криогенный сосуд
Классы МПК: | F17C3/00 Сосуды без избыточного давления F17C13/08 устройства для установки сосудов |
Автор(ы): | Симонов П.П., Куцев С.Н. |
Патентообладатель(и): | Научно-исследовательский институт "Изотерм" |
Приоритеты: |
подача заявки:
1991-04-05 публикация патента:
15.10.1994 |
Сущность изобретения: криогенный сосуд содержит внутреннюю и внешнюю емкости, жестко соединенные между собой тепловыми опорами. Тепловая опора имеет опорное кольцо и стеклотекстолитовые стяжки, расположенные тангенциально относительно этого кольца и под углом к плоскости опоры. Поставленная цель достигается тем, что стяжки выполнены "ломаными", при этом одни концы каждой пары стяжек установлены на общих осях, а другие поочередно закреплены на наружной и внутренней емкостях. 4 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4
Формула изобретения
КРИОГЕННЫЙ СОСУД, содержащий герметичный корпус, внутреннюю и внешнюю емкости, жестко соединенные между собой тепловой опорой, имеющей опорное кольцо и стяжки, расположенные тангенциально относительно этого кольца и под углом к плоскости опоры, отличающийся тем, что, с целью уменьшения габаритов без увеличения теплопотерь, каждая пара стяжек расположена под углом одна к другой и одними концами закреплена на общих осях, а другими поочередно с помощью шарниров - на внешней и внутренней емкостях, оси установлены на опорном кольце с возможностью радиального перемещения, при этом опорное кольцо расположено между емкостями коаксиально им.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к криогенной технике, преимущественно к криогенным сосудам для сверхпроводящих магнитов (СПМ). При создании подобных изделий приходится решать как традиционные проблемы, присущие всем криососудам (например, уменьшение теплопритоков и т.п. ), так и специфические, связанные с назначением и конструкцией СПМ. Известен криогенный сосуд, содержащий внутреннюю и внешнюю емкости. Емкости жестко соединены между собой тепловыми опорами, которые включают два кольца, связанные стеклопластиковыми стяжками, расположенными тангенциально относительно внутреннего кольца и под углом к плоскости опор. Такая конструкция имеет хорошую несущую способность, обеспечивает надежную фиксацию внутренней емкости по отношению к наружной и минимальные теплопотери за счет материала и формы выполнения стяжек. Однако известное решение нельзя использовать в криогенных сосудах для СПМ. Причина в том, что в межполюсном зазоре СПМ имеется канал для прохождения пучка заряженных частиц. Форма канала - вытянутая, почти на всю ширину СПМ. Поэтому, чтобы применить известное решение, нужно ось тепловой опоры выполнить с диаметром, соизмеримым с диаметром СПМ. Это привело бы к увеличению диаметра наружной емкости (так как длина стеклопластиковых стяжек не может быть уменьшена без увеличения теплопотерь) и, следовательно, к вынужденному удорожанию конструкции в целом. Кроме того, в известном решении производят натяжение каждой стяжки в отдельности. А так как натянуть одинаково их практически не удается, то снижается надежность работы устройства. Цель изобретения - уменьшение габаритов без увеличения теплопотерь. Поставленная цель достигается тем, что в известном криогенном сосуде, содержащем герметичный корпус, внутреннюю и внешнюю емкости, жестко соединенные между собой тепловой опорой, имеющей опорное кольцо и стяжки, расположенные тангенциально относительно этого кольца и под углом к плоскости опоры, каждая пара стяжек, расположенная под углом одна к другой, одними концами закреплена на общих осях, а другими поочередно, с помощью шарниров - на внешней и внутренней емкостях. Общие оси установлены на опорном кольце с возможностью радиального перемещения, при этом опорное кольцо расположено между внешней и внутренней емкостями. Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый криогенный сосуд отличается конструкцией тепловой опоры, что соответствует критерию "новизны". Сравнение с другими известными решениями показывает, что отдельные элементы заявленного широко известны:применение "ломаных" стержней с целью уменьшения габаритов, например, в зонтах;
