專利名稱:一種超導(dǎo)磁體用低溫杜瓦及其關(guān)鍵尺寸參數(shù)的設(shè)計方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明屬于壓力容器技術(shù)領(lǐng)域,更具體地,涉及一種超導(dǎo)磁體用低溫杜瓦及其關(guān)鍵尺寸參數(shù)的設(shè)計方法。
背景技術(shù):
超導(dǎo)磁體儲能作為一種新型的儲能方式,能夠快速實現(xiàn)有功、無功功率補償,對于提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性、抑制低頻振蕩、改善供電品質(zhì)都有良好的應(yīng)用前景。但是與常規(guī)儲能方式不同的是,超導(dǎo)磁體只能工作在低于液氮溫度的低溫環(huán)境中,而且還需要將容器內(nèi)部抽成真空狀態(tài),也就是說安全可靠的低溫制冷和真空環(huán)境是超導(dǎo)磁體運行的必備條件?,F(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)提出采用杜瓦來作為超導(dǎo)磁體的冷卻容器,其冷卻方式主要包括采用:液氦或液氮直接浸泡冷卻、采用制冷機執(zhí)行冷卻,或是同時采用浸泡冷卻和制冷機冷卻。例如,CN1811260A公開了一種用于杜瓦瓶,其中通過在杜瓦瓶內(nèi)部的真空系統(tǒng)中貯放低溫液體,并將超導(dǎo)磁體浸泡其中,以實現(xiàn)在低溫真空環(huán)境中制備超導(dǎo)磁體的用途;又如,CN101307862A公開了一種便于裝卸的傳導(dǎo)冷卻超導(dǎo)磁體杜瓦,該杜瓦為中空的環(huán)形筒體,并在其內(nèi)部配備的銅冷屏內(nèi)安裝制冷機和超導(dǎo)磁體,由此當經(jīng)由真空抽口將杜瓦內(nèi)部抽出真空后,就可以使用制冷機予以冷卻??紤]到將杜瓦用作超導(dǎo)磁體冷卻設(shè)備時,比起儲存液化氣體在密封性、機械強度等方面要求更高,因此有必要對其結(jié)構(gòu)及設(shè)置方式作出進一步的研究。此外,對于適用于超導(dǎo)磁體冷卻用途的此類杜瓦而言,目前尚未進行系統(tǒng)的產(chǎn)品研究,尤其是缺乏對其中一些關(guān)鍵尺寸參數(shù)的設(shè)計指標。比如,冷卻室主尺寸與超導(dǎo)磁體大小之間的關(guān)系、封頭和側(cè)壁的厚度、吊桿的數(shù)量及截面積與超導(dǎo)磁體重量之間的關(guān)系等。相應(yīng)地,相關(guān)領(lǐng)域中亟需對超導(dǎo)磁體用低溫杜瓦的結(jié)構(gòu)作出進一步的改進,并提出可行的關(guān)鍵尺寸參數(shù)設(shè)計方案,以便滿足此類低溫杜瓦更高的使用要求。
發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷或技術(shù)需求,本發(fā)明的目的在于提供一種超導(dǎo)磁體用低溫杜瓦及其關(guān)鍵尺寸參數(shù)的設(shè)計方法,其中通過對其組件設(shè)置方式及其規(guī)格參數(shù)作出調(diào)整,能夠在各類工況下承受較大應(yīng)力,避免蓋板的變形或損壞,并顯著減少漏熱現(xiàn)象的發(fā)生;此夕卜,通過對關(guān)鍵組成部位的受力和熱性能的研究分析,能夠為此類低溫杜瓦設(shè)計時提供便利、合理的設(shè)計指標。