專利名稱：非圓斷面薄壁真空管道及非圓斷面薄壁真空室的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及電真空領(lǐng)域，尤其涉及一種可以在高頻交流電場或交變磁場下使用的大型非圓斷面薄壁真空室。
背景技術(shù)：
由于蘭州重離子腫瘤治療專用裝置(HITFiL)建造需求，設(shè)計(jì)了一種大型非圓斷面薄壁真空室，不僅能夠滿足在高頻交流電場或交變磁場下使用要求，而且通過盡可能地減少電磁鐵磁極間隙大大降低工程建造成本。在上述工況下，由于真空室會產(chǎn)生電渦流作用，不能采用大體積金屬制造。目前，對于小型真空室，采用薄壁圓斷面不銹鋼管制造，方能滿足克服電渦流影響及承受大氣壓力要求。而對大型真空室，如果僅按比例放大，對真空室中橢圓或跑道形包絡(luò)斷面的束流而言，不僅增加了圓截面管道的無用空間，而且大大增加了電磁鐵的磁極間隙，使得加速器整體的制造和運(yùn)行費(fèi)用大幅度增加。另外，按比例放大的不銹鋼管壁厚不能太厚，會產(chǎn)生較大電渦流作用；另一個問題是大直徑薄壁不銹鋼管的圓度控制困難，局部不圓將造成抽真空后塌陷變形，連鎖反應(yīng)后使得整個真空室被破壞。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于避免現(xiàn)有技術(shù)的不足提供一種可以在高頻交流電場或交變磁場下使用的大型非圓斷面薄壁真空管道。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為一種非圓斷面薄壁真空管道，其特征在于，所述的真空管道靠近磁極的管壁剖面呈直線，剖面為直線管壁的兩側(cè)管壁呈半圓弧線，整個真空管的剖面呈跑道形；所述真空管道的管高為10 90mm，管寬為10 250mm，其管壁厚度為0. 3 1mm。進(jìn)一步，在所述的真空管道的外表面設(shè)有加強(qiáng)筋和固定加強(qiáng)筋，所述加強(qiáng)筋的設(shè)置間隔為5 30mm，所述固定加強(qiáng)筋的設(shè)置間隔為300 1000mm，加強(qiáng)筋和固定加強(qiáng)筋的厚度為0. 5 3mm。進(jìn)一步，所述的真空管道的端部斷面為卷邊設(shè)置。當(dāng)為多個真空管道進(jìn)行連接時(shí)， 卷邊設(shè)置主要是方便連接，一般使用焊接方式，氣密氬弧焊連接為宜。進(jìn)一步，所述的真空管兩端的端面角度為5 45°。本發(fā)明還提供一種如上所述的非圓斷面薄壁真空管道組成的非圓斷面薄壁真空室，包括偏轉(zhuǎn)二極電磁鐵，其特征在于，偏轉(zhuǎn)二極電磁鐵的磁極氣隙中設(shè)有至少一段所述的非圓斷面薄壁真空管道，在所述的非圓斷面薄壁真空管道伸出所述的偏轉(zhuǎn)二極電磁鐵的兩端設(shè)有液壓波紋管裝置。進(jìn)一步，所述的偏轉(zhuǎn)二極電磁鐵的磁極氣隙間隙為20 100mm，偏轉(zhuǎn)半徑為 1000 6000 mm、偏轉(zhuǎn)角度為5 45°，重量為5 30噸；所述的非圓斷面薄壁真空管道為1 10段，高度尺寸為10 90 mm。進(jìn)一步，所述的液壓波紋管裝置包括液壓波紋管，液壓波紋管通過長接管與真空管固連，液壓波紋管的另一端設(shè)有真空刀口法蘭，液壓波紋管通過短接管與真空刀口法蘭固連；在真空刀口法蘭上設(shè)有連接座，在所述的長接管上設(shè)有接耳，所述的連接座和接耳通過鎖緊拉桿相連接，連接座和鎖緊拉桿、接耳和鎖緊拉桿均為機(jī)械固定聯(lián)連；所述的液壓波紋管的剖面形狀與所述的非圓斷面薄壁真空管道的剖面形狀一致。