一种轮辐腔的专用进酸管结构

本技术涉及加速器，特别涉及一种轮辐腔的专用进酸管结构。

背景技术：

1、轮辐腔作为一种超导高频腔，常被应用于加速器中，用于中能粒子(0.4<β<0.7)的加速。与椭球腔相比，轮辐腔具有机械强度高、可加速粒子速度区间宽等优点，因此，目前国际上很多大型强子加速器会采用轮辐腔作为粒子的中能加速结构。轮辐腔具有大孔径、机械性能好、结构紧凑、单腔能量增益高等优点，因此常用于低β粒子的加速，是超导加速器中重要的一类腔型。

2、轮辐腔在研制过程中会经历表面化学处理的环节，称为缓冲化学抛光，也称为酸洗，目的是将加工过程中的损坏层去除，单次处理去除量一般为200μm。缓冲化学抛光一般使用按照比例为1：1：1或1：1：2的hf(浓度为48％的氢氟酸)、hno3(浓度为65％的硝酸)、h3po4(浓度为85％的磷酸)混合的酸液。hf作为腐蚀剂以去除铌材表面的nb2o5；hno3起氧化剂的作用，将表面新露出的铌层重新氧化生成nb2o5，而hf又将新生成的nb2o5溶解，这样周而复始，将附着于铌表面的污染层去除；h3po4作为缓蚀剂，通过不同比例以控制反应速度。

3、在轮辐腔实际研制的酸洗过程中，传统的酸洗方式一般是在轮辐腔的底部设置进酸口(也称进酸部)，顶部和左右两侧分别设置出酸口(也称出酸部)，酸液从进酸口进入后，流经内腔之后从各个出酸口流出，其酸液流向如图5中的箭头所示，但由于轮辐腔内部结构复杂，因此该酸洗方式常常无法使腔内部酸洗均匀(轮辐腔中酸液流向和腔体内表面的酸液流速分布分别如图6、图7所示)。而酸洗不均匀的腔体容易出现局部位置的污染层去除量不够，可能无法完全去除加工过程中的污染；其次，酸洗不均匀还会导致轮辐腔频率变化无法精确预测，容易出现轮辐腔批量研制的时候频率难以得到精确控制的问题。

技术实现思路

1、本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种轮辐腔的专用进酸管结构，该进酸管结构应用于轮辐腔后，可有效改善轮辐腔的酸洗均匀性，有利于轮辐腔批量研制时的频率控制。

2、本实用新型的技术方案为：一种轮辐腔的专用进酸管结构，包括进酸管本体，进酸管本体为中空的管道结构，进酸管本体的一端为开放式的进酸口，进酸管本体的另一端设有芯棒酸洗出口，进酸管本体的侧壁上设有腔端盖酸洗出口和耦合口，腔端盖酸洗出口设于靠近芯棒酸洗出口一端的进酸管本体侧壁上，耦合口设于靠近进酸口一端的进酸管本体侧壁上。进酸管本体设置于轮辐腔的进酸部内，代替传统轮辐腔的进酸口进行使用，本进酸管结构中，酸液从进酸管本体中通过，进酸管本体端部的芯棒酸洗出口作为第一种酸洗出口结构，主要是朝向轮辐腔中部的芯棒，便于对芯棒外壁进行酸洗，腔端盖酸洗出口作为第二种酸洗口结构，主要是朝向轮辐腔端盖内侧的空间，靠近端盖，便于对端盖内壁进行酸洗，耦合口作为第三种酸洗出口结构，其主要作用是保证进酸管本体与轮辐腔进酸部形成的耦合管道中酸液也具有一定的流速，从而使进酸部内壁也得到充分酸洗，在三种酸洗口结构的协同作用下，可使得轮辐腔的整个腔体内表面酸液流速更加均衡。

3、所述芯棒酸洗出口设于进酸管本体的端面上，芯棒酸洗出口有两个，呈对称设置的弧形环状或月牙状。两个芯棒酸洗口对应于芯棒的两侧，酸液从芯棒酸洗口流出后，主要绕着芯棒的外壁进行流动。

