Криогенный токоввод

 

Qll _#_CAHHE

< >745319 ( (51) М.Кл. Н 01 L 39! 06

Сава Советских

Сациалистическнх

Ресстблик

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОР(;КОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свйд-ву — (22) Заявлейо 29.12.78 (21) 2705297/18-25 с присоединением заявки — -:-:;::.:- -,-- : (23) Приоритет— (43) Опубликовано 15;01.82. Бюллетень № 2 (45) Дата опубликования описания 15.01.82

Гвсударствонвй комитет

-.....;,. CCCP во делам изобретеннй и открытий (53) УДК 521.326 (088.8) изобретения Е. И. Скибенко, С. И. Скрыййн и В; Б. Юферов (54) КРИОГЕННЫЙ ТОКОВВОД

Изобретение относится к криогенной " ко-технических устаноьках, в которых приэлектротехнике и может быть использовано меняется .сильноточная сверхпроводимость для подведения токов большой величины к (например, установки термоядерного синтефизочвским и технологическим установкам за, мощные сверхлроводяшие магниты, с циркуляционной системой охлаждения 5 криогенные электрические ма шины и т. и.), сверхпроводяшнх,носителей тока. -" .: является миннмизация твплолритока в хоИзвестно криогенное токоподводящее . лодную зону для снижения расхода хладустройство, выполненное в виде ступенчато- агента. Магнитные системы ловушек термоr0 стержня, аксиально размещенного в тру- ядерной плазмы за питываются токами побе из нержавеющей стали, по,которой .из Ip,ðÿäêà сотен и тысяч ампер и используют криостата сверхпроводящей системы выхо- свермпроводяшие обмотки, охлаждаемые дит хладагент. На стержень для увеличе- путем прокачивания по соответствующим нея поверхности топлообмвна спирально каналам хладагента. Используемые в таких на вита и укреплена на тепловой контакт системах таковво ды, охлаждаемые отходямедная лента; В результате значительно 15 шим из системы хладагвнтом, дают, как снижается теплоприток по токонесушему показывают эксперименты, до 40% теплостержню в холодную зону за счет уменьше- " притока в холодную зону. ния теплоперейоса IIQ материалу стержня и: уменьшения джоулевых тепловыделений в - Наиболее близким к изобретению являнем (1).. - . — - - --- . .-:: 20 ется токоввод прокачного типа, представляОднако эта .конструкция имеет,ряд не- юший собой токонесушне трубки с припаяндостатков. Развитие поверхности теплооб- ными к ним на тепловой контакт сверхпро-. мена между токонесущим стержнем и хлад- водящими кабелями, подсоединяемыми к агентом создает дополн|ительное гидравли- концевым частям обмотки сверхпроводящей ческое сопротивление хладагенту на выходе 25 системы (21. Медные трубки через диэлекиз сверхпроводящей системы. Кроме того, трическую проставку подключены к охлажотсутствует возможность перевода тока в дающим каналам; по которым хладагент сверхпроводник уже.,на токовводе.. — выводится после охлаждения пм системы,Одним из основных требований к токо- и являются продолжением этих каналов. К вводам, используемым в современных физи- ЗО концам медных трубок, выводятцих хлад-

:. !

745319

3 - :::-" " " -,- ; -.." .4

-агент наружу из,вакуумной камеры сверх-. сверхпроводящей сиСтеме,"а значит и по -:, .:- проводящей системы, подводится ток. токовводу, Прйменвние турбулкзаторов

Эта конструкция имеет существенные связано с определенными техничвскими

- недостатки, увеличивающие, расход хлад- " трудностями, создает дополнительный тепагента, необходимый для захолаживания 5 лсприток в холодную зону .и не всегда до. =. токоввода, вследствие того, что условйя статочно эффективно. Делать расход хладтеплоотдачи ло длине охлаждающих кана- агента больпптм, чвм необходимо для захо..лов системы, составной частью которых яв- лаживанвя сверхпроводящей системы,,неляются медные трубки токоввода, неодно- . экономиччо. у. ; родны. Коэффициент твплоотдачи между 10 Цель изобретвйия — уменьшение расхо лотоко м и стенкой канала может быть "- да хладагента; необходимого для захолаопределен,ло формуле: : - . - :- " .жлвания тбксввбда.

>.,, ° - -,-," " : - - Цель достигается тем, что в известном ,:- ..-. U 0,0"" (D G) (Ct, 1,хриогвнном токовводе, содержащем токоВ: --:. - O (р 1 R / ".:= 15 несущие трубки, подключаемые к охлаж дающим канала м криостата оверхпроводя(-:-"-- -- где U — .коэффициент теплоотдачи между:: щей системы, и сверхпроводящие кабели, потоком и поверхностью; закрепленные. на тепловой, контакт к токоС, — удельная теллоемкость потока" " несущим трубкам и подсоединяемые к кон.,— При постоянном давлении, — ; 0 цам обмотки сверхпроводящей системы, p, — вязкость газа; .каждая из токонесущих трубок c закреп - .;;=. - : Ci — массовый расход через единицу " ленным ía íåé сверхпроводящим кабелем ллбщади поперечното сечения; -- -- - установлена внутри автономного сосуда с

