适合冷态运输的超导磁体支撑结构的制作方法

本实用新型涉及超导磁体技术领域，特别是涉及适合冷态运输的超导磁体支撑结构。

背景技术：

普通超导磁体结构，磁场由超导线圈里的电流产生。为了维持线圈导线的超导状态，线圈必须保持在极低的温度下，一般是由液氦和低温制冷机的冷头来维持稳定低温的。超导线圈被浸泡在低温杜瓦的液氦容器的液氦里。为了有效的阻止外界的热通过传导、对流或辐射传导至液氦杜瓦而导致液氦的蒸发，超导线圈和杜瓦的低温容器必须放在真空腔和其中的防辐射的冷屏和多层防热辐射薄膜包裹的内部。真空由杜瓦的室温容器维持。但是，无论再好的低温系统也不能完全消除外界的热进入液氦容器，剩余的热辐射和液氦容器在真空中的悬挂系统是主要的漏热途径。冷头的作用是将从支撑原件和剩余辐射的漏入的热量移去，也可以说是将漏热蒸发的氦气液化返回液态。

由于超导磁体的温度处于接近绝对零度的4.2k，周围环境的大量热能有向低温杜瓦内部传导的倾向，其中部分热量是通过磁体的悬挂系统。一般磁共振用磁体的液氦杜瓦和其内部的线圈在几百千克到几吨重。将这个低温杜瓦悬挂在真空中是通过一个经过精心设计的悬挂机构完成的。过于坚固的悬挂机构可能会加大漏热，目前的悬挂机构主要由玻璃钢，碳纤维，或合金材料制作。这些材料的共同特点是高机械强度，高抗拉性能，和低热传导系数。经久稳定和在真空里不挥发气体组分也是必须具备的性能。即便使用如此优良性能的材料，热传导也是不能完全消除的，如果这些漏热接近或大于低温冷头的制冷功率，就可能会产生液氦的挥发消耗，给磁体的长期稳定运行带来障碍。所以，精细的悬挂机构设计通常会选取适当的安全系数，使得磁体在运输的过程中是安全的，同时漏热足够地小，可以由一个低温冷头给予降温。

但是，随着磁体的尺寸或磁场的增加，如7t（特斯拉）的磁体，磁场线圈和低温杜瓦的重量会加大，要求更加坚固的悬挂机构，这就意味着悬挂机构会带来更大的漏热。当一个冷头的制冷功率不足以平衡这个漏热时，液氦就会开始消耗。

重新达到平衡的方法之一是增加冷头。这是一个相对昂贵的方案。冷头和与之相配合的氦气压缩机价格高，而且需要附加水冷或风冷系统，也增加了电力消耗。

重新达到平衡的另一个方法是不增加悬挂机构的强度，这时的磁体只是在静止状态时是安全的，运输过程中，磁体必须由附加的支撑机构来固定，使悬挂机构得到保护。磁体真空外壳和冷屏上有四对同心的孔，同一位置，在最里面的液氦容器端面有四个螺丝孔。在正常情况下，真空外壳上的四个孔，由四个真空盲板和密封圈盖住并密封保持真空。有运输附加支撑的磁体在运输时，运输孔安装运输支撑筒，并和里面的液氦杜瓦以及外面的真空外壳用螺丝紧固连接。

这样的运输支撑机构有效的将线圈和低温杜瓦的重量和运输时受到的冲击力通过更加坚固的支撑筒传到外壳上。有效地保护了磁体原有的绝热支撑。这个方案的缺点是需要破坏真空，从而彻底地将磁体恢复到常温状态。磁体的回温不仅要浪费大量的液氦，还需要大量的时间。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的不足，本实用新型提供了一种使得线圈和低温杜瓦在不破坏真空的情况下，被有效地支撑起来，而且漏热被控制在允许范围之内，超导磁体可以支持在冷态的情况下运输磁体。可以在不增加太多漏热的情况下，增加外壳对其内部的低温杜瓦和线圈的支撑，以有效地抵御运输过程中可能产生的机械冲击，保护超导磁体内部的悬挂机构的适合冷态运输的超导磁体支撑结构。