4、所述芯棒酸洗出口的外侧圆弧所对应的圆弧半径为进酸管本体端面半径的1/2至2/3，该尺寸范围可较好地满足进酸管本体的力学性能要求。

5、所述进酸管本体安装于轮辐腔中时，进酸管本体位于轮辐腔的进酸部内，芯棒酸洗出口朝向轮辐腔腔体中部的芯棒外侧，腔端盖酸洗出口朝向轮辐腔端盖内侧的空间，耦合口位于进酸部的入口处内侧。

6、所述芯棒的截面呈跑道型结构，沿跑道型结构的长轴方向投影，跑道型结构的各个长边分别位于对应芯棒酸洗出口的外侧圆弧和内侧圆弧之间，该结构可使得从芯棒酸洗出口流出的酸液均匀流经芯棒的外周表面，实现对芯棒表面进行均匀酸洗的效果。

7、所述腔端盖酸洗出口有四个，沿进酸管本体的圆周方向均匀分布。

8、所述耦合口有四个，沿进酸管本体的圆周方向均匀分布。

9、所述腔端盖酸洗出口的直径大于耦合口的直径。

10、轮辐腔中，腔端盖内壁所形成的空间为腔体的主要空间，需要酸洗的面积大，所以设置直径较大的腔端盖酸洗出口，可保证流向腔端盖内壁的酸液流量，确保腔端盖内壁可得到充分酸洗，同时，由于这些腔端盖酸洗出口朝向腔端盖内壁设置，可确保酸液流出后沿着腔端盖内壁进行流动，使其得到均匀的酸洗效果。

11、所述芯棒酸洗出口、腔端盖酸洗出口以及耦合口分别为进酸管本体上直接开设的通孔结构。该结构设计可简化进酸管本体的制造工艺，降低设备制造成本。

12、所述进酸管本体的材质为聚偏二氟乙烯(pvdf)。

13、本轮辐腔的专用进酸管结构应用时，将进酸管结构安装于现有轮辐腔的进酸部内即可，通过pvdf法兰进行连接固定(该固定方式为本领域的常规固定方式)，使轮辐腔的进酸部形成套管状的耦合管道结构，酸液从进酸管本体一端开放形成的进酸口进入进酸管本体内，流经耦合口时，部分从各耦合口处流出，在进酸管本体外侧沿轮辐腔进酸部的管道内壁进行流动，流动过程中对进酸部进行酸洗，流经腔端盖酸洗出口时，部分酸液会从各腔端盖酸洗出口流出，并与来自进酸部的酸液汇合后，沿腔端盖的内壁进行流动，流动过程中对腔端盖进行酸洗，进酸管本体内剩余的酸液从各芯棒酸洗出口流出，主要对芯棒进行酸洗，同时会在腔体内与酸洗腔端盖的酸液进行汇合，最后流向轮辐腔的各出酸口，流动过程中对整个轮辐腔的其他部位(主要是作为各出酸口的管道内壁)进行酸洗，通过耦合口、腔端盖酸洗出口、芯棒酸洗出口三者的协同作用下，使酸液分散并流向轮辐腔腔体内的各个主要部位，可使得轮辐腔的整个腔体内表面酸液流速更加均衡，实现更加均匀的酸洗效果。

14、本实用新型相对于现有技术，具有以下有益效果：

15、本轮辐腔的专用进酸管结构是针对轮辐腔酸洗而提出的，其结构简单易加工，且应用后可有效改善轮辐腔内的酸洗均匀性，避免因酸洗不均匀而造成腔体内局部位置污染层去除量不够，较大程度实现完全去除轮辐腔研制加工过程中产生的污染，也有利于后续工序中轮辐腔频率变化的精确预测，有利于轮辐腔批量研制时的频率控制。

