專利名稱：具有磁屏蔽或電磁屏蔽的杜瓦的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于低溫設(shè)備制造技術(shù)，尤其涉及一種超導(dǎo)磁體杜瓦，主要應(yīng)用于超導(dǎo)磁體低溫杜瓦的制作領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
超導(dǎo)材料與常規(guī)導(dǎo)體相比具有很強(qiáng)的通流能力，常被用來制作各種形式和用途的磁體。超導(dǎo)磁體需要在低溫下工作，通常使用杜瓦維持其工作時(shí)的低溫環(huán)境。杜瓦由內(nèi)筒和外筒兩個封閉筒構(gòu)成。內(nèi)筒封閉的空間為低溫區(qū)，維持低溫環(huán)境，超導(dǎo)磁體置于內(nèi)筒中。內(nèi)筒和外筒之間的封閉空間為真空區(qū)，起到絕熱作用。杜瓦可以有多種結(jié)構(gòu)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(huán)型，包括依次由內(nèi)至外套在磁體3的內(nèi)筒2和外筒1，內(nèi)筒和外筒的筒壁多為金屬材料制作。在超導(dǎo)磁體的使用環(huán)境中，經(jīng)常存在復(fù)雜的交變磁場，如在超導(dǎo)電機(jī)、超導(dǎo)變壓器、超導(dǎo)限流器、超導(dǎo)感應(yīng)加熱爐等設(shè)備中。外界磁場對超導(dǎo)磁體的通流性能和低溫系統(tǒng)的熱損耗有著嚴(yán)重影響。首先，超導(dǎo)材料在垂直磁場的作用下，導(dǎo)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(chǎn)生熱損耗，加重低溫系統(tǒng)的制冷負(fù)擔(dān)。此外，交變磁場若穿過超導(dǎo)磁體包圍的空間，還會在磁體中感應(yīng)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(dǎo)磁體及其低溫系統(tǒng)的不利影響。磁屏蔽能夠?qū)臻g漏磁場進(jìn)行導(dǎo)向，減小垂直于超導(dǎo)磁體導(dǎo)線方向的磁場強(qiáng)度，從而達(dá)到提高超導(dǎo)磁體性能的目的。電磁屏蔽針對超導(dǎo)磁體包圍空間內(nèi)的交變磁場進(jìn)行屏蔽，可以大大減少交變磁場在超導(dǎo)磁體和金屬杜瓦中產(chǎn)生的渦流損耗，同時(shí)有效地降低交變磁場在超導(dǎo)磁體中產(chǎn)生的感應(yīng)電壓。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)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(dǎo)磁體及金屬杜瓦的負(fù)面影響。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下設(shè)計(jì)方案
一種具有磁屏蔽或電磁屏蔽的杜瓦，由內(nèi)筒和外筒兩個封閉筒構(gòu)成，內(nèi)筒和外筒之間抽真空，在內(nèi)筒和杜瓦外磁場之間安設(shè)一組磁屏蔽體或電磁屏蔽體。在內(nèi)筒中放置超導(dǎo)磁體和低溫液體。所述的杜瓦為整體型和環(huán)型杜瓦中的一種。如是在內(nèi)筒和杜瓦外磁場之間安設(shè)一組磁屏蔽體，磁屏蔽體安裝在外筒的外壁上。所述的磁屏蔽體制成帶狀、片狀或筒狀，由硅鋼片、導(dǎo)磁鐵板、鋼板或磁性塑料高磁導(dǎo)率的材料制成。所述的帶狀磁屏蔽體是由硅鋼片纏繞成圓環(huán)，再用工具加壓力壓成板狀而制成；所述的片狀磁屏蔽體是將硅鋼片剪切成片狀后疊加成若干層而制成。
