一种无液氦超导磁体制冷机的安装结构的制作方法

[0001]
本实用新型涉及超导磁体领域，特别是涉及一种无液氦超导磁体制冷机的安装结构。


背景技术：

[0002]
超导磁体广泛运用于mri系统和科研设备例如光谱仪及粒子加速器中。低温是超导磁体中的超导线圈保持超导状态的必要条件。现阶段，超导磁体中普遍使用制冷机，制冷机能够将超导磁体系统内的热量带走从而使得整个超导磁体系统保持在特定的低温条件下以保持超导线圈的超导状态。
[0003]
由于二级制冷机的一级冷头能够达到50k的制冷效果，二级制冷机的二级冷头能够达到4.2k的制冷效果。超导磁体中超导线圈的环境温度需要达到7k后才能够保持超导状态，因此超导磁体中通常采用二级制冷机。其中，在无液氦超导磁体中，无液氦超导磁体中的一级冷屏需要和制冷机的一级冷头热传递连接，无液氦超导磁体中的制冷平台需要和制冷机的二级冷头热传递连接连接。
[0004]
超导磁体内腔处于真空状态也是超导磁体中的超导线圈保持超导状态的必要条件。
[0005]
授权公告号为cn104200950b的中国发明专利公开了一种传导冷却超导磁体制冷机结构，包括有与制冷机相连的连接法兰，连接法兰通过波纹管与支撑法兰相连，磁体外杜瓦分别与支撑法兰相连、制冷机的一级冷头与传热部件上部组件相连，传热部件上部组件的下端与传热部件下部的上端由压力实现紧密结合，传热部件下部的下端与磁体冷屏法兰相连，制冷机二级冷头与二级传热部件的上部相连，二级传热部件的下部与二级传热部件支撑的上部由压力实现结合，导热铜编织带上部与二级传热部件支撑的下部焊接在一起，支撑弹簧上端与二级传热部件支撑焊接在一起，支撑弹簧下端固定在安装板上，安装板（制冷平台）下部用导热铜编织带与磁体的绕组相连。
[0006]
上述传导冷却超导磁体制冷机结构在将制冷机从超导磁体上拆卸下来进行维护时，导致超导磁体内的真空状态被打破，超导磁体内腔的温度快速上升，超导线圈无法保持超导状态。当制冷机维护完成后再安装至超导磁体上时，需要使用制冷机对超导磁体进行重新降温制冷，这个过程需要耗费大量的时间、人力和电能。


技术实现要素：

[0007]
针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的之一是提供一种无液氦超导磁体制冷机的安装结构，在进行制冷机的拆卸维修时，能够保证超导磁体内的真空状态。
[0008]
本实用新型的上述实用新型目的是通过以下技术方案得以实现的：
[0009]
一种无液氦超导磁体制冷机的安装结构，包括制冷机、室温筒、位于室温筒内的冷屏筒以及位于冷屏筒内的制冷平台，还包括低温套管组件；所述低温套管组件包括密封贯穿所述室温筒且位于所述制冷机的一级冷头外侧的一级低温套管、位于二级冷头外侧且底
部安装于所述制冷平台的二级低温套管以及密封连接第一低温套管和二级低温套管的连接环；所述连接环热连接于所述冷屏筒；还包括热量传导组件；所述热量传导组件包括热连接于连接环和制冷机一级冷头的一级低温传导件和热连接于制冷机的二级冷头和制冷平台的二级低温传导件。
[0010]
通过采用上述技术方案，低温套管组件中一级低温套管、二级低温套管和连接环的配合，使得制冷机的安装空腔和超导磁体的内部空腔进行隔离，使得在进行制冷机的拆装过程中超导磁体内腔能够保持真空状态，有助于保持超导磁体在制冷机拆除后保持低温状态，从而削减制冷机拆卸维修过程中造成的能量损失。
[0011]
其中，制冷机的一级冷头通过一级低温传导件和连接环能够使得冷屏筒的温度能够保持在50k左右，制冷机的二级冷头通过二级低温传导件和制冷平台连接，使得制冷平台的温度能够保持在7k左右，从而保证了无液氦超导磁体中超导线圈的超导状态。
[0012]
本实用新型进一步设置为，所述一级低温套管的底部具有安装底环，所述连接环在朝向安装底环的侧面开设有第一密封环槽且在所述第一密封环槽内设有密封抵接于所述安装底环和所述连接环的第一密封件。
[0013]
通过采用上述技术方案，第一密封件密封抵接于安装底环和连接环之间，实现了安装底环和连接环之间的密封。其中，第一密封环槽的设定有助于第一密封件在连接环上的定位安装。
