Криогенный токоввод

 

! >8542I6

Союз Советских (Социалистиче ких

Республик

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 24.03.80 (21) 2898884/18-25 (51) M.Êë. Н Î1 L 39/02 с присоединением заявки— (23) Приоритет—

Государственный комитет (43) Опубликовано 30.О4.82. Бюллетень № 16 (53) УДК 621.325 (088.8) so делам изобретений и открытий (45) Дата опубликования описания ЗО.О4.82 (72) Авторы изобретения

Е. И. Скибенко, С. И. Скрыпин и В. Б. Юфер (71) Заявитель (54) КРИОГЕННЫИ ТОКОВВОД

Изобретение относится к криогенной электротехнике и может быть использовано для подведения токов большой величи ны к физическим и технологическим установкам с циркуляционной системой охлаждения сверхпроводя|щих, носителей тока.

Известно криогенное токоподводящее устройство, представляющее собой токонесущие трубки с припаянными к ним на тепловой контакт сверхпроводящими кабе- 10 лями, подсоединяемыми к концевым частям обмотки сверхпроводящей системы (11. Токонесущие трубки через диэлектрические проставки подключены к охлаждающим каналам, по которым хладагент выво- 16 дится после охлаждения им системы, и являются продолжением этих каналов. К наружным .концам токонесущих трубок подводится ток от внешнего источника.

При использовании этой конструкции увеличивается расход хладагента, необходимого для захолаживания токоввода, вследствие того, что условия теплоотдачи в охлаждающих каналах сверхпроводящей системы и в подключенных к ним токоне- 25 сущих трубках токоввода не одинаковы.

По охлаждающим .каналам системы проходит жидкий хладагент, а токонесущие трубки охлаждаются парожидкостной смесью с преимущественным (до 95 — 98%) содер- 3î жанием пара. Турбулентность потока в охлаждающем канале существенно выше, чем в токонесущей трубке из-за существенных различий между ними в длине, диаметре и конфигурации поперечного сечения.

В результате коэффициент теплоотдачи в токонесущих трубках токоввода значительно ниже, чем в охлаждающих каналах сверхпроводящей системы. Кроме того, наличие диэлектрических проставок между токонесущими трубками токоввода и охлаждающими каналами системы приводит к понижению надежности и долговечности такого токоввода, в особенности при работе его в условиях повышенной вибрации, что наблюдается, например, при использовании его для подведения тока к обмоткам мощных сверхпроводящих электрических машин.

Основными требованиями к токовводам, применяемым в современных физико-технических установках, использующих сильноточную сверхпроводимость (например установки термоядерного синтеза, сверхпроводящие электрические машины и магниты и т. п.), являются минимизация теплопритока в холодную зону для снижения расхода хладагента и высокая надежность в условиях многократно повторяемых циклов захолаживание — отогрев, ведущих к воз854216 никновению термомеханических напряжений в местах соединения материалов, различающихся коэффициентом термического расширения, а также в условиях возможных внешних механических воздействий типа вибрации, толчков, ударов.

Известен также криогенный токоввод для сверхпроводящих сильноточных систем, содержащий вакуумную камеру с размещенным в ней охлаждаемым радиационным экраном и крышкой с патрубками подачи хладагента и отвода его паров из расположенных в радиационном экране автономных сосудов, в каждом из которых,установлена проходящая через крышку и днище

15 сосуда и герметично соединенная с ними токоподводящая трубка с закрепленным на тепловой контакт с нею сверхпроводящим кабелем, соединенным с обмоткой сильноточной системы 121.

Помещение в сосуды с хладагентом токоподводящих трубок делает их охлаждение оптимальным, т. е. позволяет снизить расход хладагента и является достаточным для перевода прикрепленных к трубкам кабелей в сверхпроводящее состояние. Однако такой токоввод имеет недостаточную надежность в условиях длительной эксплуатации при значительных уровнях внешних механических воздействий вследствие использования мягкого припоя (например

ПОС-30) для герметичного соединения днища автономного сосуда с токонесущей трубкой и навитым на нее сверхпроводящим кабелем.

Способы герметичного вакуумного соединения, обладающие более высокими прочностными характеристиками (пайка на твердый припой, сварка), неприемлемы изза недопустимости перегрева сверхпроводящего .кабеля. Термоциклирование, т. е. многократно повторяемые захолаживание и отогрев, а также длительные механические воздействия на узел, образованный несколькими деталями, которые выполнены из материалов с различными значениями температурного коэффициента линейного расширения и жестко соединены мягким припоем, приводит к механическом у разрушению припоя, образованию трещин — к нарушению герметичности соединения. Разгерметизация же сосуда с хладагентом ведет к утрате работоспособности не только токовводом, но и сверхпроводящей сильноточной системой из-за срыва вакуума в них, Целью изобретения является повышение надежности герметизации токоввода при термоциклировании и механических воздействиях.

