一种新型堆叠方式的高散热结构超导电缆的制作方法

1.本发明涉及电力工程设备技术领域，特别是涉及一种新型堆叠方式的高散热结构超导电缆。


背景技术：

2.高温超导电缆高温超导电缆相对于常规电缆，具有高载流能力、低交流损耗等优势，在长距离大规模的电力传输中，其优势更加突出，因此，大载流容量的高温超导电缆具有极大的发展空间。
3.由于单根带材载流能力有限，多根高温超导带材并联能够提高通电导体的载流能力，所以多根高温超导带材并联成为超导电缆通电导体发展的必然趋势。但是常规超导电缆中高温超导带材堆叠之后与液氮的接触面积较小，换热面积不够，存在冷却速度满、效率低，电缆发热时无法及时散热的问题；如果将电缆堆叠方式转换为平行四边形堆叠，则会加大高温超导带材与液氮的换热面积，提高换热效率，并且平行四边形堆叠的方式相对于螺旋纽绞电缆来说，电流密度大，带材不易弯折损坏，易于制造；如果在超导电缆支架上设置孔洞，变为网状结构，可以大大增加超导带材表面与液氮接触的面积，提高换热效率；并且如果在超导电缆支架中间设置液氮预冷管，对高温超导电缆进行预冷却，则会进一步加快液氮冷却速率，节省液氮用量，提高电缆经济性。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种新型堆叠方式的高散热结构超导电缆，以解决上述现有技术存在的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种新型堆叠方式的高散热结构超导电缆，包括支撑部、冷却部和超导部；所述冷却部和所述超导部分别设置在所述支撑部内；
6.所述支撑部包括中心柱，所述中心柱的外缘固接有若干周向等间距分布的支撑组件，所述冷却部设置在所述支撑组件内；所述超导部设置在相邻的两个所述支撑组件之间，所述冷却部与所述超导部间隔分布；
7.所述支撑组件外设置有外部封装铠甲。
8.优选的，所述超导部包括若干周向等间距分布的超导堆叠，所述超导堆叠的数量与所述支撑组件数量相适配；任意所述超导堆叠均设置在相邻的所述支撑组件之间，所述超导堆叠的侧边分别与相邻的两个支撑组件贴合。
9.优选的，所述超导堆叠包括若干超导带材，若干所述超导带材水平叠加固接，最终形成的所述超导堆叠的截面为平行四边形。
10.优选的，所述支撑组件包括两个支撑板，所述支撑板一端与所述中心柱的外壁固接，两个所述支撑板之间具有一定的夹角；所述冷却部设置在两个所述支撑板之间，所述外部封装铠甲的内壁与所述支撑板远离所述中心柱的一端固接。
11.优选的，所述支撑板上阵列开设有若干连通孔。
12.优选的，所述冷却部包括若干冷却管道，所述冷却管道的数量与所述支撑组件的数量相等；所述冷却管道设置在所述支撑组件的两个所述支撑板之间，所述冷却管道的外壁分别与所述支撑板贴合。
13.优选的，所述冷却管道外开设有若干喷射孔，所述冷却管道通过所述喷射管连通所述外部封装铠甲内腔。
14.优选的，所述外部封装铠甲内腔填充有固定介质，所述固定介质包含但不限于环氧树脂、石蜡。
15.本发明公开了以下技术效果：本发明公开了一种新型堆叠方式的高散热结构超导电缆，通过周向等间距布置的支撑组件固定超导部和冷却部，增加了超导部的换热面积，提高了换热效果，在电缆故障发热时能够及时带走热量，避免电缆的烧毁，提高了高温超导电缆的运行稳定性；冷却部在超导电缆通电前度超导部进行预冷却，可以避免正式冷却时由于热胀冷缩聚集的较大的应力对电缆造成不可恢复的损伤；支撑部和外部封装铠甲具有支撑作用，保护超导电缆不受外界伤害。本发明公开的新型堆叠方式的高散热结构超导电缆结构简单紧凑，导电效果好，超导部换热面积大，换热效果好，能有效保护，防止电缆过热导致损坏，具有较强的推广意义。
附图说明
16.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他的附图。
17.图1为本发明新型堆叠方式的高散热结构超导电缆三维图；
18.图2为本发明支撑组件的三维图；
19.图3为本发明新型堆叠方式的高散热结构超导电缆结构示意图；
20.图4为本发明支撑组件的结构示意图；
21.图5为本发明超导堆叠的结构示意图；
22.图6为图3中a的局部放大图；
23.图7为本发明实施例2连接接头组件结构示意图；
24.图8为图7中b的局部放大图；
25.图9为图7中c的局部放大图；
26.图10为实施例2中超导堆叠接头结构示意图；