所述的一組磁屏蔽體還可以直接用導(dǎo)磁性不銹鋼制成的外筒壁一體實(shí)現(xiàn)。如是在內(nèi)筒和杜瓦外磁場之間安設(shè)一組電磁屏蔽體，電磁屏蔽體安裝在外筒的外壁上。當(dāng)杜瓦為環(huán)型時(shí)，電磁屏蔽體安裝在杜瓦外筒的內(nèi)壁上。所述的電磁屏蔽體用導(dǎo)電材料繞制的線圈首尾閉合形成環(huán)繞主磁場的短路環(huán)；或用金屬板焊接為閉合筒狀。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是能屏蔽或減少外磁場對超導(dǎo)磁體及金屬杜瓦的負(fù)面影響，確保超導(dǎo)磁體高性能低損耗的運(yùn)行；且制作簡單，實(shí)用，成本低，容易推廣應(yīng)用。


圖1為現(xiàn)有的超導(dǎo)磁體及杜瓦結(jié)構(gòu)示意圖(半剖視圖，整體型)。圖2為現(xiàn)有的超導(dǎo)磁體及杜瓦結(jié)構(gòu)示意圖(半剖視圖，環(huán)型)。圖3為本發(fā)明具有磁屏蔽體或電磁屏蔽體的杜瓦的外觀結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本發(fā)明硅鋼片磁屏蔽體的一實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為圖4所示的硅鋼片磁屏蔽體的制作過程結(jié)構(gòu)示意圖。圖6為本發(fā)明硅鋼片磁屏蔽體的一實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。圖7為本發(fā)明一應(yīng)用實(shí)施例示意圖(220kV限流器三相六柱松耦合結(jié)構(gòu))。圖8為圖7所示實(shí)施例中杜瓦筒壁設(shè)計(jì)尺寸表。下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
具體實(shí)施例方式參閱圖3所示，本發(fā)明具有磁屏蔽體或電磁屏蔽體的杜瓦包括由內(nèi)筒2和外筒I套合構(gòu)成的杜瓦本體，為整體型和環(huán)型杜瓦中的一種，內(nèi)筒和外磁場之間安設(shè)一組磁屏蔽體或電磁屏蔽體4。所述的磁屏蔽體應(yīng)用導(dǎo)磁鐵板或鋼板、硅鋼片、磁性塑料等高磁導(dǎo)率的材料制作，本質(zhì)上是引導(dǎo)磁場分布，利用磁屏蔽層磁導(dǎo)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(dǎo)磁體杜瓦的磁屏蔽體就需要安在內(nèi)筒和外磁場之間，一般就安在杜瓦最外層的外筒壁上。常用的磁屏蔽體為硅鋼片磁屏蔽，一般采用兩種結(jié)構(gòu)，如圖4所示，一種為帶狀磁屏蔽體，將寬度為H的硅鋼片纏繞成圓環(huán)(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?yàn)檎辰影惭b面，外磁場由硅鋼片厚度方向進(jìn)入磁屏蔽體，磁屏蔽損耗?。涣硪环N磁屏蔽體是片狀磁屏蔽，是將硅鋼片剪切成BXL片狀，疊成一定厚度H如圖6，B方向?yàn)檎辰影惭b面，外磁場由硅鋼片厚度方向進(jìn)入磁屏蔽，磁屏蔽渦流損耗較大，不過后一種制作簡單；磁性塑料損耗小可以直接粘接于杜瓦壁上，而不用切割壓制。對于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(jù)實(shí)際需要及使用的一組的具體個數(shù)來具體設(shè)計(jì)。如果損耗在要求范圍內(nèi)，所述的磁屏蔽體也可以用硅鋼片制作為桶狀來實(shí)現(xiàn)，或者杜瓦最外側(cè)外筒壁可以用導(dǎo)磁性不銹鋼制作。外磁場不是很強(qiáng)時(shí)，硅鋼片可以換做是導(dǎo)磁鐵板或鋼板(直接由導(dǎo)磁鐵板或鋼板制成片狀)，安設(shè)在內(nèi)筒和外磁場之間。