Цель достигается тем, что криогенный токоввод для сверхпроводящих сильноточных систем, содержащий вакуумную камеру с размещенным в ней охлаждаемым радиа циoнным экраном и крышкой с патрубками подачи хладагента и отвода его па20

65 ров из расположенных в радиационном экране автономных сосудов, в,каждом из которых установлена проходящая через крышку и днище сосуда и герметично соединенная с ними токоподводящая трубка с закрепленным на тепловой контакт с нею сверхпроводящим .кабелем, соединенным с обмоткой сильноточной системы, снабжен каналом охлаждения, связанным с выходом паров хладагента криостата сильноточной системы и соединенным на тепловой контакт с радиационным экраном, токоподводящие трубки герметично соединены с KpbIIIIIKBMH и днищами автономных сосудов посредством сварки, а каждый кабель размещен со стороны днища сосуда внутри своей токоподводящей трубки, противоположный .конец которой расположен над крышкой вакуумной камеры в патрубке отвода паров хладагента и заглушен, причем кабели по всей длине до входа в трубки уложены через слои диэлектрика на поверхности канала охлаждения.

Канал охлаждения не имеет электрического контакта с токонесущими частями (токоподводящими трубками, автономными бачками и сверхпроводящими кабелями) токоввода. В результате отпадает необходимость в установке диэлектрической проставки при подключении трубки к выходу охлаждающих каналов криостата сверхпроводящей системы.

Ввод сверхпроводящего кабеля в токонесущую трубку через ее открытый конец, выступающий из днища автономного сосуда, осуществляется уже после того, как сама токонесущая трубка герметично соединена с автономным сосудом. В результате появляется возможность это герметичное соединение делать не паяным на мягкий припой, а сварным, что повышает надежность самого соединения, а значит и всего токоввода.

На чертеже схематически изображен предлагаемый токоввод. Он содержит выполненную из нержавеющей стали камеру

1 с крышкой 2. Токонесущие элементы токоввода образованы медными токоподводящими трубками 3, герметично посредством сварки установленными в автономные сосуды 4, заполняемые хладагентом (жидким гелием) через патрубки 5. Конец трубки 3, выступающий из крышки камеры, заглушен и размещен в патрубке 6, по которому пары хладагента выводятся из автономного сосуда, дополнительно при этом охлаждая трубку 3 в той ее части, где она не погружена в жидкий хладагент. Через открытый конец трубки, выступающий из днища автономного сосуда 4, в нее введен и укреплен на тепловой контакт сверхпроводящий кабель 7, подсоединенный к концу обмотки сверхпроводящей сильноточной системы. Он уложен через электрическую изоляцию 8 на медный канал 9 охлажде854216 ния, подключенный без диэлектрической проставки к выходу охлаждающих каналов криостата сверхпроводящей системы. Канал 9 в камере 1 токоввода образует змеевик, окружающий автономные бачки, а затем через крьппку 2 выходит наружу. К змеевику на тепловой контакт прикреплен радиационный экран i10, необходимый для уменьшения потерь хладагента в автономных бачках, обусловленных радиационным теплопереносом на них с теплых стенок камеры. Патрубки 5 и 6, имеющие электрический контакт с токонесущими частями токоввода, укреплены в крышке 2 через изоляторы 11.

Для подготовки предлагаемого токоввода к работе осуществляют его предварительное охлаждение парами хладагента, выходящими по каналу 9 охлаждения из криостата сверхпроводящей системы. После этого в автономные сосуды 4 заливают хладагент — жидкий гелий. В таком виде токоввод готов к работе. Поданный от внешнего источника ток идет по стенкам токоподводящих трубок 3, переходит в сверхпроводящие кабели 7, от куда попадает на концы обмотки сверхпроводящей системы.