所述的液壓波紋管剖面形狀與非圓斷面薄壁真空管道相匹配。進(jìn)一步，所述的液壓波紋管通過過渡環(huán)與所述的長接管和短接管固連。進(jìn)一步，所述的固連為焊接，且為氣密氬弧焊連接。進(jìn)一步，所述的長接管與真空管固連的一端設(shè)有防焊接變形槽。本發(fā)明的有益效果是解決了大范圍高頻交流電場或交變磁場下大型薄壁真空室的設(shè)計(jì)問題，而設(shè)計(jì)為非圓斷面的目的是通過減小真空室高度尺寸降低電磁鐵磁極間隙， 從而大大降低工程建造成本。所設(shè)計(jì)元件斷面既能滿足帶電粒子通過需求，又能滿足克服電渦流影響及承受大氣壓力要求。真空度指標(biāo)、抽真空形變狀況、電渦流發(fā)熱情況等均達(dá)到使用要求，具有較強(qiáng)抗電渦流發(fā)熱、高真空、結(jié)構(gòu)緊湊輕巧、使用可靠的特點(diǎn)。當(dāng)電磁鐵磁極間隙降低為原來的50%時(shí)，電磁鐵的造價(jià)大約可以降低30%，綜合考慮后，耗電功率大約會降低50%，因此無論是一次性投入還是長遠(yuǎn)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，均十分有意義。與制造成圓斷面薄壁真空室相比，本最佳實(shí)施例的實(shí)施，使電磁鐵磁極間隙降低大約 60%,因此，對降低整個工程造價(jià)有較大貢獻(xiàn)量。


圖1為本發(fā)明所述的非圓斷面薄壁真空管道俯視示意圖； 圖2為本發(fā)明所述的非圓斷面薄壁真空管道側(cè)視剖面示意圖3為本發(fā)明中當(dāng)多個真空管道連接時(shí)，真空管道端部卷邊結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4為本發(fā)明所述的非圓斷面薄壁真空管道組成的非圓斷面薄壁真空室的俯視示意
圖5為本發(fā)明所述的非圓斷面薄壁真空管道組成的非圓斷面薄壁真空室的側(cè)視示意
圖6為本發(fā)明液壓波紋管裝置俯視剖面示意圖； 圖7為本發(fā)明液壓波紋管裝置側(cè)視示意圖8為本發(fā)明長接管1-8與真空管2-1焊接處的防焊接變形槽示意圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實(shí)例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。實(shí)施例1 如圖1，圖2，圖3所示，一種非圓斷面薄壁真空管道，所述的真空管道 1-1靠近電磁鐵磁極的管壁剖面呈直線，剖面為直線的管壁兩側(cè)管壁呈半圓弧線，整個真空管道的剖面呈跑道形；所述真空管道1-1的管高為62mm，管寬為153mm，其管壁厚度為1mm。 在所述的真空管道1-1的外表面設(shè)有加強(qiáng)筋1-2和固定加強(qiáng)筋1-3，所述加強(qiáng)筋1-2的設(shè)置間隔為32mm，所述固定加強(qiáng)筋1_3的設(shè)置間隔為638mm，加強(qiáng)筋1_2和固定加強(qiáng)筋1_3的厚度為2mm。所述的真空管道1-1的端部斷面為卷邊設(shè)置，即可以在圖中看到，真空管道1_1端部為平面卷邊設(shè)置，即當(dāng)有多個真空管道1-1進(jìn)行連接時(shí)，卷邊設(shè)置可以方便連接，一般使用焊接方式，氣密氬弧焊連接為宜。所述的真空管道1-1兩端的斷面角度為9°。實(shí)施例2 與實(shí)施例1相同，不同的是所述真空管道1-1的管高為10mm，管寬為 10mm，其管壁厚度為0. 3mm。實(shí)施例3 與實(shí)施例1相同，不同的是所述真空管道1-1的管高為90mm，管寬為 250mm，其管壁厚度為0. 