具有磁屏蔽或電磁屏蔽的杜瓦的製作方法
2023-05-28 21:07:21
專利名稱：具有磁屏蔽或電磁屏蔽的杜瓦的製作方法
技術領域：
本發明屬於低溫設備製造技術，尤其涉及一種超導磁體杜瓦，主要應用於超導磁體低溫杜瓦的製作領域。
背景技術：
超導材料與常規導體相比具有很強的通流能力，常被用來製作各種形式和用途的磁體。超導磁體需要在低溫下工作，通常使用杜瓦維持其工作時的低溫環境。杜瓦由內筒和外筒兩個封閉筒構成。內筒封閉的空間為低溫區，維持低溫環境，超導磁體置於內筒中。內筒和外筒之間的封閉空間為真空區，起到絕熱作用。杜瓦可以有多種結構形式，圖1、圖2為兩種主要的杜瓦形式示意圖(未添加其它附件)，圖1為整體型，圖2為環型，包括依次由內至外套在磁體3的內筒2和外筒1，內筒和外筒的筒壁多為金屬材料製作。在超導磁體的使用環境中，經常存在複雜的交變磁場，如在超導電機、超導變壓器、超導限流器、超導感應加熱爐等設備中。外界磁場對超導磁體的通流性能和低溫系統的熱損耗有著嚴重影響。首先，超導材料在垂直磁場的作用下，導電性能會大幅度降低；其次，交變的磁場會在金屬杜瓦壁或其他金屬件中引起渦流，產生熱損耗，加重低溫系統的製冷負擔。此外，交變磁場若穿過超導磁體包圍的空間，還會在磁體中感應出高電壓。在杜瓦外加裝磁屏蔽或電磁屏蔽能夠有效地減輕外界磁場對超導磁體及其低溫系統的不利影響。磁屏蔽能夠對空間漏磁場進行導向，減小垂直於超導磁體導線方向的磁場強度，從而達到提高超導磁體性能的目的。電磁屏蔽針對超導磁體包圍空間內的交變磁場進行屏蔽，可以大大減少交變磁場在超導磁體和金屬杜瓦中產生的渦流損耗，同時有效地降低交變磁場在超導磁體中產生的感應電壓。
發明內容
本發明的目的是提供一種具有磁屏蔽或電磁屏蔽的杜瓦，以屏蔽或減少外磁場對超導磁體及金屬杜瓦的負面影響。為實現上述目的，本發明採取以下設計方案
一種具有磁屏蔽或電磁屏蔽的杜瓦，由內筒和外筒兩個封閉筒構成，內筒和外筒之間抽真空，在內筒和杜瓦外磁場之間安設一組磁屏蔽體或電磁屏蔽體。在內筒中放置超導磁體和低溫液體。所述的杜瓦為整體型和環型杜瓦中的一種。如是在內筒和杜瓦外磁場之間安設一組磁屏蔽體，磁屏蔽體安裝在外筒的外壁上。所述的磁屏蔽體製成帶狀、片狀或筒狀，由矽鋼片、導磁鐵板、鋼板或磁性塑料高磁導率的材料製成。所述的帶狀磁屏蔽體是由矽鋼片纏繞成圓環，再用工具加壓力壓成板狀而製成；所述的片狀磁屏蔽體是將矽鋼片剪切成片狀後疊加成若干層而製成。
所述的一組磁屏蔽體還可以直接用導磁性不鏽鋼製成的外筒壁一體實現。如是在內筒和杜瓦外磁場之間安設一組電磁屏蔽體，電磁屏蔽體安裝在外筒的外壁上。當杜瓦為環型時，電磁屏蔽體安裝在杜瓦外筒的內壁上。所述的電磁屏蔽體用導電材料繞制的線圈首尾閉合形成環繞主磁場的短路環；或用金屬板焊接為閉合筒狀。本發明的優點是能屏蔽或減少外磁場對超導磁體及金屬杜瓦的負面影響，確保超導磁體高性能低損耗的運行；且製作簡單，實用，成本低，容易推廣應用。
圖1為現有的超導磁體及杜瓦結構示意圖(半剖視圖，整體型)。圖2為現有的超導磁體及杜瓦結構示意圖(半剖視圖，環型)。圖3為本發明具有磁屏蔽體或電磁屏蔽體的杜瓦的外觀結構示意圖。圖4為本發明矽鋼片磁屏蔽體的一實施例結構示意圖。圖5為圖4所示的矽鋼片磁屏蔽體的製作過程結構示意圖。圖6為本發明矽鋼片磁屏蔽體的一實施例結構示意圖。圖7為本發明一應用實施例示意圖(220kV限流器三相六柱鬆耦合結構)。圖8為圖7所示實施例中杜瓦筒壁設計尺寸表。下面結合附圖及具體實施例對本發明做進一步詳細說明。