расположение элементов крепления равномерно по окружностям;
узел, обеспечивающий радиальное перемещение стяжек. Однако другие конструктивные признаки, характеризующие расположение в связи стяжек авторам неизвестны. То, что каждая пара стяжек одними концами закреплена на общих осях, а другими - поочередно и с помощью шарниров на внешней и внутренней емкостях, обеспечивает не только уменьшение габаритов, но и жесткую фиксацию этих емкостей одна относительно другой. Это позволяет сделать вывод о соответствии критерию "существенные отличия". На фиг.1 изображен предлагаемый криогенный сосуд, общий вид; на фиг.2 - разрез по А-А на фиг.1; на фиг.3 - узел I на фиг.1; на фиг.4 - разрез по В-В на фиг.3. В герметичном корпусе 1 размещен СПМ 2, жестко соединенный с азотным экраном 3 с помощью подвески на фигурах не обозначена. СПМ представляет собой дипольный магнит, в теле которого имеются сквозные каналы 4 для протекания жидкого гелия и межполюсный зазор 5. Герметичный корпус 6 СПМ выполнен из нержавеющей стали. Он имеет патрубки 7 и 8 для провода и отвода жидкого гелия. В межполюсном зазоре 5 размещается канал 9 для транспортировки пучка заряженных частиц. Геометрия канала 9 определяют форму межполюсного зазора 5 в горизонтальной плоскости. Соответствующие отверстия (для канала 9, на фигурах не обозначены) имеются в азотном экране 3 и корпусе 1. Азотный экран 3 жестко установлен на тепловых опорах 10 с заглушками 11. Кроме того, он со всех сторон окружает корпус 6 СПМ 2. Подвеска (их две - по обоим торцам сосуда), с помощью которой СПМ 2 в корпусе 6 жестко соединен с азотным экраном 3, выполнена в виде стеклопластиковых стяжек 12 и 13 и опорного кольца 14. Каждая пара стяжек 12 и 13 одними концами установлена на оси 15, а эта ось - в отверстии резьбовой вилки 16, которая в свою очередь закреплена на опорном кольце 14 с помощью пластинчатой пружины 17 и гайки 18. Вторые концы стяжек 12 закреплены шарнирно с помощью осей 19, шайб 20 и шплинтов 21 на стенке сосуда 3, а стяжки 13 с помощью аналогичного крепления - на корпусе 6. Все крепления равномерно расположены по соответствующим окружностям. Пары стяжек 12 и 13 расположены под углом друг к другу в плоскости, перпендикулярной оси криососуда и под углом между собой в продольной плоскости. Вначале производят натяжение стяжек 12 и 13 с помощью гаек 18. При этом резьбовая вилка 16 перемещается вместе с осью 15. Схема сил при натяжении стяжек 12 и 13 показана на фиг.5. F=2Psin , где F - усилие в винтовой паре;
Р - усилие натяжения стяжек;
- угол между стяжками. П р и м е р. Р = 500 кг. = 140-180оС
при = 140о - F = 342 кг
180о - F -> 0
Это позволяет применить пружины 17 с малой жесткостью, что обеспечивает надежную плавную работу натяжных элементов, а, следовательно, равномерность натяжения стяжек. При заливке хладагента в криогенный сосуд (во внешнюю емкость заливается азот, а во внутреннюю - гелий) происходят тепловые деформации, которые компенсируются упругими деформациями пружин 17, обеспечивая постоянство натяжения стяжек 12 и 13. Тепловой поток от внешней емкости к внутренней распространяется по стяжкам 12, через оси 15, резьбовые вилки 16, опорное кольцо 14 и стяжки 13. Очевидно, что, по сравнению с аналогичным криососудом, т.е. с прототипом, диаметр предлагаемого можно уменьшить (при прочих равных условиях) на величину, равную сумме длин двух стяжек. В нашем случае длина стяжки равна 122 мм. Кроме того, стяжки натягиваются более равномерно, что повышает надежность.
Класс F17C3/00 Сосуды без избыточного давления
Класс F17C13/08 устройства для установки сосудов