提供的一种超导磁体的悬挂装置还包括：连接杆；

所述拉杆的第二端与所述连接杆的第一端固定连接，所述连接杆的第二端与所述超导磁体固定连接。

优选地，所述拉杆的第一端内表面、所述法兰的凸台外表面设置有相匹配的第一螺纹。

优选地，所述拉杆的第二端内表面、整个所述连接杆的外表面设置有相匹配的第二螺纹。

优选地，所述连接杆的第二端穿过所述超导磁体的吊装孔，并通过螺母固定。

优选地，所述第一螺纹的长度为15～30mm。

优选地，所述连接杆的长度为80m～100mm。

从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：

本发明提供了一种超导磁体的悬挂装置，包括：延长管、法兰和为空心管的拉杆；延长管的第一端与低温容器的顶盖的开孔固定连接，延长管的第二端与法兰的平台固定连接，法兰的凸台与拉杆的第一端固定连接，拉杆的第二端与内置于低温容器的超导磁体固定连接。本发明通过在低温容器顶盖上增加延长管，可以为拉杆提供更长的传导距离，从而减小拉杆的漏热，且由于拉杆为空心状，可以提高拉杆的惯性矩，进而提高拉杆的强度，故本发明可以在降低拉杆漏热的同时增加拉杆的抗压能力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明提供的一种测超导磁体的悬挂装置的一个实施例的结构示意图；

图2为法兰的结构示意图；

图3为拉杆的结构示意图。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种超导磁体的悬挂装置，能够在降低拉杆漏热的同时增加拉杆的抗压能力。

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1至图3，本发明提供的一种超导磁体的悬挂装置的一个实施例，包括：延长管3、法兰4和为空心管的拉杆5；

延长管3的第一端与低温容器2的顶盖的开孔固定连接，延长管3的第二端与法兰4的平台固定连接，法兰4的凸台与拉杆5的第一端固定连接，拉杆5的第二端与内置于低温容器2的超导磁体1固定连接。

本发明通过在常规低温容器盖板上增加一个延长组件，并将通用的实心拉杆修改为管状结构，在降低沿拉杆漏热的同时增加拉杆的抗压能力。

在本实施例中，延长管3用于为拉杆5增加传导路径提供真空环境，其材料与低温容器2相同，一般情况下均采用不锈钢制作。延长管3为空心管，可以为矩形、圆形等多种形状，在实际应用中可以优选为圆形。延长管3的壁厚需要根据低温容器2和沿拉杆5拉力的强度进行校核，校核方法为低温容器2设计中的通用方法，为本领域专业技术人员的公知常识，此处不做具体说明。

延长管3的长度可以根据实际漏热需要进行设计，越长的延长管3能够为拉杆5提供更长的传导距离，从而能够更多的减小拉杆5的漏热，但过长的延长管3会影响装置的外观，可能影响低温容器2盖板上方其它部件的安装，通常情况下延长管3不小于100mm长时就可以起到较好的效果，延长管3的内径一般取内部拉杆5直径的3-5倍就可以满足使用，过小的内径不便于安装，过大的内径将浪费空间。延长管3的下端(第一端)通过焊接方式固定在低温容器2盖板的开孔处，延长3管的上端(第二端)通过焊接方式与上法兰4进行固定。

在本实施例中，法兰4用于将拉杆5固定在延长管3上方，其材料与延长管3相同，一般情况下均采用不锈钢制作。法兰4为一凸台形状，法兰4的平台41形状与延长管3的上端管口相配合，当延长管3上端管口为圆形时，平台41也为圆形。平台41的厚度需根据低温容器2和沿拉杆5拉力的强度进行校核确定，校核方法为低温容器2设计中的通用方法。法兰4的凸台42外表面、拉杆5的室温端(第一端)内表面加工有相匹配的第一螺纹，用于进行配合后固定，第一螺纹长度通常为15-30mm即可满足要求。

在本实施例中，拉杆5为空心管，用于悬挂被冷却的超导磁体1。为降低沿拉杆5的漏热，可以选择为低漏热的非金属材料制作，如玻璃钢、碳纤维杆等。相比较而言，玻璃钢材料材料便于加工，且成本低廉，因此在超导装置中应用最为广泛。拉杆5的直径、壁厚和数量根据被固定超导磁体1的重量及要求进行确定，若常规装置采用的拉杆5数量为n、截面积为s，则本发明中的拉杆5数量同样选择为n、截面积也保持为s。