具體實施例方式參閱圖3所示，本發明具有磁屏蔽體或電磁屏蔽體的杜瓦包括由內筒2和外筒I套合構成的杜瓦本體，為整體型和環型杜瓦中的一種，內筒和外磁場之間安設一組磁屏蔽體或電磁屏蔽體4。所述的磁屏蔽體應用導磁鐵板或鋼板、矽鋼片、磁性塑料等高磁導率的材料製作，本質上是引導磁場分布，利用磁屏蔽層磁導率高的特性使得磁場通過磁屏蔽層而不通過被屏蔽的部位，因此磁屏蔽體安裝在屏蔽磁場和被屏蔽部位之間將兩者隔開。超導磁體杜瓦的磁屏蔽體就需要安在內筒和外磁場之間，一般就安在杜瓦最外層的外筒壁上。常用的磁屏蔽體為矽鋼片磁屏蔽，一般採用兩種結構，如圖4所示，一種為帶狀磁屏蔽體，將寬度為H的矽鋼片纏繞成圓環(如圖5中的左圖所示)，再用工具加壓力P壓成板狀如圖5右圖，B方向為粘接安裝面，外磁場由矽鋼片厚度方向進入磁屏蔽體，磁屏蔽損耗小；另一種磁屏蔽體是片狀磁屏蔽，是將矽鋼片剪切成BXL片狀，疊成一定厚度H如圖6，B方向為粘接安裝面，外磁場由矽鋼片厚度方向進入磁屏蔽，磁屏蔽渦流損耗較大，不過後一種製作簡單；磁性塑料損耗小可以直接粘接於杜瓦壁上，而不用切割壓制。對於上述的磁屏蔽體的具體寬度、場長度和厚度的具體尺寸可不受限制，可以根據實際需要及使用的一組的具體個數來具體設計。如果損耗在要求範圍內，所述的磁屏蔽體也可以用矽鋼片製作為桶狀來實現，或者杜瓦最外側外筒壁可以用導磁性不鏽鋼製作。外磁場不是很強時，矽鋼片可以換做是導磁鐵板或鋼板(直接由導磁鐵板或鋼板製成片狀)，安設在內筒和外磁場之間。
所述的電磁屏蔽體由電路迴路構成，迴路要圍繞通過杜瓦的主磁場，其本質是增加通過杜瓦和超導磁體主磁路的磁阻。電磁屏蔽體的安裝在低溫層之外，不與低溫層進行導熱，可以在杜瓦外筒的外側壁上，如果是環型也可以安裝在杜瓦內側外筒壁上。可以是應用金屬形成的閉合桶狀，也可以應用銅導線或銅帶或其他導電材料繞制為多匝線圈，首尾閉合形成環繞主磁場的短路環，粘接於杜瓦筒壁上(不粘接於杜瓦壁上也可，只要形成短路環就可)。其實上述的閉合桶狀磁屏蔽體如果為導電材料也有電磁屏蔽的作用。下面是一具體應用的實施例
三相220kV/300MVA飽和鐵心型超導限流器應用的具有磁屏蔽和電磁屏蔽的高溫超導磁體杜瓦，杜瓦盛裝液氮達到高溫超導材料的工作環境。限流器應用了三相六柱鬆耦合結構，如圖7所示，外圍的六個柱形圓環為交流繞組，六個交流繞組套在六個鐵心磁路上，六個鐵心磁路的另一柱並在一起由直流繞組統一勵磁。限流器串聯在電路中，正常情況(穩態運行)時，直流繞組勵磁使鐵心處於深度飽和近似於空氣，交流繞組阻抗小不影響電路運行；短路故障時，切斷直流勵磁，鐵心退出飽和狀態，交流繞組阻抗增加限制短路電流。直流繞組需要很強的勵磁能力，而且尺寸要求儘可能小，這樣鐵心尺寸也相應小，進而製作容易而且響應時間短。因此直流繞組選用超導帶材繞制，也因此應用到了杜瓦10。穩態運行時，鐵心交流柱處於深度飽和狀態，交流繞組漏磁大，其交變漏磁場在直流繞組杜瓦中會產生的渦流，進而增加熱負荷損耗液氮，因此要加磁屏蔽。另外由於六柱鐵心並非完全對稱，而且由於鐵心飽和的原因，鐵心直流柱中的磁場也會有一定幅度的交變，進而杜瓦10也會發生感應增加熱負荷損耗液氮，因此要加電磁屏蔽。杜瓦10由304不鏽鋼製作，為環形結構(本體的結構可參見圖2所示)杜瓦有四層筒壁，內筒2 (內壁21和外壁22)封閉且其內充滿液氮並放置超導繞組3，外筒I (內壁11和外壁12)和內筒2之間封閉且其內抽真空絕熱。在外筒的外壁12上粘貼導磁材料作為磁屏蔽，屏蔽鐵心交流柱交變漏磁場，使杜瓦內筒不受其影響而產生渦流，也就不會產生渦流熱負荷來消耗液氮。在外筒內壁11外側加多匝銅繞組，首尾閉合形成短路環構成電磁屏蔽，穩定鐵心直流柱磁場。該實施例中,杜瓦筒壁設計參數如表I所示(參見圖8)
