一種用於核聚變磁鐵線圈的異型截面空心銅管的製作方法

2023-07-31 17:35:06

專利名稱：一種用於核聚變磁鐵線圈的異型截面空心銅管的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及電機線圈領域，尤其涉及一種用於核聚變磁鐵線圈的異型截面空心銅管。
背景技術：
核聚變因其不會帶來放射性汙染等環境問題，而且其原料直接取自海水中富有的氘、氚，因此是理想的能源供給方式。核聚變發電機組中的巨型發電機，必須具有高效的冷卻系統，以維持正常的發電作業。冷卻介質和方式直接影響發電機的發電能力，目前所用的冷卻方法主要有空氣冷卻、氫氣冷卻和水冷卻。空氣冷卻效能最低，氫氣冷卻比空氣冷卻效能要高3 4倍，由於水的熱容量大、導熱和散熱能力強，因此水冷效果最好，比空氣冷卻效能高40 50倍。因此在核聚變發電機組中優選水冷卻系統來保證發電機組的正常運行。目前很多水冷發電機系統中，採用的磁鐵線圈導線管均為方形截面外方內方的空心結構，且內表面粗糙。其尺寸偏差大，導電面積小，在發電機組功率相同的條件下線圈耗材量大，裝機後機組體積龐大，且方形內孔降低了冷卻水的流速，冷卻水在導管中易結水垢，造成冷卻效率低下，大大降低發電能力並常導致發電機故障，因此需要開發出一種新型的適用於核聚變發電機組的磁鐵線圈導線管。為解決現有技術的缺陷，本單位在現有技術基礎上，開發出了一套成熟的製作異型截面空心銅管的技術，主要步驟包括:選擇管坯，對確定好的管坯進行熔鑄、擠壓、以及拉伸後形成圓管坯，對成型的管坯進行軋制處理，對軋制好的管坯進行退火處理，將退火處理好的管坯進行過渡拉伸，對過渡拉伸好的管坯再進行拉伸，最後形成成品。中國發明專利申請，申請號2007100397891，發明名稱「空心銅導線管」，詳細介紹了本實用新型的生產方法。本實用新型是在前述發明專利申請基礎上的進一步改進，本實用新型所公開的異型截面空心銅管，具有成品率高，產品機械強度大，生產工藝穩定的優點，且特別適用於組裝核聚變磁鐵線圈。

實用新型內容有鑑於現有技術的上述缺陷，本實用新型提供一種用於核聚變磁鐵線圈的異型截面空心銅管。本實用新型解決上述問題所採用的技術方案是:提供一種異型截面空心銅管，其橫截面為圓角矩形，內孔為圓形，所述異型截面空心銅管矩形短邊長度B與圓角曲率半徑r比為1:0.7 0.8，所述異型截面空心銅管的內孔表面粗糙度Ra < 1.6 μ m，優選的，內孔表面粗糙度Ra < 0.8 μ m，所述異型截面空心銅管的圓形內孔直徑D與矩形短邊長度B比為1: 1.5 3，優選的橫截面圓形內孔直徑與矩形短邊長度比為1:1.8 2.5，更優選的，所述圓形內孔直徑D與矩形短邊長度B比為1:2 2.5，最優選的橫截面圓形內孔直徑與矩形短邊長度比為1:2。現有技術中，用於水冷發電機的磁鐵線圈導線管均為方形截面內方外方的空心結構，相比現有技術，採用本實用新型結構的異型截面空心銅管，具有導線截面積大、高導電等特點。當其用於組裝核聚變磁鐵線圈時，能夠減少機組裝機體積，節省金屬材料。矩形的外形使安裝機組更加簡單，且能夠有效貼合機組，增加銅管與機體的接觸面積，長邊壁較薄增加了導熱效率，提高了冷卻效果，短邊臂較厚提高了銅管抗拉伸能力，增強了機械強度，同時使導電面積有所增加。圓形光滑的內孔使冷卻水的流動更加快速，能夠顯著提高冷卻效率，並且圓形光滑的內表面不易結垢，使機組工作狀況得到改善，顯著延長使用壽命。本實用新型解決了現工藝中採用的線圈材料內孔為矩形或方形，使線圈耗材大，機組體積龐大，線圈冷卻效果差，最終造成機組使用壽命短的技術問題，具有節省金屬材料，機組壽命長等優點，提高了本實用新型使用的可靠性和穩定性。上述異型截面空心銅管，成品矩形短邊長度B與圓角曲率半徑r比為1:0.7 0.8範圍內，加工工藝穩定，成品率高。圓形內孔直徑D與矩形短邊長度B比為1:1.5 3時，既能保證銅管的冷卻效率也能保證銅管的機械強度，優選橫截面圓形內孔直徑與矩形短邊長度比為1:2時，最易加工。內孔表面粗糙度Ra < 1.6μπι即可滿足實際使用的要求，冷卻水可以達到較高的流速，且不易結水垢，同時成品率較高生產成本較低，若需要進一步提高冷卻效率可以將內孔表面粗糙度Ra降至0.8 μ m以下，已達到更好的應用效果。以下將結合附圖對本實用新型的構思、具體結構及其產生技術效果作進一步說明，以充分地了解本實用新型的目的、特徵和效果。