27.图11为实施例2中外部封装接头结构示意图；
28.其中，1、超导部；2、支撑部；3、冷却部；4、中心柱；5、外部封装铠甲；6、支撑组件；7、超导堆叠；8、冷却管道；9、喷射孔；10、固定介质；601、支撑板；602、连通孔；701、超导带材；11、中心柱接头；12、超导堆叠接头；13、冷却管道接头；14、外部封装接头；1101、第一接头；1102、第二接头；1103、外套螺母；1104、连接套筒；1105、复位弹簧；1201、第三接头；1202、调整堆叠；1301第四接头；1302调整管；1303限位块；1304铰接杆；1305压紧螺母；1401外壳；1402紧固螺母；1403弹性套筒。
具体实施方式
29.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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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他实施例，都属于本发明保护的范围。
30.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
31.实施例1
32.参照图1
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6，本发明提供一种新型堆叠方式的高散热结构超导电缆，包括支撑部2、冷却部3和超导部1；冷却部3和超导部1分别设置在支撑部2内；其中支撑部2和冷却部3均为强度高且导热性良好的金属制成，超导部1用于实现本发明新型堆叠方式的高散热结构超导电缆的超导功能，冷却部3用于对超导电缆进行冷却，防止超导电缆书店过程中过热影响输电效率，甚至过热导致超导部1损坏；冷却部3和超导部1都设置在支撑部2之间，一为利用金属导热性高的特性对超导部1进行散热，二为利用支撑部2的支撑性，将冷却部3和超导部1保护在支撑部2内，防止对冷却部3和超导部1造成损伤；
33.支撑部2包括中心柱4，中心柱4的外缘固接有若干周向等间距分布的支撑组件6，冷却部3设置在支撑组件6内；超导部1设置在相邻的两个支撑组件6之间，冷却部3与超导部1间隔分布；
34.支撑组件6外设置有外部封装铠甲5，外部封装铠甲5的作用主要是对高温超导电缆内部的超导部1和冷却部3起保护作用，选用具有高支撑强度的材料，包含但不限于不锈钢，其形状包含但不限于附图中的圆形。
35.进一步优化方案，超导部1包括若干周向等间距分布的超导堆叠7，超导堆叠7的数量与支撑组件6数量相适配；任意超导堆叠7均设置在相邻的支撑组件6之间，超导堆叠7的侧边分别与相邻的两个支撑组件6贴合；超导堆叠7包括若干超导带材701，若干超导带材701水平叠加固接，最终形成的超导堆叠7的截面为平行四边形。超导堆叠7呈中心轴对称分布，使得电缆方向改变时受周围磁场和电场影响小。超导堆叠7位于相邻的两个支撑组件6之间，有若干超导带材701按照一定的错位角度平行固接制作，制成的超导堆叠7的截面积为平行四边形；由于面积相同的条件下，平行四边形的周长大于正方形和长方形，而超导电缆的通电量是根据截面积确定的，因此截面为平行四边形的超导堆叠7具有更大的换热表面积，换热效果更好。超导堆叠7的超导带材701的数量和堆叠角度根据需要确定，其具体数量包含但不限于附图所示的6个，超导带材701通过一定的方式进行固接，该方式包含但不限于焊接和胶接，只要满足堆叠牢固又不影响其导电性即可。
36.进一步的，超导堆叠7外需药品包覆一层散热良好但绝缘的材质制成的保护层(图中未显示)，在不影响超导堆叠7导电性和散热性的前提下，防止超导堆叠7内的电流对与之接触的支撑组件6之间通电。
37.进一步优化方案，支撑组件6包括两个支撑板601，支撑板601一端与中心柱4的外壁固接，两个支撑板601之间具有一定的夹角；冷却部3设置在两个支撑板601之间，外部封装铠甲5的内壁与支撑板601远离中心柱4的一端固接；支撑板601上阵列开设有若干连通孔602。支撑组件6两个支撑板601以一定的夹角固接在中心柱4的外壁制成，支撑板601远离中
