与杜瓦存在装配关系的限流器部件有铁心和超导绕组。超导绕组安装在杜瓦内,杜瓦安装在铁心的窗口内。铁心的直径决定杜瓦的内径,超导绕组的大小决定杜瓦的外径和最小高度。杜瓦的壁面厚度及法兰厚度参考压力容器的设计规范。杜瓦还要留出超导绕组电流引线出口、补液口、排气口、液位计及压力计测量接口。根据以上情况,杜瓦为环形圆柱体结构,在上法兰引出6根引出管。
杜瓦顶部接口布置示意图如图4.21所示,杜瓦补液口与汽化器抽空减压接口呈180°,避免补充的液氮还没有落入液池就被水环真空泵抽走,同时,也可以缓解杜瓦内水平方向上液氮的温度梯度。大电流引线与其他测量控制引线分开布置避免相互干扰。
图4.21 超导绕组杜瓦顶部 接口布置示意图
为了保证最佳的绝热效果,杜瓦为高真空多层绝热结构,由内筒和外筒组成。内筒安装超导绕组,盛放液氮,工作时处于液氮温区。外筒处于室温。内筒上缠绕着多层由镀铝薄膜(或铝箔)和绝热纸组成的反辐射绝热层,而且内筒和外筒之间的空间抽真空,形成高真空绝热结构。内筒与引出管焊接后悬挂在外筒内。引出管除了作为接口,还能延长液氮与室温的导热长度,减少热负荷。杜瓦的剖面图如图4.22所示。
绝热材料选择铝箔和绝热纸组合。每层绝热材料由一层铝箔和一层绝热纸组成。绝热纸比铝箔稍宽,避免缠绕时相邻的两层铝箔接触形成热短路。铝箔和绝热纸上预先打若干小孔,有利于抽真空。绝热材料裁成合适宽度,能与杜瓦的弧度紧密贴合,同时减少缠绕工作量。
杜瓦的尺寸决定了杜瓦的重量,关系到铁心窗口的大小,以及整个限流器本体的重量。杜瓦尺寸的设计原则是在满足强度、绝热、绝缘的要求下,选择最为紧凑的设计方案。杜瓦的设计思路是从铁心直径开始,从内到外,从下到上,依次确定各壁面、法兰、管道的尺寸。(www.xing528.com)
在本设计中,目前已知铁心直径为1720mm。铁心和杜瓦之间用胶棒等软间隔物隔开。铁心和杜瓦的装配空隙要考虑铁心及杜瓦的加工精度、间隔物尺寸。铁心直径加工精度约为5mm,杜瓦直径的精度小于5mm。选择铁心与杜瓦的装配空隙为30mm,间隔物的尺寸根据实际空隙灵活选择。
绝热材料在杜瓦内筒上缠绕35层,缠绕密度为20层/cm。绝热层的总厚度约为25mm。绝热层和外筒要有一定的空间,形成真空。考虑到杜瓦装配精度和杜瓦的环形结构,杜瓦径向真空距离设计为50mm。
杜瓦容积的设计除了要把超导绕组装进杜瓦内,还要满足液氮有一定的冗余容量,补液周期为1天左右。完成杜瓦尺寸设计后,还要对杜瓦热负荷进行校核,检查是否满足补液周期的要求。
图4.22 杜瓦的剖面图
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