[0014]
本实用新型进一步设置为，所述二级低温套管的顶部具有供所述连接环安装的第二安装环，所述第二安装环在朝向所述连接环的侧面开设有第二密封环槽且在所述第二密封环槽内设有密封抵接于所述第二安装环和所述连接环的第二密封件。
[0015]
通过采用上述技术方案，第二密封件密封抵接于第二安装环和连接环之间，实现了第二安装环和连接环之间的密封。其中，第二密封环槽的设定有助于第二密封件在第二安装环上的定位安装。
[0016]
本实用新型进一步设置为，所述第一密封件和所述第二密封件均由铟制成。
[0017]
通过采用上述技术方案，高纯度的铟质地柔软，延展性理想，用于做低温状态的密封件时，使用寿命较为理想，在后期无液氦超导磁体整体拆卸时能够重复利用。
[0018]
本实用新型进一步设置为，所述冷屏筒具有支撑于所述安装底环底面的承接法兰，所述承接法兰的顶部具有供所述连接环安装的安装环槽；所述安装底环通过固定螺钉安装于所述承接法兰；所述连接环通过第一螺钉固定于所述安装环槽内；所述连接环通过第二螺钉固定于所述第二安装环。
[0019]
通过采用上述技术方案，承接法兰的设定能够方便一级低温套管、二级低温套管和连接环的安装，且上述安装方式在后续无液氦超导磁体整体拆卸时，方便将一级低温套管、二级低温套管和连接环从超导磁体上取下。
[0020]
本实用新型进一步设置为，所述室温筒具有位于所述一级低温套管外侧室温颈管，所述室温颈管的顶部具有室温安装环，所述第一低温套管的顶部具有第一安装环，所述室温安装环在其顶面开设有第三密封环槽且在所述第三密封环槽内设有密封抵接于所述第一安装环和所述室温安装环之间的第三密封件。
[0021]
通过采用上述技术方案，室温颈管提高了制冷机和低温套管组件的水平安装高度，使得一级低温套管的底部能够被安装在冷屏筒的承接法兰上，从而方便整个低温套管
组件在超导磁体上的安装。其中，第三密封件密封抵接在第一安装环和室温安装环之间，实现了室温颈管和一级低温套管的顶部的密封连接，有助于超导磁体内腔保持真空状态。其中，第三密封环槽的设定也是有助于第三密封件的安装定位。
[0022]
本实用新型进一步设置为，所述第一安装环的顶面开设有第四密封环槽且在所述第四密封环槽内设有密封抵接于所述第一安装环和所述制冷机的转接法兰的第四密封件。
[0023]
通过采用上述技术方案，第四密封件密封抵接于第一安装环和制冷机的转接法兰之间，第四密封件使得在无液氦超导磁体工作的过程中，低温套管组件的内腔处于密闭状态，而非密闭状态会产生空气的流动，而空气的流动会带来热量的传递。因此，第四密封件的设定有助于提升制冷机的制冷效果。其中，第四密封件的设定使得制冷机的转接法兰在安装至一级低温套管的过程中不易损伤一级低温套管。
[0024]
本实用新型进一步设置为，所述一级低温套管具有第一波纹管段。
[0025]
通过采用上述技术方案，一级低温套管的底部是安装在承接法兰上的，该处的温度保持在50k左右，而一级低温套管的顶部是与外界接触，该处的温度保持在290k左右，使得整根一级低温套管的侧壁沿其高度方向存在明显的温度差异，一级低温套管从上至下温度逐渐降低。由于一级低温套管的顶部安装于室温颈管上，底部安装于承接法兰上，当制冷机启动后，一级低温套管的两端存在温差，一级低温套管的底端受冷收缩，收缩力顺着一级低温套管的管壁传递至一级低温套管的顶部，使得一级低温套管的顶部也发生向内收缩，第一波纹管段的设定能够削弱一级低温套管的顶部向内收缩的力，有助于保持一级低温套管的顶部和室温颈管、制冷机转接法兰的连接稳定性。
[0026]
本实用新型进一步设置为，所述二级低温套管具有第二波纹管段。
[0027]
通过采用上述技术方案，二级低温套管中设置的第二波纹管段能够有助于削弱二级低温套管两端因温度不同而造成顶部发生向内收缩的力，有助于二级低温套管在连接环和制冷平台上的安装稳定性。同时二级低温套管具有第二波纹管段，使得在安装过程中能够对第二波纹管段进行压缩，从而方便二级低温套管和连接环的安装固定。
[0028]
综上所述，本实用新型包括以下至少一种有益技术效果：
[0029]