本实用新型所采用的技术方案是：适合冷态运输的超导磁体支撑结构，连接在低温杜瓦外壳的密封运输口上，用于支撑以及密封密封运输口，包括插入密封运输口的支撑筒，其中：

支撑筒，具有从外至内依次设置的室温端连接部、冷屏热拦截环以及冷端连接筒；

室温端连接部，压紧固定在低温杜瓦外壳的外侧，内壁与冷屏热拦截环之间还设有密封通道；

冷屏热拦截环，外壁与冷屏密封连接，内壁设冷端连接筒；

冷端连接筒，内部设中空腔，供给液氦容器的支撑轴插拔使用；

密封通道内固定有波纹管；

波纹管，一端固定在低温杜瓦外壳内壁，另一端自由地向支撑筒的室温端连接部延伸，进而实现在支撑筒移动时，仍然能够保持其稳定性，保证超导磁体筒内的冷气不泄漏；

超磁导体运输时,室温端连接部内壁与低温杜瓦外壳的外侧之间设置有支撑筒垫块。

优选地，超导磁体日常工作时,室温端连接部与低温杜瓦外壳的外侧贴紧固定。

优选地，冷屏热拦截环与冷屏连接的外侧还设有密封增强筒。

优选地，密封增强筒固定在冷屏上，当支撑筒脱离液氦容器时，不会被带动脱离，一方面可以提高冷屏热拦截环的脱离效率，另一方面避免热损耗的产生。

波纹管具有波纹连接部和波纹伸缩管，其中：

波纹连接部，一端固定在低温杜瓦外壳内壁，另一端固定连接波纹伸缩管；

波纹伸缩管，置于向支撑筒内，自由地向支撑筒的室温端连接部延伸。

优选地，波纹连接部与低温杜瓦外壳内部连接的部分使用焊接固定连接。

优选地，波纹管的波纹伸缩管长度，小于低温杜瓦外壳、支撑筒垫块和室温端连接部的总厚度。

优选地，冷屏热拦截环的长度大于波纹管的压缩长度加上低温杜瓦外壳内壁至冷屏内壁的长度之和。

优选地，支撑筒位于冷端连接筒与冷屏热拦截环之间还设有减轻凹槽。

优选地，室温端连接部通过若干根螺杆压紧固定在低温杜瓦外壳的外侧。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型的适合冷态运输的超导磁体的支撑结构，实现了不用先升温放液氦破坏真空，仍然能够保持超导磁体的真空稳定性进行运输，节约了超导磁体运输成本。

具体地说，使用了本实用新型的支撑结构后，超导磁体运输更加方便。不用先升温放液氦破坏真空，只需要在室温端连接部内壁与低温杜瓦外壳的外侧之间设置有支撑筒垫块，从而使得支撑筒的冷端连接筒从液氦容器的支撑轴外侧脱离出来，并且此时密封通道变长，波纹管由工作时的压缩状态变成自由伸缩状态，当整个超导磁体被移动时，即使受到碰撞或者晃动，波纹管会吸收振动能量，不会造成对超导磁体的低温杜瓦外壳以及冷屏、液氦容器等的损伤，而且能够保证整个超导磁体的正常密封，不漏热。

如此一来，在使用该支撑结构之前，超导磁体的运输时间比较长，首先需要大概多十几天将超导磁恢复到常温再运输，运输之后还需要重新充装新的液氦；现在可以带着液氦运输，不仅节约了运输时间和液氦资源。具体地说，一套超导磁体的运输，液氦成本大约300元每升，一个超导磁体大约需要1000l液氦，故而一套超导磁体的运输成本能节约几十万。

综上所述，本实用新型的适合冷态运输的超导磁体的支撑结构,其隔热支撑机理使得线圈和低温杜瓦在不破坏真空的情况下，被有效地支撑起来，而且漏热被控制在允许范围之内，不但节约了运输成本，还缩短运输的周期，具有极大的应用前景。

附图说明

图1为适合冷态运输的超导磁体的支撑结构的结构图；

图2为图1的a-a的剖视图；

图3为图2的a处在运输状态的放大视图；

图4为图2的a处在超导磁体正常工作状态时的放大视图；

其中：1-低温杜瓦外壳，2-冷屏，3-液氦容器，31-支撑轴；4-支撑筒，41-室温端连接部，42-冷屏热拦截环，43-冷端连接筒，431-中空腔；44-密封通道，45-减轻凹槽；5-波纹管，51-波纹连接部，52-波纹伸缩管；6-支撑筒垫块，7-密封增强筒，8-螺杆，9-密封运输口，10-一级冷头。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，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，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的组合或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。另外，本实用新型实施例的描述过程中，所有图中的“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等器件位置关系，均以图1为标准。

如图1和图2、图3所示，适合冷态运输的超导磁体支撑结构，连接在低温杜瓦外壳1的密封运输口9上，用于支撑以及密封密封运输口9，包括插入密封运输口9的支撑筒4，其中：