К вЂ” коэффициент теплопроводности хладагвнтом так, что выступающие из со- ---;;--- газа;:---,,.....-.....: .-:...., 5. суда концы трубки герметично соединены :."-:. -.: :;-:- Чтобы не создавать дополнительнопо со- " сосуда учагстки трубок для улучшения ус::противления хладагенту на выходе из "ловий теллообмена могут быть выполнены -::.;:; сверхпроводящей системы, диаметр медных в виде змеевика. Между сосудами с хлад " трубок токоввода делают сущесввенно боль- З0 агент целессюбразно установить электро ; .=.- :,.-: GIHM диаметра HJIH эививалентного гидрав-, . изоляционные прокладки, так-IRBK,в случае личвского pàäèò са (в случае некруглото се- перехода еверхпроводящей системы в нор ; .- -.-.чения) охлаждающих каналов самой систе - мальное состояние корпуса сосудов оказыP ::::: Mbt С шествующие ра зличия в длине и "кон- "" : " ааются под .высоким напряжением. (,-" -".- - фигурами поперечного сеченйя между мед- . з5.: Помещение в сосуды с хладагентом то.",".-- ;,- : ными трубками токоввода и охлаждающими --" конвсущих" элемснтов токоввода делает .их :-.- -.-: каналами сверхпроводящей системы приво- -" охлаждение оптималыным и достаточным ,:..:: дят (в совокупности с упомянутыми разли- " .""для перевода прикреплен нйх к трубкам ка- а, ...чиямн йх диаметров) к тому, что степень тур-. = белей в сверхпроводящее состояние. Анало =:" --" булентности потока хладагента через-медные 40 гичные условия охлаждения токоввода, яв. = . -трубки токозвода ниже, чем степень турбу-, .. ляющегося прототипом изобретения, достиг..-:;. ., лентностн потока хладагента", идущего :ло"- гались тем, что количвство хладагвнта, про: охлаждающим кайалам системы, Кроме то- аачиваемого по охлаждающим, каналам -. -":= ro, магнитная сйстема охлаждается, в" ос- "" сверхпроводящей системы",а затем по трубновном, жидким хладатвнтом,"тогда как в 45,кам токоввода, делалось большим, чем:.коI:,:: -.-ме дные трубки токоввода поступает паро- - - личество хладагента, требуемое для под .= - жидкостная смесь- с преимущественным (до держания сильноточной системы в сверх„ ;;,,;,95 — 98Я>) содержанием лара, удельная теп- - про водящем состоянии, на величину, иеоблоемкость которого ниже удельной тепло- ходимую для охлаждения токоввода, Усло— -- вмкости жйдкого хладагента; Все вышепе- 50 вия теплообмеиа:между трубками токовворечисленные факторы делают" коэффициент да и отходящим из сверхпроводящей сильтеплоотдачи в медных трубках токоввода ноточной системы хладагентом значительно" - - ., значительно меньшим, чем в охлаждающих хуже условий теплообмвна между трубкаканалах сверхпроводящей системы. В ре- -:"::мй,"впаянными в сосуды,.и хладагентом, ко.зультате, для обеспечения охлаждения то-. 55 торым эти сосуды запоЛнены. В результате коввода, достаточного для::перевода- при- -" ..:. расход хладагвнта на охлаждение предла- паянных к медным трубкам .кабелей в -гаемой конструкции меньше расхода хладЕ"" св=рхпроводящее состояние; 1йриходится ли="" агента, необходимото для охлаждения токо: -: - бо искусственно турбулизовать поток хлад-""""- - -- -ввода и прототипе.--",;:,:-;-агента в трубках токоввода, например,"ус- 6o . На чертеже схематически изображен танавливая по. их оси турбулизаторы, .вы- пример выполнения предлагаемого токо- " и приводом от электромоторов, либо, как Токоввод содержит гыполненный из нер-видно из формулы (1), повышать массовый - жавеющей стали Х18Н10Т корпус 1 с, расход хладагвнта, прокачиваемото по всей 65 крышкой 2. Токонвсущие элементы токодиаметром 10 мм, на которых с помощью откуда попадает на концевые части ",16

:=-::-::,. "индиевого пр!!йоя на тепловой;контакт при-""" сверх!проводящей системы. г!аянь1 сверхпроводящяе кабели 4 лиамет- . . Как показали эксперименты,на сверх= "" ..! ром 1,5 мм, изготовленные из ниобийтита- 5 проводящей магнитной ловушке «Кристалл -". ."" ." нового сплава НТ-50; Каждая йз трубок 3 2» с токовводом-!прототипом, Охлаждаемым- ..-. :.1 установлена внутри автономных сосудов 5 только отходящим из маги!итной системы с хладагентом — жидким гелием, так, что хладатентом, расход телия, обусловленный ,: " выступающие" из сосудов .концы " трубок TBITJIопрйстоком по такому токовводу, состав""герметично соединены со стенками сосудсвт 10 ляет при рабочем токе — 600 А величину