圖1是本實用新型一個具體實施例成品的截面圖。
具體實施方式
以下結合附圖和具體實施方式
，對本實用新型做進一步描述。實施例1如圖1所示的一種異型截面空心銅管，其橫截面為圓角矩形，內孔為圓形，矩形長邊長度為A，短邊長度為B，圓形內孔直徑為D，圓角曲率半徑為r，長邊壁厚度為SI，短邊壁厚度為S2，對角線壁厚為Sd。長邊壁厚SI小於短邊壁厚S2。矩形短邊長度B與圓角曲率半徑r比為1:0.7，內孔表面粗糙度Ra為1.5 μ m，圓形內孔直徑D與矩形短邊長度B比為1:2。本實施例所示的異型截面空心銅管，橫截面為圓角矩形，內孔為圓形，具有導線截面積大、高導電等特點。當其用於組裝核聚變磁鐵線圈時，能夠減少機組裝機體積，節省金屬材料。矩形的外形使安裝機組更加簡單，且能夠有效貼合機組，增加銅管與機體的接觸面積，長邊壁較薄增加了導熱效率，提高了冷卻效果，短邊臂較厚提高了銅管抗拉伸能力，增強了機械強度，同時使導電面積有所增加。圓形光滑的內孔使冷卻水的流動更加快速，能夠顯著提高冷卻效率，並且圓形光滑的內表面不易結垢，使機組工作狀況得到改善，顯著延長使用壽命。[0021]上述異型截面空心銅管，成品矩形短邊長度B與圓角曲率半徑r比為1:0.7，在此比例下加工工藝穩定，成品率高。圓形內孔直徑D與矩形短邊長度B比為1:2時，既能保證銅管的冷卻效率也能保證銅管的機械強度，且易於加工。內孔表面粗糙度Ra為1.5 μ m，冷卻水在內孔中可以達到較高的流速，且不易結水垢，同時成品率較高生產成本較低。以上詳細描述了本實用新型的較佳具體實施例，本實用新型還允許有其它結構變化，如橫截面圓形內孔直徑與矩形短邊長度比1: 1.5 3範圍內，均能達到本實用新型的效果ο
權利要求1.一種用於核聚變磁鐵線圈的異型截面空心銅管，其特徵在於，空心銅管橫截面為圓角矩形，內孔為圓形，矩形短邊長度B與圓角曲率半徑r比為1: 0.7 0.8，圓形內孔直徑D與矩形短邊長度B比為1: 1.5 3。
2.如權利要求1所述的異型截面空心銅管，其特徵在於，所述圓形內孔直徑D與矩形短邊長度B比為1: 2 2.5，內孔表面粗糙度Ra < 1.6 μ m。
3.如權利要求1或2所述的異型截面空心銅管，其特徵在於，所述空心銅管長邊壁厚SI小於短邊壁厚S2。
專利摘要本實用新型公開了一種用於核聚變磁鐵線圈的異型截面空心銅管，其橫截面為圓角矩形，內孔為圓形，具有截面面積大、高導電、機械強度高等特點，且成品率高，生產工藝穩定。作為核聚變磁鐵線圈所使用的重要配件，本實用新型採用的形狀結構在保證異型截面面積基礎上，能夠減少機組裝機體積，節省金屬材料。矩形的外形能夠有效貼合機組，增加銅管與機體的接觸面積，提高冷卻效果，並且也使安裝機組更加簡單。圓形的內孔使冷卻水的流動更加快速，顯著提高冷卻效率，並且圓形光滑的內孔不易結垢，使機組工作狀況得到改善，延長使用壽命。
文檔編號H01B5/06GK203165490SQ20122067709
公開日2013年8月28日 申請日期2012年12月10日 優先權日2012年12月10日
發明者徐勇, 張家平, 袁頻頻 申請人:上海飛輪有色新材料股份有限公司, 上海飛輪實業有限公司