心柱4的一端与外部封装铠甲5的内壁固接，形成以外部封装铠甲5为皮。支撑板601为骨架的支撑架构，对内部的电缆堆叠和预冷却管进行支撑和保护；预冷却管设置在两个支撑板601之间并同时与两个支撑板601贴合，然后进行固定，使预冷却管夹在两个支撑板601之间，其内部的低温通过冷却管道8的外壁传递给支撑板601，使支撑板601保持低温，并将低温传递给与支撑板601贴合的超导堆叠7，由于金属的导热性高，对超导堆叠7的冷却效果好。支撑板601的板面上阵列开设有若干连通孔602，使支撑板601的两侧相互连通，进而使支撑部2构成网状结构，使冷却部3的液氮可以顺利的流通接触到超导堆叠7的各个端面，可以大大增加超导堆叠7与液氮的换热面积，提高换热效率，在电缆故障发热时能够及时带走热量，避免电缆的烧毁，提高了高温超导电缆的运行稳定性。支撑组件6的数量大于等于2个，其具体数量根据具体需要确定，但是必须保持相对的支撑组件6呈中心轴对称分布，便于超导堆叠7的布置。
38.进一步优化方案，冷却部3包括若干冷却管道8，冷却管道8的数量与支撑组件6的数量相等；冷却管道8设置在支撑组件6的两个支撑板601之间，冷却管道8的外壁分别与支撑板601贴合；冷却管道8外开设有若干喷射孔9，冷却管道8通过喷射管连通外部封装铠甲5内腔。冷却管道8内填充有低温液氮，其中的低温液氮通过喷射孔9喷出，流入外部封装铠甲5和支撑板601撑起的空间内，并通过连通孔602弥漫整个封装铠甲内腔，对超导堆叠7进行接触式换热，降低超导堆叠7的温度，防止超导堆叠7由高温引起输电效率降低甚至过热损坏。同时冷却管道8和喷射孔9在超导堆叠7通电前可以预先对超导堆叠7进行预冷却，避免正式冷却时由于热胀冷缩聚集的较大的应力对电缆造成不可恢复的损伤。
39.进一步优化方案，外部封装铠甲5内腔填充有固定介质10，固定介质10包含但不限于环氧树脂、石蜡。固定介质10在其他零件安装完成后填充，填充后将超导堆叠7和冷却管道8进行定位固定，其作用是防止安装后的超导堆叠7和冷却管道8发生偏移，甚至导致折断，影响通电和制冷效果。
40.使用方法：
41.先将超导带材701按预设好的角度错位堆叠，堆叠之后的超导带材701横截面为平行四边形，形成本发明所需要的超导堆叠7，并在超导堆叠7的外壁包覆保护层。然后按照超导电缆的外径选取支撑板601，在支撑板601上先阵列开设若干连通孔602，将两块支撑板601的一端按照一定的夹角进行固接，形成支撑组件6，然后将支撑组件6按照中心对称的方式将支撑组件6的固接端固定在中心柱4上，相邻支撑组件6之间的角度与超导堆叠7的角度相适配。
42.将制备好的超导堆叠7夹在两个支撑组件6之间，使超导堆叠7界面的平行四边形的相邻两条边分别与两个支撑组件6的侧壁接触，已获得良好的换热效果；再将开设有喷射孔9的冷却管道8夹在支撑组件6的两个支撑板601之间，使冷区管道的侧别与两侧的支撑板601均接触，方便冷区管道内的液氮冷却支撑板601，并将低温传递给超导堆叠7。
43.在支撑架外侧套上外部封装铠甲5进行封装，然后在外部封装铠甲5的内腔填充液态的固定介质10，使固定介质10填满外部封装铠甲5的内腔，待到固定介质10冷却凝固后对超导堆叠7和冷区管道进行支撑固定。最后给超导电缆的两端封装，超导堆叠7连接电源，冷却管道8连接液氮，即可完成安装，可以开始使用。
44.本发明公开的新型堆叠方式的高散热结构超导电缆结构简单紧凑，导电效果好，
超导部1换热面积大，换热效果好，能有效保护，防止电缆过热导致损坏，具有较强的推广意义。
45.实施例2
46.参照附图7
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11，本实施例与实施例1的不同点在于，本实施例的超导电缆末端设置有连接接头组件。
47.当使用本技术的新型堆叠方式的高散热结构超导电缆时，由于电缆内设置有若干超导堆叠7，且排列紧密，其中还夹杂有冷却管道8对超导堆叠7进行预冷却和正式冷却，电缆外还封装有外部封装铠甲5对超导电缆进行保护，因此常规的电缆接头在本应用中无法使用，本技术的接头需要对中心柱4进行固接，维持其度超导堆叠7的支撑性，维持超导堆叠7的强度；冷却管道8需要进行密封连接，防止液氮从接头处泄露导致远离液氮源的位置液氮无法达到；超导堆叠7也需要进行电性连接，在不影响超导堆叠7导电性的前提下对其进行连接，实现超导电缆的输电用途；外部封装铠甲5之间也需要进行密封连接，防止冷却的液氮从超导电缆内泄露出来，影响环境的同时降低液氮的回收效率，增加输电成本。因此本发明新型堆叠方式的高散热结构超导电缆需要特制的连接接头组件。