8mm。實(shí)施例4 如圖4-8所示，本發(fā)明還提供一種如上所述的非圓斷面薄壁真空管道 1-1組成的非圓斷面薄壁真空室1，包括偏轉(zhuǎn)二級電磁鐵2，偏轉(zhuǎn)二級電磁鐵2的磁極氣隙中設(shè)有相連的五根非圓斷面薄壁真空管道1-1，在所述的非圓斷面薄壁真空管道1-1伸出所述的偏轉(zhuǎn)二級電磁鐵2的兩端設(shè)有液壓波紋管裝置3。所述的液壓波紋管裝置3包括液壓波紋管3-5，液壓波紋管3-5通過長接管3-8與真空管道1-1固連，液壓波紋管3_5的另一端設(shè)有真空刀口法蘭3-1，液壓波紋管3-5通過短接管3-3與真空刀口法蘭3-1固連；在真空刀口法蘭3-1上設(shè)有連接座3-2，在所述的長接管3-8上設(shè)有接耳3-7，所述的連接座 3-2和接耳3-7通過鎖緊拉桿3-6相連接，連接座3-2和鎖緊拉桿3_6、接耳3-7和鎖緊拉桿3-6均為機(jī)械固定聯(lián)連；所述的液壓波紋管3-5的剖面形狀與所述的非圓斷面薄壁真空管道1-1的剖面形狀一致。所述的液壓波紋管3-5通過過渡環(huán)3-4與所述的長接管3-8和短接管3-3固連。所述的偏轉(zhuǎn)二極電磁鐵2的磁極氣隙間隙為74mm，偏轉(zhuǎn)半徑為4000 mm、偏轉(zhuǎn)角度為45°，重量為20噸；所述的非圓斷面薄壁真空管道1-1為5段，總高度尺寸為72mm。所述的固連為焊接，且為氣密氬弧焊連接。所述的長接管3-8與真空管道1-1固連的一端設(shè)有防焊接變形槽。所述的大型非圓斷面薄壁真空室1。最終將安裝在如圖4-5所示大型偏轉(zhuǎn)二極電磁鐵2的磁極氣隙中，大型偏轉(zhuǎn)二極電磁鐵2的磁極氣隙為74mm、偏轉(zhuǎn)半徑為4000mm、偏轉(zhuǎn)角度為45°，電磁鐵2的重量約23噸。因此滿足安裝的大型非圓斷面薄壁真空室1最大弦長尺寸超過3620mm，弦弧高最大尺寸近620mm，在電磁鐵2磁極氣隙中的元件高度尺寸為72 mm，每段跑道型斷面真空管道1-1長約6^mm、兩端面夾角為9°，共5段，合計(jì)轉(zhuǎn)角為45°，真空管道1-1的壁厚為1mm，加強(qiáng)筋1-2和固定加強(qiáng)筋1-3的厚度為2mm，經(jīng)過建模計(jì)算選擇筋間距32mm時(shí)，該薄壁真空室1抽真空后計(jì)算變形大約為0. 14 mm，在真空度為1X10_5 2X10_5 1 條件下，實(shí)測變形為0.2mm，且放大氣后完全恢復(fù)，為彈性形變，與計(jì)算結(jié)果吻合；對跑道型斷面液壓波紋管3也做了類似工作，實(shí)測變形為0. 3mm,同樣可以滿足使用要求。實(shí)施例5，與實(shí)施例2相同，不同的是偏轉(zhuǎn)二級電磁鐵3的磁極氣隙中設(shè)有相連的多根非圓斷面薄壁真空管道2。實(shí)施例6，與實(shí)施例2相同，不同的是所述的偏轉(zhuǎn)二極電磁鐵的磁極氣隙間隙為 20mm，偏轉(zhuǎn)半徑為IOOOmm偏轉(zhuǎn)角度為5°，重量為5噸；所述的非圓斷面薄壁真空管道為1 段，高度尺寸為10毫米。實(shí)施例7，與實(shí)施例2相同，不同的是所述的偏轉(zhuǎn)二極電磁鐵的磁極氣隙間隙為 100mm，偏轉(zhuǎn)半徑為6000mm偏轉(zhuǎn)角度為45°，重量為30噸；所述的非圓斷面薄壁真空管道為10段，高度尺寸為90毫米。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種非圓斷面薄壁真空管道，其特征在于，所述的真空管道靠近磁極的管壁剖面呈直線，剖面為直線管壁的兩側(cè)管壁呈半圓弧線，整個真空管道的剖面呈跑道形；所述真空管的管高為10 90mm，管寬為10 250mm，其管壁厚度為0. 3 1mm。