Надежность предлагаемого токоввода повышается не только от повышения прочности герметичных соединений токоподводящих трубок с автономными сосудами, но и оттого, что устраняется необходимость в диэлектрической проставке между охлаждающими каналами,криостата сверхпроводящей системы и каналом, выводящим пары хладагента из криостата, так как эта проставка тоже подвержена разрушению в условиях механических воздействий на токоввод. Кроме того, в результате охлаждения радиационного экрана парами хладагента, выходящего из сверхпроводящей системы, отпадает необходимость в специальной системе охлаждения радиационного экрана жидким азотом. Радиационный экран охлаждается до температур существенно более низких, чем температура кипения жидкого азота, что приводит к уменьшению теплопереноса издучением на автономные бачки и соответственно к уменьшению в них расхода хладагента.

Формула изобретения

Криогенный токоввод для сверхпроводящих сильноточных систем, содержащий

10 вакуумную камеру с размещенным в ней охлаждаемым радиационным экраном и крышкой с патрубками подачи хладагента и отвода его паров из расположенных в радиационном экране автономных сосудов, 15 в,каждом из которых установлена проходящая через крышку и днище сосуда и герметично соединенная с ними токоподводящая трубка с закрепленным на тепловой контакт с нею сверхпроводящим;кабелем, 20 соединенным с обмоткой сильноточной системы, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности герметизации токоввода при термоциклировании и механических воздействиях, он снабжен ка25 налом охлаждения, связанным с выходом паров хладагента криостата сильноточной системы и соединенным на тепловой контакт с радиационным экраном, токоподводящие трубки герметично соединены с крьыпками и днищами автономных сосудов посредством сварки, а каждый кабель размещен со стороны днища сосуда внутри своей токоподводясцей трубки, противоположный конец которой расположен над крышкой вакуумной камеры в патр убке отвода паров хладагента и заглушен, причем кабели по всей длине до входа в трубки уложены через слои диаэлектрика на поверхности, канала охлаждения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Отчет по НИР ХФТИ АН УССР № 78067, Харьков, 1978.

45 2. Авторское свидетельство СССР № 745319, кл. Н 01 1 39/02, 1978 (прототип).

854216

Составитель В. Дариннн

Техред И. Заболотнова Корректор И. Осиповская

Редактор П. Горькова

Тип. Харьк. фил. пред. «Патент»

Заказ 362/271 Изд. № 123 Тираж ?58 Подписное

НПО сПоиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Криогенный токоввод Криогенный токоввод Криогенный токоввод Криогенный токоввод 

 

Похожие патенты:

Изобретение относится к ротору криогенной электрической машины, имеющему сверхпроводящую обмотку

Изобретение относится к электромашиностроению и может быть использовано при проектировании систем электропривода с реверсивным режимом, с быстрой остановкой или разгоном приводного механизма

Криостат // 669433

Изобретение относится к области электротехники, к разделу роторов криогенных электрических машин, имеющих сверхпроводящую или гиперпроводниковую вращающуюся обмотку возбуждения, преимущественно к генераторам различной мощности

Изобретение относится к устройствам для регистрации отдельных фотонов и может быть использовано в системах оптической волоконной связи, для телекоммуникационных технологий в системах защиты передаваемой информации, диагностике и тестировании больших интегральных схем, в спектроскопии одиночных молекул, астрономии, медицине

Изобретение относится к устройствам для регистрации излучения видимого и инфракрасного диапазонов излучения в режиме счета отдельных фотонов

Изобретение относится к области криоэлектроники и может быть использовано в высокотемпературных сверхпроводниковых (ВТСП) схемах

Изобретение относится к области высокотемпературных сверхпроводников

Криостат // 1217214
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при конструировании сверхпроводящих магнитных систем

Изобретение относится к способам, позволяющим производить совмещение фотонных детекторов относительно оптического излучения. Способ прецизионного позиционирования чувствительного элемента фотонного детектора относительно амплитудно-модулированного оптического излучения включает смещение чувствительного элемента фотонного детектора постоянным током с последующей регистрацией электрического сигнала, возникающего на контактах детектора на частоте модуляции излучения. Полученный при этом сигнал используют как параметр, определяющий качество позиционирования. Обеспечивается повышение технико-эксплуатационных характеристик детектора.

Изобретение относится к способам уменьшения интенсивности фонового излучения инфракрасного диапазона. Способ фильтрации фонового излучения инфракрасного диапазона, падающего на сверхпроводниковый однофотонный детектор, включает передачу излучения инфракрасного диапазона с длиной волны 0,4-1,8 микрометров на сверхпроводниковый однофотонный детектор при помощи одномодового волокна, частично находящегося при температуре 4,0-4,4 К. При этом длина охлаждаемого участка одномодового волокна составляет 0,2-3,5 м. Технический результат заключается в повышении надежности работы фотонных детекторов. 2 з.п. ф-лы.
Наверх