按照本發(fā)明的一個方面,提供了一種超導(dǎo)磁體用低溫杜瓦,該杜瓦包括中空的環(huán)形筒體、上封頭、下封頭和吊桿,其特征在于:所述上封頭通過法蘭與環(huán)形筒體的上端連接,并在兩者之間的接觸面上配備有密封組件;上封頭上還開有多個通孔,這些通孔分別用于安裝制冷機機頭、吊桿,以及用于供信號線、真空規(guī)管、真空表頭和電流引線穿入;所述下封頭同樣通過法蘭與環(huán)形筒體的下端連接并在其接觸面上配備有密封組件,或是通過焊接方式直接與環(huán)形筒體的下端密封結(jié)合,由此與上封頭、環(huán)形筒體共同構(gòu)成
真空室;所述吊桿的數(shù)量為2根以上,分別用于將超導(dǎo)磁體吊裝在真空室內(nèi)。按照本發(fā)明,還提供了另外一種超導(dǎo)磁體用低溫杜瓦,該杜瓦包括中空的環(huán)形筒體、上封頭、下封頭和支撐桿,其特征在于:所述上封頭通過法蘭與環(huán)形筒體的上端連接并在兩者之間的接觸面上配備有密封組件,或是通過焊接方式直接與環(huán)形筒體的上端密封結(jié)合;所述下封頭通過法蘭與環(huán)形筒體的下端連接并在其接觸面上配備有密封組件,由此與上封頭、環(huán)形筒體共同構(gòu)成真空室;所述下封頭上還開有多個通孔,這些通孔分別用于安裝制冷機機頭、支撐桿,以及用于供信號線、真空規(guī)管、真空表頭和電流引線穿入;所述支撐桿的數(shù)量為2根以上,分別用于將超導(dǎo)磁體支撐處在真空室內(nèi)。作為進一步優(yōu)選地,所述密封組件包括設(shè)置在上下封頭各自與筒體的接觸面上的凹槽,以及裝在各個凹槽中的真空用橡膠密封圈。作為進一步優(yōu)選地,所述杜瓦的整體高度L被設(shè)定為滿足以下表達式:L=LfL2+ X R,其中L1表示制冷機冷頭的長度,L2表示超導(dǎo)磁體的高度,R表示超導(dǎo)磁體的直
權(quán)利要求
1.一種超導(dǎo)磁體用低溫杜瓦,該杜瓦包括中空的環(huán)形筒體、上封頭、下封頭和吊桿,其特征在于: 所述上封頭通過法蘭與環(huán)形筒體的上端連接,并在兩者之間的接觸面上配備有密封組件;上封頭上還開有多個通孔,這些通孔分別用于安裝制冷機機頭、吊桿,以及用于供信號線、真空規(guī)管、真空表頭和電流引線穿入; 所述下封頭同樣通過法蘭與環(huán)形筒體的下端連接并在其接觸面上配備有密封組件,或是通過焊接方式直接與環(huán)形筒體的下端密封結(jié)合,由此與上封頭、環(huán)形筒體共同構(gòu)成真空室; 所述吊桿的數(shù)量為2根以上,分別用于將超導(dǎo)磁體吊裝在真空室內(nèi)。
2.一種超導(dǎo)磁體用低溫杜瓦,該杜瓦包括中空的環(huán)形筒體、上封頭、下封頭和支撐桿,其特征在于: 所述上封頭通過法蘭與環(huán)形筒體的上端連接并在兩者之間的接觸面上配備有密封組件,或是通過焊接方式直接與環(huán)形筒體的上端密封結(jié)合; 所述下封頭通過法蘭與環(huán)形筒體的下端連接并在其接觸面上配備有密封組件,由此與上封頭、環(huán)形筒體共同構(gòu)成真空室;所述下封頭上還開有多個通孔,這些通孔分別用于安裝制冷機機頭、支撐桿,以及用于供信號線、真空規(guī)管、真空表頭和電流引線穿入; 所述支撐桿的數(shù)量為2根以上,分別用于將超導(dǎo)磁體支撐處在真空室內(nèi)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的超導(dǎo)磁體用低溫杜瓦,其特征在于,所述密封組件包括設(shè)置在上下封頭各自與筒體的接觸面上的凹槽,以及裝在各個凹槽中的真空用橡膠密封圈。