所述的電磁屏蔽體由電路回路構(gòu)成，回路要圍繞通過杜瓦的主磁場，其本質(zhì)是增加通過杜瓦和超導(dǎo)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(jìn)行導(dǎo)熱，可以在杜瓦外筒的外側(cè)壁上，如果是環(huán)型也可以安裝在杜瓦內(nèi)側(cè)外筒壁上?？梢允菓?yīng)用金屬形成的閉合桶狀，也可以應(yīng)用銅導(dǎo)線或銅帶或其他導(dǎo)電材料繞制為多匝線圈，首尾閉合形成環(huán)繞主磁場的短路環(huán)，粘接于杜瓦筒壁上(不粘接于杜瓦壁上也可，只要形成短路環(huán)就可)。其實(shí)上述的閉合桶狀磁屏蔽體如果為導(dǎo)電材料也有電磁屏蔽的作用。下面是一具體應(yīng)用的實(shí)施例
三相220kV/300MVA飽和鐵心型超導(dǎo)限流器應(yīng)用的具有磁屏蔽和電磁屏蔽的高溫超導(dǎo)磁體杜瓦，杜瓦盛裝液氮達(dá)到高溫超導(dǎo)材料的工作環(huán)境。限流器應(yīng)用了三相六柱松耦合結(jié)構(gòu)，如圖7所示，外圍的六個柱形圓環(huán)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并在一起由直流繞組統(tǒng)一勵磁。限流器串聯(lián)在電路中，正常情況(穩(wěn)態(tài)運(yùn)行)時(shí)，直流繞組勵磁使鐵心處于深度飽和近似于空氣，交流繞組阻抗小不影響電路運(yùn)行；短路故障時(shí)，切斷直流勵磁，鐵心退出飽和狀態(tài)，交流繞組阻抗增加限制短路電流。直流繞組需要很強(qiáng)的勵磁能力，而且尺寸要求盡可能小，這樣鐵心尺寸也相應(yīng)小，進(jìn)而制作容易而且響應(yīng)時(shí)間短。因此直流繞組選用超導(dǎo)帶材繞制，也因此應(yīng)用到了杜瓦10。穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，鐵心交流柱處于深度飽和狀態(tài)，交流繞組漏磁大，其交變漏磁場在直流繞組杜瓦中會產(chǎn)生的渦流，進(jìn)而增加熱負(fù)荷損耗液氮，因此要加磁屏蔽。另外由于六柱鐵心并非完全對稱，而且由于鐵心飽和的原因，鐵心直流柱中的磁場也會有一定幅度的交變，進(jìn)而杜瓦10也會發(fā)生感應(yīng)增加熱負(fù)荷損耗液氮，因此要加電磁屏蔽。杜瓦10由304不銹鋼制作，為環(huán)形結(jié)構(gòu)(本體的結(jié)構(gòu)可參見圖2所示)杜瓦有四層筒壁，內(nèi)筒2 (內(nèi)壁21和外壁22)封閉且其內(nèi)充滿液氮并放置超導(dǎo)繞組3，外筒I (內(nèi)壁11和外壁12)和內(nèi)筒2之間封閉且其內(nèi)抽真空絕熱。在外筒的外壁12上粘貼導(dǎo)磁材料作為磁屏蔽，屏蔽鐵心交流柱交變漏磁場，使杜瓦內(nèi)筒不受其影響而產(chǎn)生渦流，也就不會產(chǎn)生渦流熱負(fù)荷來消耗液氮。在外筒內(nèi)壁11外側(cè)加多匝銅繞組，首尾閉合形成短路環(huán)構(gòu)成電磁屏蔽，穩(wěn)定鐵心直流柱磁場。該實(shí)施例中,杜瓦筒壁設(shè)計(jì)參數(shù)如表I所示(參見圖8)
磁屏蔽粘貼于外筒的外壁12側(cè)，即杜瓦最外層上。電磁屏蔽粘貼于外筒的內(nèi)壁11與空氣接觸的那一面上。屏蔽設(shè)計(jì)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層硅鋼片)，杜瓦壁每隔38mm貼一組，共30組；