Находящаяся внутри сосуда часть трубок 3: — 6,0 л/час на один токонесущий элемент. В выполнена в виде змеевика для развития предлагаемом токовводе расход хладаген поверхности теплообмена. Заливка хлада- - " та олределяется двумя осноаными факторагента в сосуды 5 осуществляется через тру- ми: тепло притоком по токонесущим медным бы 6, укрепленные на крышке 2 посредством 15 трубкам (всместе с джоулевыми тепловыдефторо!пластовых изоляторов 7. Пары хлад- " "лениями) и теплопереносом излучением с атента из сосудов 5 отводятся по трубам 8, срадиационнО!о экрана на сосуды с жидким укрепленным на крышке 2 посредством . гелием. Расчеты показывают, что первый фторопластовых,изоляторов 9. Для вывода фактор при токе:в 600 А вызы|вает расход, токо!несущих элементов наружу они ак= 20 хладагента 1,7 л/ч на один токонесущий .. "сиально -размещаются и крепятся внутри- " элемент, а "второй — 1,3 л/ч. Следовательно, :-:1 ! йара ми хладагента; выходящими .из сосу- "требует расхода хладагента 3 л ч на один то- .

" дсрв 5. Трубы 6 и 8 иэтотсрвлены из материа- . конесущий элемент. Таким образом, эконо- = = . ла с малой тееплойроводностью (нержа вею- 25 мия жидкого гелия от использования пред- щая сталь Х18 IIOT), чтобы уменьшить лагаемого токоввода составляет 3 л/ч на теплоприток к сосудам 5. С этой же целью ": каждый токонесущий элемент. в пространстве между корпусом 1,и сосуда-" -, :.:::-,.:-, ..,:,=,-,-- . -.::-..::: .: .":=,=:, . :. -„.-,а,=, - -:-:::;"Я:=;-:,-: -. -;-4 ми 5,расположен охлаждаемый жидким азотом радиационный экран 10, изготовлен- 3o — Ф о р мул а и зоб ре те ни я,:4 ный из меди и снабженный емкостью 11, с заливной трубкой 12, по которой !поступает Криогенный токоввод для сверхпровожидкий азот. В зоне патрубка 13 для под- - - дящих сильноточных систем, содержащий соединения корпуса 1 х .криостату сверх- токонесущие трубки, подключаемые к охпроеоняшеа системы тононесущие Медные аа ла>ннс ю снм" каналам нрностата Онерлоро- .j трубки 3 через диэлетрическую проставку водящей системы, л сверхпроводящие кабе14 стыкуются с охлажда!Ощими каналами " ли, прикрепленные на тепловом контакте к

15,криостата сверхпроводящей системы, а токонесущим трубкам и подсоединяемые к оверхпроводя!цие кабели 4 — с ее концевы- концам обмотки сверхпроводящей системы, ми частями 16. Чтобы:не допустить элект- 40 о тл ич а ющ и и ся тем, что с целью т рическии прооои .между сосудами 5; кото- уменьшения, расхода хладагента на охлажрые оказываются под высокйм напряжени- декие токоввода, каждая из токонесущих е!м в момент контролируемого или неконт - трубок с закрепленным на ней сверхпроворолируемого,перехода сверхпроводясщей — дящим кабелем установлена внутри автосистемы в нормальное состояние, между со- 45 намного сосуда с хладагентом так, что высудами 5 установлены фторопластовые про- ступающие из сосуда концы трубки гермекладки 17 толщиной 3 мм. -: тично соединены со стенками сосуда.

Для подготовки токоввода к работе:в емкость 11 заливают жидкий азот. Затем Исто.-рнш и информации, принятые во начинают захо",àæíâàíèå сверх!проводящей 50 внимание при экспертизе: системы, в рез .льтате чего отходящий из -..- 1. Буянов Ю. П. и др. Токовые вводы н е по кана.!ам 15 хладагент Осуществляет для криогенных устройств. ПТЭ, 1974, М 4,-:предварительное охлаждение токонесущих с; 10. элементов 3 токовзода. После этого в со-: 2. Отт!ет НИР ХФТИ АН УССР М 78067, суды 5 заливают жидкий хладоагент (ге- 5 «Сооруж."нне и исследование замкйутой .;ий). В таком в!!де токозвод готов к ра- сверхпрсводярпей магнитной ловушки «E(pIIботе. Поданный от внеш: его .источника ток сталл-2» с дивертором», Харьков, 1978 р!ДЕт ПО CTCHK I М ТО!ро!!ЕС1;Й!!Х . т!Е !!! . . . ; TP OI . (ПРО,+Ò:. !I) . е

* k

Редактор E. Хейфиц

Составитель В. Кручинкина Текред И. Заболотнова

Корректор И. Осиновскаа

Заказ 18/29 Изд. № 100 .. Тира>к 757 Подписное

НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изооретений и открытий

113035, Москва, Я-35, Раушская наб., д. 4, 5

Тип. Харьк. фил. пред. «Патент»