2.如權(quán)利要求1所述的非圓斷面薄壁真空管道，其特征在于，在所述的真空管道的外表面設(shè)有加強(qiáng)筋和固定加強(qiáng)筋，所述加強(qiáng)筋的設(shè)置間隔為5 30mm，所述固定加強(qiáng)筋的設(shè)置間隔為300 1000mm，所述加強(qiáng)筋和固定加強(qiáng)筋的厚度為0. 5 3mm。
3.如權(quán)利要求1或2所述的非圓斷面薄壁真空管道，其特征在于，所述的真空管道的端部斷面為卷邊設(shè)置。
4.如權(quán)利要求1或2所述的非圓斷面薄壁真空管道，其特征在于，所述的真空管道兩端的端面角度為5 45°。
5.一種非圓斷面薄壁真空管道組成的非圓斷面薄壁真空室，包括偏轉(zhuǎn)二極電磁鐵，其特征在于，所述的偏轉(zhuǎn)二極電磁鐵的磁極氣隙中設(shè)有至少一段所述的非圓斷面薄壁真空管道，在所述的非圓斷面薄壁真空管道伸出所述的偏轉(zhuǎn)二極電磁鐵的兩端設(shè)有液壓波紋管裝置。
6.如權(quán)利要求5所述的非圓斷面薄壁真空室，其特征在于，所述的偏轉(zhuǎn)二極電磁鐵的磁極氣隙間隙為20 100mm，偏轉(zhuǎn)半徑為1000 6000mm偏轉(zhuǎn)角度為5 45°，重量為5 30噸；所述的非圓斷面薄壁真空管道為1 10段，高度尺寸為10 90毫米。
7.如權(quán)利要求5所述的非圓斷面薄壁真空室，其特征在于，所述的液壓波紋管裝置包括液壓波紋管，所述液壓波紋管一端通過長接管與所述真空管道固連，所述液壓波紋管的另一端設(shè)有真空刀口法蘭，所述液壓波紋管通過短接管與所述真空刀口法蘭固連；在所述真空刀口法蘭上設(shè)有連接座，在所述的長接管上設(shè)有接耳，所述的連接座和接耳通過鎖緊拉桿相連接，所述連接座和鎖緊拉桿、接耳和鎖緊拉桿均為機(jī)械固定聯(lián)連；所述的液壓波紋管的剖面形狀與所述的非圓斷面薄壁真空管道的剖面形狀一致。
8.如權(quán)利要求7所述的非圓斷面薄壁真空室，其特征在于，所述的液壓波紋管通過過渡環(huán)與所述的長接管和短接管固連。
9.如權(quán)利要求8所述的非圓斷面薄壁真空室，其特征在于，所述的固連為焊接，且為氣密氬弧焊連接。
10.如權(quán)利要求8所述的非圓斷面薄壁真空室，其特征在于，所述的長接管與真空管道固連的一端設(shè)有防焊接變形槽。
全文摘要
本發(fā)明主要涉及電真空領(lǐng)域，尤其涉及一種可以在高頻交流電場或交變磁場下使用的大型非圓斷面薄壁真空室。一種非圓斷面薄壁真空管道，所述的真空管道靠近磁極的管壁剖面呈直線，剖面為直線管壁的兩側(cè)管壁呈半圓弧線，整個真空管道的剖面呈跑道形；所述真空管的管高為10～90mm，管寬為10～250mm，其管壁厚度為0.3～1mm。本發(fā)明還提供一種非圓斷面薄壁真空管道組成的非圓斷面薄壁真空室。本發(fā)明解決了大范圍高頻交流電場或交變磁場下大型薄壁真空室的設(shè)計(jì)問題，而設(shè)計(jì)為非圓斷面的目的是通過減小真空室高度尺寸降低電磁鐵磁極間隙，從而大大降低工程建造成本。
文檔編號H05H7/14GK102348320SQ201110292098
公開日2012年2月8日 申請日期2011年10月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月1日
發(fā)明者張軍輝, 張小奇, 張斌, 羅成, 蒙峻, 馬力禎, 馬向利 申請人:中國科學(xué)院近代物理研究所