1、一种无液氦超导磁体制冷机的安装结构，通过设置一级低温套管、二级低温套管以及密封连接于一级低温套管和二级低温套管之间的连接环，使得制冷机的安装空腔和超导磁体的内部空腔进行隔离，使得在进行制冷机的拆装过程中超导磁体内腔能够保持真空状态，有助于保持超导磁体在制冷机拆除后保持低温状态，从而削减制冷机拆卸维修过程中造成的能量损失；
[0030]
2、一级低温套管底部的安装底环固定于承接法兰上，连接环也安装于承接法兰上，方便了一级低温套管、二级低温套管和连接环的安装，且上述安装方式在后续无液氦超导磁体整体拆卸时，方便将一级低温套管、二级低温套管和连接环从超导磁体上取下；
[0031]
3、通过在一级低温套管上设置第一波纹管段、在二级低温套管上设置第二波纹管段，有助于一级低温套管在室温颈管、制冷机转接法兰上的安装稳定性，有助于二级低温套管在制冷平台和连接环上的安装稳定性。
附图说明
[0032]
图1是一种无液氦超导磁体制冷机的安装结构的结构示意图。
[0033]
图2是图1中a处的放大图。
[0034]
图3是承接法兰在冷屏筒上的安装示意图。
[0035]
图4是制冷机的结构示意图。
[0036]
图5是图1中b处的放大图。
[0037]
图6是图1中c处的放大图。
[0038]
图中：1、制冷机；11、一级冷头；12、二级冷头；13、转接法兰；131、第四螺钉；2、室温筒；21、室温颈管；211、室温安装环；2111、第三密封环槽；2112、第三密封件；3、冷屏筒；31、承接法兰；311、法兰通孔；312、安装环槽；4、制冷平台；5、一级低温套管；51、第一安装环；511、第四密封环槽；512、第四密封件；513、第三螺钉；52、安装底环；521、固定螺钉；53、第一波纹管段；6、二级低温套管；61、第二安装环；611、第二密封环槽；612、第二密封件；62、第二波纹管段；7、连接环；71、第一螺钉；72、第一密封环槽；73、第一密封件；74、第二螺钉；8、一级低温传导件；9、二级低温传导件。
具体实施方式
[0039]
以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明。
[0040]
参阅图1，为本实用新型公开的一种无液氦超导磁体制冷机的安装结构，包括制冷机1、室温筒2、冷屏筒3、制冷平台4、低温套管组件和热量传导组件。
[0041]
参阅图1和图2，室温筒2的外壁顶部设有室温颈管21。室温颈管21呈中空的圆管状，且竖直方向布置。室温颈管21的底部和室温筒2密封焊接配合。室温颈管21的顶部设置有室温安装环211，室温安装环211在竖直方向上的截面呈长方形，且室温颈管21的顶部边沿连接于室温安装环211的底面中部。
[0042]
参阅图1和图3，冷屏筒3设置于室温筒2的内腔，且与室温筒2同轴布置。冷屏筒3在其顶部侧壁具有一承接法兰31。承接法兰31由铜制成。承接法兰31的外沿与冷屏筒3采用铜焊固定，承接法兰31的内侧具有一法兰通孔311，且承接法兰31的顶面沿法兰通孔31的边沿开设有安装环槽312。其中，法兰通孔311与室温颈管21同轴布置。
[0043]
参阅图1，制冷平台4位于冷屏筒3的内部，与无液氦超导磁体的超导线圈热连接。
[0044]
参阅图1和图4，制冷机1具有一级冷头11、二级冷头12和转接法兰13。一级冷头11能够达到50k的制冷效果，二级冷头12能够达到4.2k的制冷效果。
[0045]
参阅图1和图5，低温套管组件包括一级低温套管5、二级低温套管6和密封连接于一级低温套管5和二级低温套管6之间的连接环7。
[0046]
参阅图1和图2，一级低温套管5设于室温颈管21内侧，且一级低温套管5由低热传导系数的材料制成。一级低温套管5的顶部设有第一安装环51。第一安装环51在竖直方向上的截面呈长方形。一级低温套管5的顶部连接于第一安装环51的底面中部。
[0047]
第一安装环51的底面外侧贴合于室温颈管21的室温安装环211的顶面，第一安装环51和室温安装环211通过六个第三螺钉513连接固定。六个第三螺钉513周向均匀布置。其中，第一安装环51开设有与第三螺钉513配合的第三沉孔，室温安装环211具有与第三螺钉513配合的第三螺纹孔。