磁屏蔽粘貼於外筒的外壁12側，即杜瓦最外層上。電磁屏蔽粘貼於外筒的內壁11與空氣接觸的那一面上。屏蔽設計尺寸如下
a)磁屏蔽寬B為200mm，長L為1200mm的O.23mm的23ZH90定向電磁鋼板；
b)磁屏蔽每組由層電磁鋼板粘貼一起形成(如圖2b所示)，每組厚度H為0.92_(即4層矽鋼片)，杜瓦壁每隔38mm貼一組，共30組；
c)電磁屏蔽由30mm2銅線，繞10匝，粘貼於筒壁I上。加裝磁屏蔽和電磁屏蔽後，杜瓦每日液氮消耗預計將會由未加屏蔽前203升變為95升；超導磁體通流能力由未加屏蔽前285A變為310A。上述各實施例可在不脫離本發明的範圍下加以若干變化，故以上的說明所包含及附圖中所示的結構應視為例示性，而非用以限制本申請專利的保護範圍。
權利要求
1.一種具有磁屏蔽或電磁屏蔽的杜瓦，由內筒和外筒兩個封閉筒構成，內筒和外筒之間抽真空，其特徵在於在內筒和杜瓦外磁場之間安設一組磁屏蔽體或電磁屏蔽體。
2.根據權利要求1所述的具有磁屏蔽或電磁屏蔽的杜瓦，其特徵在於內筒中放置超導磁體和低溫液體。
3.根據權利要求1所述的具有磁屏蔽或電磁屏蔽的杜瓦，其特徵在於杜瓦為整體型和環型杜瓦中的一種。
4.根據權利要求1所述的具有磁屏蔽或電磁屏蔽的杜瓦，其特徵在於在內筒和杜瓦外磁場之間安設一組磁屏蔽體，磁屏蔽體安裝在外筒的外壁上。
5.根據權利要求1所述的具有磁屏蔽或電磁屏蔽的杜瓦，其特徵在於磁屏蔽體製成帶狀、片狀或筒狀，由矽鋼片、導磁鐵板、鋼板或磁性塑料高磁導率的材料製成。
6.根據權利要求5所述的具有磁屏蔽或電磁屏蔽的杜瓦，其特徵在於所述的帶狀磁屏蔽體是由矽鋼片纏繞成圓環，再用工具加壓力壓成板狀而製成；所述的片狀磁屏蔽體是將矽鋼片剪切成片狀後疊加成若干層而製成。
7.根據權利要求1所述的具有磁屏蔽或電磁屏蔽的杜瓦，其特徵在於所述的一組磁屏蔽體直接用導磁性不鏽鋼製成的外筒壁一體實現。
8.根據權利要求1所述的具有磁屏蔽或電磁屏蔽的杜瓦，其特徵在於在內筒和杜瓦外磁場之間安設一組電磁屏蔽體，電磁屏蔽體安裝在外筒的外壁上。
9.根據權利要求3所述的具有磁屏蔽或電磁屏蔽的杜瓦，其特徵在於杜瓦為環型時， 電磁屏蔽體安裝在杜瓦外筒的內壁上。
10.根據權利要求8所述的具有磁屏蔽或電磁屏蔽的杜瓦，其特徵在於電磁屏蔽體用導電材料繞制的線圈首尾閉合形成環繞主磁場的短路環；或用金屬板焊接為閉合筒狀。
全文摘要
本發明公開了一種具有磁屏蔽或電磁屏蔽的杜瓦，由內筒和外筒兩個封閉筒套合構成，內筒和外筒之間抽真空，並在內筒和杜瓦外磁場之間安設一組磁屏蔽體或電磁屏蔽體。各磁屏蔽體用矽鋼片製成帶狀或片狀，亦或用導磁性不鏽鋼製成的外筒壁一體實現；電磁屏蔽體可用導電材料繞制的線圈，首尾閉合形成環繞主磁場的短路環，或用金屬板焊接成閉合的筒狀。其可同時屏蔽或降低外磁場對超導磁體的負面影響。
文檔編號F17C1/14GK102997037SQ20111027746
公開日2013年3月27日 申請日期2011年9月19日 優先權日2011年9月19日
發明者王立中, 曹昆南, 龔偉志, 王達達, 王海珍, 宋萌, 魏子鏹, 胡南南, 周年榮, 陳曉雲 申請人:北京雲電英納超導電纜有限公司, 雲南電力試驗研究院(集團)有限公司電力研究院