由于在运输过程中被固定部件可能存在上下晃动，此时的拉杆强度由如下受压情况下的临界力fcr描述：

式中，e为材料的弹性模量，i为拉杆的惯性矩，l表示拉杆的长度。

根据上式可以看出，在所用材料和拉杆长度固定的情况下，而拉杆的受压临界力与横截面的惯性矩成正比。

由于拉杆5抗压的临界力fcr与拉杆5横截面的惯性矩i成正比，在截面积为s时，常规圆形拉杆5的惯性矩为i＝s²/(4π)。当采用同样截面积s的环形拉杆5时，若拉杆5内径为d，则其惯性矩i＝s²/(4π)+sd²/8，可见随着拉杆5内径的增大，惯性矩也随之增加，通常情况下可以选择拉杆5内径拉杆5的长度为常规设计中拉杆5的长度再加上延长管3的长度，即如常规设计拉杆5长度为l0，延长管3长度为l1，则拉杆5总长度为l0+l1。为方便与上法兰4和连接杆6进行连接，拉杆5的室温端51(第一端)和低温端52(第二端)分别加工有第一螺纹、第二螺纹，且室温端51与法兰的凸台42之间通过第一螺纹进行配合，低温端52与连接杆6的第一端之间通过第二螺纹进行配合。

在本实施例中，连接杆6一般设计成全螺纹结构，可以采用高强度的金属和非金属材料制作，使用较多的为不锈钢和玻璃钢。连接杆6的第一端与拉杆5的低温端52通过第二螺纹相配合。连接杆6的长度根据被固定超导磁体1的具体位置进行确定，一般情况下连接杆6的长度达到80mm～100mm长即可满足要求。一般设计中，连接杆6的第二端直接穿过被固定超导磁体1的吊装孔，然后通过螺母进行固定。

以下通过一个具体应用场景对本发明提供的一种测超导磁体的悬挂装置进行进一步的说明，该场景包括：

延长管3采用sus304不锈钢制作，为圆形管道。根据真空及拉力校核，壁厚为8mm，限于低温容器2上方空间，延长管3的长度设计为100mm。根据拉杆5的外形尺寸，延长管3的内径选择为拉杆5外径的约3倍，尺寸为50mm。延长管下端通过焊接方式固定在低温容器2的上盖板上方，延长管3的数量为4个。

法兰4采用sus304不锈钢制作，数量为4个。经设计校核，平台41的厚度为12mm，平台41的外径与延长管3的外径相同，均为66mm。凸台42采用m12的螺纹，螺纹长度为16mm。法兰4的平台41同轴焊接在延长管3的顶端，凸台42与拉杆5的上端螺纹进行连接。

对应的常规设计拉杆5采用玻璃钢制作，数量为4根，长度为100mm，直径为10mm。因此，根据上述计算方法可知，拉杆5内径d＝10mm，外径为14mm，此时环形拉杆5的抗压临界应力增加至常规拉杆5的3倍。与此同时，超导磁体1的运行温度为4.2k，室温环境温度为300k，则常规悬挂结构的漏热为0.78w。采用环形拉杆5时，该悬挂机构的漏热变为0.39w。目前主流商业应用的4.2k温区制冷机二级冷头制冷功率仅为1.5w，因此降低的漏热具有重要意义。

连接杆6采用玻璃钢制作，为4根m12全螺纹结构，长度为80mm。其上端与拉杆5的低温端52通过螺纹进行固定，另一端穿过超导磁体1的吊装孔，由m12的螺母进行固定。

本发明提供了一种超导磁体的悬挂装置，包括：延长管、法兰和为空心管的拉杆；延长管的第一端与低温容器的顶盖的开孔固定连接，延长管的第二端与法兰的平台固定连接，法兰的凸台与拉杆的第一端固定连接，拉杆的第二端与内置于低温容器的超导磁体固定连接。本发明通过在低温容器顶盖上增加延长管，可以为拉杆提供更长的传导距离，从而减小拉杆的漏热，且由于拉杆为空心状，可以提高拉杆的惯性矩，进而提高拉杆的强度，故本发明可以在降低拉杆漏热的同时增加拉杆的抗压能力。

以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。