[0048]
室温安装环211在其顶面开设有第三密封环槽2111，且在第三部密封环槽内设有第三密封件2112。当一级低温套管5安装至室温颈管21后，第三密封件2112抵接于室温安装
环211和第一安装环51之间，实现两者之间的密封。其中，第三密封环槽2111位于第三螺纹孔的内侧。
[0049]
参阅图1和图6，制冷机1的转接法兰13与第一安装环51通过六个第四螺钉131连接固定。六个第四螺钉131周向均匀布置。其中，转接法兰13具有与第四螺钉131配合的第四沉孔，第一安装环51具有与第四螺钉131螺纹配合的第四螺纹孔。
[0050]
第一安装环51在其顶面开设有第四密封环槽511，且在第四密封环槽511内设有第四密封件512。当制冷机1安装于一级低温套管5时，第四密封件512密封抵接于第一安装环51和转接法兰13之间，实现两者之间的密封。其中，第四密封环槽511位于第四螺纹孔的外侧。
[0051]
在本实施例中，第三密封件2112和第四密封件512均由高分子橡胶材料制成。
[0052]
参阅图1和图5，一级低温套管5底部边沿具有向内延伸且贴合于承接法兰31顶面的安装底环52。安装底环52和承接法兰31通过六个固定螺钉521连接。六个固定螺钉521周向均匀布置。安装底环52具有与固定螺钉521配合的固定沉孔，承接法兰31具有与固定螺钉521螺纹配合的固定螺纹孔。
[0053]
连接环7通过六个第一螺钉71安装于承接法兰31的安装环槽32内。六个第一螺钉71周向均匀布置。连接环7具有与第一螺钉71配合的第一沉孔，承接法兰31具有与第一螺钉71螺纹配合的第一螺纹孔。
[0054]
连接环7在其顶面周向设有第一密封环槽72，且在第一密封环槽72内设有第一密封件73。其中，第一密封件73密封抵接于连接环7和安装底环52之间，实现两者之间的密封。
[0055]
参阅图1，二级低温套管6底部密封连接于制冷平台4。在本实施例中，二级低温套管6的底部与制冷平台4密封焊接。
[0056]
参阅图1和图5，二级低温套管6的顶部具有第二安装环61。第二安装环61的竖直截面呈长方形，且二级低温套管6的顶部连接于第二安装环61底面的内侧。第二安装环61的顶面与连接环7的底面贴合，且连接环7和第二安装环61通过六个第二螺钉74连接。六个第二螺钉74周向均匀布置。连接环7具有与第二螺钉74配合的第二沉孔，第二安装环61具有与第二螺钉74配合的第二螺纹孔。
[0057]
其中，第一密封环槽72处于第一沉孔和第二沉孔之间。
[0058]
第二安装环61的顶面在第二螺纹孔的外侧设有第二密封环槽611，且在第二密封环槽611内设置有第二密封件612。第二密封件612密封抵接于连接环7和第二安装环61之间，实现两者之间的密封。
[0059]
在本实施例中，第一密封件73和第二密封件612均由铟制成。高纯度的铟是优质的低温密封件。在本实施例中，第一密封件73和第二密封件612均采用99.99%的铟。
[0060]
参阅图1，为了削弱一级低温套管5两端温差对一级低温套管5的安装造成干扰，一级低温套管5具有第一波纹管段53。
[0061]
为了削弱二级低温管套两端温差对二级低温套管6的安装造成干扰，二级低温套管6具有第二波纹管段62。
[0062]
参阅图1，热量传导组件包括一级低温传导件8和二级低温传导件9。一级低温传导件8热连接于连接环7和制冷机1的一级冷头11，使得制冷机1的一级冷头11能够将冷屏筒3上的热量带离无液氦超导磁体。其中，一级低温传导件8和连接环7之间通过铜带热连接。
[0063]
二级低温传导件9热连接于制冷平台4和制冷机1的一级冷头11。其中，二级低温传导件9与制冷平台4螺钉连接，使得制冷机1的一级冷头11能够将无液氦超导磁体的超导线圈产生的热量带离超导磁体。
[0064]
本具体实施方式的实施例均为本实用新型的较佳实施例，并非依此限制本实用新型的保护范围，故：凡依本实用新型的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本实用新型的保护范围之内。