СВЕРХПРОВОДЯЩИЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТ Российский патент 1994 года по МПК H01F7/22 

Изобретение относится к сверхпроводящим устройствам, а именно к устройствам сверхпроводящих магнитов, которые могут быть применены, например, на высокоскоростном наземном транспорте на магнитной подушке в качестве левитационных узлов, в горнодобывающей промышленности для сепарации руды и т. п.

Известен сверхпроводящий электромагнит, содержащий корпус и гелиевый контейнер со сверхпроводящей обмоткой, укрепленной внутри корпуса на опорах с помощью резьбового соединения. Каждая опора в этом устройстве выполнена в виде шпилек, последовательно соединенных между собой с зазором между шпильками посредством гаек [1].

Недостатком известного сверхпроводящего электромагнита является низкий ресурс работы за счет больших теплопритоков к сверхпроводящей катушке через корпус и опоры, снизить которые можно только путем увеличения числа шпилек и соединений, что делает конструкцию громоздкой.

Ближайшим к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту, т. е. прототипом, является сверхпроводящий электромагнит, который содержит корпус с криогенным контейнером со сверхпроводящей обмоткой, укрепленной внутри корпуса на опорах. Корпус и опоры в этом устройстве выполнены из многослойной сотовой арматуры [2].

Недостатком известного сверхпроводящего электромагнита является невысокая технологичность изготовления многослойной сотовой арматуры, обусловленная как трудоемкостью изготовления самих сотовых панелей, так и сложностью формирования самой арматуры, так как при этом необходимо выдерживать точность сдвижки слоев. Кроме этого, панели имеют пониженные прочностные характеристики, так как при воздействии нагрузки в их стенках возникает как напряжение сжатия, так и напряжение продольной устойчивости.

Изобретение направлено на создание сверхпроводящего магнита с повышенной технологичностью изготовления за счет упрощения конструкции, а также улучшенными прочностными характеристиками.

Сущность изобретения заключается в том, что в сверхпроводящем электромагните, содержащем корпус и криогенный контейнер со сверхпроводящей обмоткой, укрепленной внутри корпуса на опорах, корпус и опоры, выполненные из теплоизолирующей арматуры, состоящей из нескольких контактирующих и жестко связанных между собой слоев, каждый слой теплоизоляционной арматуры выполнен сплошным с гофрами, причем гофры каждого последующего слоя повернуты относительно предыдущего на угол 90^о.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый сверхпроводящий электромагнит имеет следующие отличительные признаки: каждый слой теплоизоляционной арматуры выполнен сплошным с гофрами, гофры каждого последующего слоя повернуты относительно предыдущего на угол 90^о.

Выполнение каждого слоя теплоизоляционной арматуры сплошным гофрированным значительно улучшает технологию ее изготовления по сравнению с сотами, имеющими в поперечном сечении форму правильного шестиугольника, изготовление которых требует наличия сложной технологической оснастки. В прототипе изоляционная арматура из сотовых панелей выполняется со смещением слоев по диагонали на половину ее длины для снижения площади контакта, что требует высокой точности при формировании слоев. В заявляемом техническом решении предлагается выполнить относительный поворот слоев для уменьшения площади контакта. Поворот на 90^о дает максимально возможное уменьшение площади контактных слоев и одновременно упрощает саму технологию изготовления теплоизоляционной арматуры. Выполнение слоев гофрированными увеличивает жесткость теплоизоляционной арматуры по сравнению с просечной сотовой. Это обусловлено тем, что при силовом контакте в просечной сотовой арматуре работают только по одной стенке в месте контакта, а в гофрированной контакт происходит по вершине гофр и в этом случае напряжение воспринимают две стенки, образующие складки гофр, что вдвое увеличивает момент сопротивления возникающему напряжению. Это позволяет использовать гофрированную теплоизоляционную арматуру при более высоких силовых нагрузках.

На фиг.1 представлена конструкция сверхпроводящего электромагнита; а на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1.

Корпус 1 сверхпроводящего электромагнита (фиг.1) выполнен из гофрированной арматуры 2, содержащей наружные обшивки 3 из стеклоткани с отражающим покрытием 4 и наполнителем из сплошных гофрированных слоев 5, причем смежные слои повернуты так, что их гофры образуют между собой угол 90^о. С внешней стороны корпус 1 снабжен вакуумным вентилем 6 для создания вакуума внутри стенок 2. Внутри корпуса 1 размещен криогенный контейнер 7 со сверхпроводящей катушкой 8. Снаружи и внутри стенки криогенного контейнера 7 покрыты теплоизоляционным материалом 9 из супертонкого кварцевого волокна. Криогенный контейнер раскрепляется в корпусе 1 при помощи опор 10, выполненных из последовательно соединенных гофрированных слоев, гофры которых образуют между собой угол 90^о. Трубки 11 заливки криогенной жидкости и трубки 12 токовводов соединены с криогенным контейнером 7 и крышкой 13 корпуса 1. Внутренняя поверхность трубок 11 и 12 покрыта теплоизоляционным материалом. На криогенном контейнере 7 выполнены на днище посадочные гнезда 14, а с боков направляющие 15 для стыковки с опорами 10. Наружная поверхность криогенного контейнера и внутренняя поверхность корпуса 1 выполнены зеркальными.

Для приведения сверхпроводящего электромагнита в рабочее состояние предварительно откачивают воздух из полости корпуса 1 и из арматуры 2, затем заливают криогенную жидкость в криогенный контейнер 7 через трубку 11 до полного охлаждения сверхпроводящей катушки 8, когда она переходит в сверхпроводящее состояние. После этого посредством токовводов 12 вводят ток в катушку 8 и замыкают сверхпроводящим ключом на короткую цепь. Таким образом, сверхпроводящий магнит переведен в рабочее состояние.

Применение предлагаемой конструкции позволит повысить технологичность изготовления и улучшить прочностные характеристики сверхпроводящего магнита.

Использование: в электротехнике, в высокоскоростном наземном транспорте на магнитной подушке, при обогащении железных руд и др. Сущность изобретения: сверхпроводящий электромагнит содержит корпус 1 и криогенный контейнер 7 со сверхпроводящей обмоткой 8, установлены на опорах 10. Корпус 1 и опоры 10 выполнены из теплоизоляционной арматуры, состоящей из нескольких контактирующих и жестко связанных между собой гофрированных слоев 5, причем гофры каждого последующего слоя повернуты относительно предыдущего на угол 90°. Преимущества: упрощается технология изготовления, повышается надежность работы при больших механических нагрузках. 2 ил.

СВЕРХПРОВОДЯЩИЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТ, содержащий корпус и криогенный контейнер со сверхпроводящей обмоткой, расположенной внутри корпуса на опорах, корпус и опоры выполнены из теплоизоляционной арматуры, состоящей из нескольких контактирующих и жестко связанных между собой слоев, отличающийся тем, что каждый слой теплоизоляционной арматуры выполнен сплошным с гофрами, причем гофры каждого последующего слоя повернуты относительно предыдущего на 90^o.