4.如權(quán)利要求 3所述的超導(dǎo)磁體用低溫杜瓦,其特征在于,所述杜瓦的整體高度L被設(shè)定為滿足以下表達式=L=LJL2+AR,其中L1表示制冷機冷頭的長度,L2表示超導(dǎo)磁體的高度,R表不超導(dǎo)磁體的直徑,\取[I,^3 o
5.如權(quán)利要求4所述的超導(dǎo)磁體用低溫杜瓦,其特征在于,所述吊桿或支撐桿的截面 {w < n() 二 \ ,其中%表示吊桿或支撐桿的漏熱,Q表示制冷機的制冷 -S [ c} MI量,
為由吊桿或支撐桿自身的許用應(yīng)力,G為所承載超導(dǎo)磁體的重量,n取[i,° 10 5
6.如權(quán)利要求1-5任意一項所述的超導(dǎo)磁體用低溫杜瓦,其特征在于,所述上下封頭、環(huán)形筒體和桿均由不銹鋼材料制成。
7.如權(quán)利要求6所述的超導(dǎo)磁體用低溫杜瓦,其特征在于,所述上封頭的厚度H滿足以下表達式:H彡2%D,其中D為環(huán)形筒體的內(nèi)徑。
8.如權(quán)利要求1-7任意一項所述的超導(dǎo)磁體用低溫杜瓦,其特征在于,所述杜瓦的環(huán)形筒體上靠近中間的位置設(shè)置有環(huán)形把手,以便杜瓦的抬放。
9.一種用于超導(dǎo)磁體用低溫杜瓦的關(guān)鍵尺寸參數(shù)的設(shè)計方法,其特征在于,該方法包括下列步驟: Ca)按照所承載的超導(dǎo)磁體的外徑,在國標GB/T6070-2007所規(guī)定的尺寸序列中選取對應(yīng)的真空室及配套法蘭,由此確定真空室的主尺寸也即環(huán)形筒體的內(nèi)徑D、環(huán)形筒體的厚度和配套法蘭的外徑;(b)根據(jù)關(guān)系式L=LJL2+ A R,計算并確定杜瓦的整體高度L,其中L1表示制冷機冷頭的長度,L2表示超導(dǎo)磁體的高度,R表示超導(dǎo)磁體的直徑,
10.如權(quán)利要求9所述的方法,其特征在于,在步驟(C)中,當所述封頭由不銹鋼材質(zhì)制成時,其厚度按照表達式H彡2%D來計算和確定,其中D為環(huán)形筒體的內(nèi)徑。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種超導(dǎo)磁體用低溫杜瓦,包括中空的環(huán)形筒體、上下封頭和承載桿,其中上下封頭分別與環(huán)形筒體的上下端密封連接,并共同構(gòu)成真空室;封頭上還開有多個通孔,這些通孔分別用于安裝制冷機機頭、吊桿,以及供信號線、真空規(guī)管、真空表頭和電流引線穿入;承載桿用于將超導(dǎo)磁鐵吊裝或支撐在真空室內(nèi),其數(shù)量為2根以上。本發(fā)明還公開了相應(yīng)的關(guān)鍵尺寸參數(shù)的設(shè)計方法。通過本發(fā)明,能夠獲得在各類工況下均可承受較大應(yīng)力,避免蓋板的變形或損壞,并顯著減少漏熱現(xiàn)象發(fā)生的超導(dǎo)磁鐵用低溫杜瓦,并為此類杜瓦設(shè)計時提供便利、合理的設(shè)計指標。
文檔編號F17C13/06GK103177841SQ20131007484
公開日2013年6月26日 申請日期2013年3月8日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月8日
發(fā)明者李敬東, 馮強, 王利琴, 宋萌, 董洪達, 郝層層, 李小雨, 曹昆南, 王達達 申請人:華中科技大學(xué), 云南電力試驗研究院(集團)有限公司電力研究院