支撑筒4，具有从外至内依次设置的室温端连接部41、冷屏热拦截环42以及冷端连接筒43；

如图3和图4所示，室温端连接部41，压紧固定在低温杜瓦外壳1的外侧，内壁与冷屏热拦截环42之间还设有密封通道44；

冷屏热拦截环42，外壁与冷屏2密封连接，起热拦截作用，从热端漏进磁体的热量绝大部分都被传导至冷屏，并最终由一级冷头10冷却，内壁还设冷端连接筒43；

冷端连接筒43，内部设中空腔431，供给液氦容器3的支撑轴31插拔使用；

密封通道44内固定有波纹管5；

波纹管5，一端固定在低温杜瓦外壳1内壁，另一端自由地向支撑筒4的室温端连接部41延伸，进而实现在支撑筒移动时，仍然能够保持其稳定性，保证超导磁体筒内的冷气不泄漏；

当超磁导体运输时,室温端连接部41内壁与低温杜瓦外壳1的外侧之间设置有支撑筒垫块6，从而使得支撑筒的冷端连接筒43从液氦容器3的支撑轴外侧脱离出来，减少漏热，并且此时密封通道44变长，波纹管5由工作时的压缩状态变成自由伸缩状态，当整个超导磁体被移动时，即使受到碰撞或者晃动，波纹管会吸收振动能量，不会造成对超导磁体的低温杜瓦外壳以及冷屏、液氦容器等的损伤，而且能够保证整个超导磁体的正常密封，减少漏热。

但是超导磁体日常工作时,室温端连接部41与低温杜瓦外壳1的外侧贴紧固定，无需使用多余的零部件便可以实现超导磁体的正常工作，而且运输时只需要增加支撑筒垫片，其他零部件均不用改变，运输以及使用方便。

当超导磁体运输完毕之后，抽出或者卸下支撑筒垫块，将冷端连接筒43的中空腔431插入液氦容器的支撑轴31，保持正常运行，同时波纹管5又被压缩正常密封，冷屏热拦截环42外壁与冷屏2密封连接，起热拦截作用。

超导磁体支撑结构的冷屏热拦截环42与冷屏2连接的外侧还设有密封增强筒7，用于增强冷屏热拦截环42与冷屏之间的密封性能，同时还能增强支撑筒的支撑强度性能。

所述密封增强筒7固定在冷屏2上，当支撑筒脱离液氦容器时，不会被带动脱离，一方面可以提高冷屏热拦截环的脱离效率，另一方面避免热损耗的产生。

超导磁体支撑结构的波纹管5具有波纹连接部51和波纹伸缩管52，其中：

波纹连接部51，一端固定在低温杜瓦外壳1内壁，另一端固定连接波纹伸缩管52，这样设计的好处是，由于焊接波纹管很柔软，密封性好，所以在改变隔热运输附加支撑筒位置时，真空不会受到破坏。利用波纹连接部51将波纹伸缩管与低温杜瓦外壳固定连接，从而达到增强波纹管的连接强度的目的，提高其在运输时由于经常振动或者波动而产生的对波纹管的损伤，延长波纹管的使用寿命；

波纹伸缩管52，置于向支撑筒4内，自由地向支撑筒4的室温端连接部41延伸。

更佳的实施方式是，超导磁体支撑结构的波纹连接部51与低温杜瓦外壳1内部连接的部分使用焊接固定连接，实现对固定连接，可以节省制造成本，同时还能保证波纹连接部与低温杜瓦外壳具有很好的一体性。此外，还可以设计波纹管5的波纹伸缩管52长度，小于低温杜瓦外壳1、支撑筒垫块6和室温端连接部41的总厚度，但是大于低温杜瓦外壳1和支撑筒垫块6的总厚度，从而保证波纹管在使用时具有较好的伸缩性能。

超导磁体支撑结构的冷屏热拦截环42的长度大于波纹管5的压缩长度加上低温杜瓦外壳1内壁至冷屏2内壁的长度之和，进而保证当超导磁体工作时，冷屏热拦截环42能够完全地与冷屏接触，提高更好的冷量。

超导磁体支撑结构的支撑筒4位于冷端连接筒43与冷屏热拦截环42之间还设有减轻凹槽45，用于减轻支撑筒的总体质量，同时由于支撑筒内部的筋条较多，又能保证其具有很好的强度。室温端连接部41通过若干根螺杆8压紧固定在低温杜瓦外壳1的外侧，但是不完全贯穿低温杜瓦外壳1的外壁，这样的固定方式可以在保留超导磁体内部的热量不泄漏的情况下，外部能够较好地固定连接。

本实用新型的实施例公布的是较佳的实施例，但并不局限于此，本领域的普通技术人员，极易根据上述实施例，领会本实用新型的精神，并做出不同的引申和变化，但只要不脱离本实用新型的精神，都在本实用新型的保护范围内。