16、本轮辐腔的专用进酸管结构中，通过在进酸管本体上设置耦合口、腔端盖酸洗出口、芯棒酸洗出口三种酸洗出口，且各酸洗出口分别朝向轮辐腔腔体内的各重点部位，酸洗出口的形状、大小也针对不同重点部位的需求进行相应设计，在酸洗过程中，利用这三种酸洗出口的协同作用，可使酸液分散并流向轮辐腔腔体内的各个主要部位，使得轮辐腔的整个腔体内表面酸液流速更加均衡，实现更加均匀的酸洗效果。

技术特征：

1.一种轮辐腔的专用进酸管结构，其特征在于，包括进酸管本体，进酸管本体为中空的管道结构，进酸管本体的一端为开放式的进酸口，进酸管本体的另一端设有芯棒酸洗出口，进酸管本体的侧壁上设有腔端盖酸洗出口和耦合口，腔端盖酸洗出口设于靠近芯棒酸洗出口一端的进酸管本体侧壁上，耦合口设于靠近进酸口一端的进酸管本体侧壁上。

2.根据权利要求1所述一种轮辐腔的专用进酸管结构，其特征在于，所述芯棒酸洗出口设于进酸管本体的端面上，芯棒酸洗出口有两个，呈对称设置的弧形环状或月牙状。

3.根据权利要求2所述一种轮辐腔的专用进酸管结构，其特征在于，所述芯棒酸洗出口的外侧圆弧所对应的圆弧半径为进酸管本体端面半径的1/2至2/3。

4.根据权利要求2所述一种轮辐腔的专用进酸管结构，其特征在于，所述进酸管本体安装于轮辐腔中时，进酸管本体位于轮辐腔的进酸部内，芯棒酸洗出口朝向轮辐腔腔体中部的芯棒外侧，腔端盖酸洗出口朝向轮辐腔端盖内侧的空间，耦合口位于进酸部的入口处内侧。

5.根据权利要求4所述一种轮辐腔的专用进酸管结构，其特征在于，所述芯棒的截面呈跑道型结构，沿跑道型结构的长轴方向投影，跑道型结构的各个长边分别位于对应芯棒酸洗出口的外侧圆弧和内侧圆弧之间。

6.根据权利要求1所述一种轮辐腔的专用进酸管结构，其特征在于，所述腔端盖酸洗出口有四个，沿进酸管本体的圆周方向均匀分布。

7.根据权利要求1所述一种轮辐腔的专用进酸管结构，其特征在于，所述耦合口有四个，沿进酸管本体的圆周方向均匀分布。

8.根据权利要求1所述一种轮辐腔的专用进酸管结构，其特征在于，所述腔端盖酸洗出口的直径大于耦合口的直径。

9.根据权利要求1所述一种轮辐腔的专用进酸管结构，其特征在于，所述芯棒酸洗出口、腔端盖酸洗出口以及耦合口分别为进酸管本体上直接开设的通孔结构。

10.根据权利要求1所述一种轮辐腔的专用进酸管结构，其特征在于，所述进酸管本体的材质为聚偏二氟乙烯。

技术总结
本技术公开一种轮辐腔的专用进酸管结构，包括进酸管本体，进酸管本体为中空的管道结构，进酸管本体的一端为开放式的进酸口，进酸管本体的另一端设有芯棒酸洗出口，进酸管本体的侧壁上设有腔端盖酸洗出口和耦合口，腔端盖酸洗出口设于靠近芯棒酸洗出口一端的进酸管本体侧壁上，耦合口设于靠近进酸口一端的进酸管本体侧壁上。本技术是针对轮辐腔酸洗而提出的，其进酸管结构简单易加工，且应用后可有效改善轮辐腔内的酸洗均匀性，避免因酸洗不均匀而造成腔体内局部位置污染层去除量不够，较大程度实现完全去除轮辐腔研制加工过程中产生的污染，也有利于后续工序中轮辐腔频率变化的精确预测，有利于轮辐腔批量研制时的频率控制。

技术研发人员：王云,刘华昌,张聪,李阿红,瞿培华,李波,樊梦旭,吴小磊,陈强,周文中,杨钥
受保护的技术使用者：中国科学院高能物理研究所
技术研发日：20230217
技术公布日：2024/1/13