c)電磁屏蔽由30mm2銅線，繞10匝，粘貼于筒壁I上。加裝磁屏蔽和電磁屏蔽后，杜瓦每日液氮消耗預(yù)計(jì)將會由未加屏蔽前203升變?yōu)?5升；超導(dǎo)磁體通流能力由未加屏蔽前285A變?yōu)?10A。上述各實(shí)施例可在不脫離本發(fā)明的范圍下加以若干變化，故以上的說明所包含及附圖中所示的結(jié)構(gòu)應(yīng)視為例示性，而非用以限制本申請專利的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種具有磁屏蔽或電磁屏蔽的杜瓦，由內(nèi)筒和外筒兩個封閉筒構(gòu)成，內(nèi)筒和外筒之間抽真空，其特征在于在內(nèi)筒和杜瓦外磁場之間安設(shè)一組磁屏蔽體或電磁屏蔽體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有磁屏蔽或電磁屏蔽的杜瓦，其特征在于內(nèi)筒中放置超導(dǎo)磁體和低溫液體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有磁屏蔽或電磁屏蔽的杜瓦，其特征在于杜瓦為整體型和環(huán)型杜瓦中的一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有磁屏蔽或電磁屏蔽的杜瓦，其特征在于在內(nèi)筒和杜瓦外磁場之間安設(shè)一組磁屏蔽體，磁屏蔽體安裝在外筒的外壁上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有磁屏蔽或電磁屏蔽的杜瓦，其特征在于磁屏蔽體制成帶狀、片狀或筒狀，由硅鋼片、導(dǎo)磁鐵板、鋼板或磁性塑料高磁導(dǎo)率的材料制成。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的具有磁屏蔽或電磁屏蔽的杜瓦，其特征在于所述的帶狀磁屏蔽體是由硅鋼片纏繞成圓環(huán)，再用工具加壓力壓成板狀而制成；所述的片狀磁屏蔽體是將硅鋼片剪切成片狀后疊加成若干層而制成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有磁屏蔽或電磁屏蔽的杜瓦，其特征在于所述的一組磁屏蔽體直接用導(dǎo)磁性不銹鋼制成的外筒壁一體實(shí)現(xiàn)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有磁屏蔽或電磁屏蔽的杜瓦，其特征在于在內(nèi)筒和杜瓦外磁場之間安設(shè)一組電磁屏蔽體，電磁屏蔽體安裝在外筒的外壁上。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的具有磁屏蔽或電磁屏蔽的杜瓦，其特征在于杜瓦為環(huán)型時(shí)， 電磁屏蔽體安裝在杜瓦外筒的內(nèi)壁上。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的具有磁屏蔽或電磁屏蔽的杜瓦，其特征在于電磁屏蔽體用導(dǎo)電材料繞制的線圈首尾閉合形成環(huán)繞主磁場的短路環(huán)；或用金屬板焊接為閉合筒狀。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有磁屏蔽或電磁屏蔽的杜瓦，由內(nèi)筒和外筒兩個封閉筒套合構(gòu)成，內(nèi)筒和外筒之間抽真空，并在內(nèi)筒和杜瓦外磁場之間安設(shè)一組磁屏蔽體或電磁屏蔽體。各磁屏蔽體用硅鋼片制成帶狀或片狀，亦或用導(dǎo)磁性不銹鋼制成的外筒壁一體實(shí)現(xiàn)；電磁屏蔽體可用導(dǎo)電材料繞制的線圈，首尾閉合形成環(huán)繞主磁場的短路環(huán)，或用金屬板焊接成閉合的筒狀。其可同時(shí)屏蔽或降低外磁場對超導(dǎo)磁體的負(fù)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(yōu)先權(quán)日2011年9月19日
發(fā)明者王立中, 曹昆南, 龔偉志, 王達(dá)達(dá), 王海珍, 宋萌, 魏子鏹, 胡南南, 周年榮, 陳曉云 申請人:北京云電英納超導(dǎo)電纜有限公司, 云南電力試驗(yàn)研究院(集團(tuán))有限公司電力研究院