48.连接接头组件包括中心柱接头11，超导堆叠接头12、冷却管道接头13和外部封装接头14，由于支撑组件的连接并不影响其功能，因此支撑组件不设接头，不进行连接。
49.中心柱接头11包括第一接头1101和第二接头1102，第一接头1101和第二接头1102通过外套螺母1103进行螺纹连接，转动外套螺母1103，可以使第一接头1101和第二接头1102同时相向运动或相背运动，第一接头1101和第二接头1102相互背离的一侧开设有连接腔，连接腔内滑动连接有连接套筒1104，连接套筒1104由具有弹性的金属材料制成，连接套筒1104的出口分为若干瓣，两个连接套筒1104想对的一端连接有复位弹簧1105；连接腔的截面为梯形结构，出口处的宽度长于底部。使用时，将两个待连接的中心柱4的端头分别插入连接套筒1104内，直到插入最连接套筒1104底部，然后转动外套螺母1103，使第一接头1101和第二接头1102向互相背离的方向运动，由于连接套筒1104之间通过复位弹簧1105进行连接，此时不会随第一接头1101和第二接头1102一同运动，梯形截面的连接腔再向外运动过程中逐渐挤压连接套筒1104的端部，将端部的瓣状结构挤压靠拢，将中心柱4卡紧，转动外套螺母1103，直到无法在转动，即可完成对中心柱4的连接。
50.超导堆叠接头12，需要在不影响其导线性质的基础上完成两个超导堆叠7的连接。超导堆叠接头12包括两个第三接头1201，两个第三接头1201之间连接有调整堆叠1202，调整堆叠1202的长度根据连接端商都确定，将两个待连接的超导堆叠7分别插入第三接头1201内，然后将超导堆叠7固定紧，即可完成超导堆叠7的固定。为了不影响超导堆叠7的导电性，第三接头1201的材质与超导堆叠7相同。第三接头1201的连接形式为超导电缆的常规连接接头，此处不进行赘述。
51.冷却管道接头13用于将两个输送液氮的冷却管道8进行连接，冷却管道接头13包括两个第四接头1301，两个第四接头1301之间连接有调整管1302，冷却管道8的端头与第四接头1301远离调整管1302的一端插接，第四接头1301内设有限位块1303，限位块1303朝向冷却管道8的一端铰接有铰接杆1304，限位块1303的另一端与调整管1302的端头抵接；铰接杆1304为刀字型，其顶面与限位块1303铰接，刀字型的另外两个腿一个与冷却管道8端头抵接，另一个腿与冷却管道8的内壁抵接，与冷却管道8内壁抵接的腿与冷却管道8内壁的接触
面之间设置有耐低温的柔性垫，增加其余冷却管道8的摩擦力；当冷却管道8插入第四接头1301的内腔时，冷却管道8的端头与铰接杆1304的第一个腿抵接，铰接杆1304在冷却管道8的推动下发生偏转，使另一个腿与冷却管道8的内壁接触，最终将冷却管道8顶死。最后将螺纹连接在第四接头1301外的压紧螺母1305与第四接头1301拧紧，将冷却管道8与第四接头1301卡死，防止冷却管道8内的液氮泄露。
52.外部封装接头14，外部封装接头14包括外壳1401，所述外部封装铠甲5的外壁与外壳1401的内壁接触，所述外壳1401的两端分别螺纹连接有紧固螺母1402；外的的两端设有弹性套筒1403，紧固螺母1402娄文连接在弹性套筒1403上，使用时，将两端的外部封装铠甲5的端头伸入弹性套筒1403内，然后用紧固螺母1402压紧弹性套筒1403，使弹性套筒1403将外部封装铠甲5夹紧；为了防止外部封装铠甲5与弹性套筒1403之间泄露氮气，外部封装铠甲5与弹性套筒1403之间设置有带低温的密封圈。
53.其他使用方法与实施例1相同，此处不进行赘述。
54.本实施例将本发明电缆的连接分成多个部分依次进行，能快速牢固的对本发明的新型堆叠方式的高散热结构超导电缆进行连接、分线等操作，安全性高。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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发明，而不是指示或暗示所指的装置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发明的限制。
55.以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。