高场铁基超导内插线圈制作工艺的研究

铁基高场内插线圈制作工艺及性能测试技术开发研究是进行铁基超导体设计的关键内容,其关系着制造的铁基超导体是否稳定可靠。在正式进行铁基线圈绕制前,开展了线圈绕制过程中相关力学分析以及全尺寸模型线圈的研制工作。本文对线圈绕制张力及线圈预紧力进行了计算并分析,同时详细地给出模型线圈的绕制、热处理、真空压力环氧浸渍(VPI)和装配等工艺方法与流程,解决绕制期间出现的问题。最终确定不锈钢带绕制张力取5 kg(49 N),铁基超导带材绕制张力取2 kg(19.6 N),线圈最大径向应力及最大轴向应力分别为23.5 MPa及78 MPa,均小于铁基带材热处理前抗拉强度200 MPa,模型线圈的绕制、热处理制度、VPI工艺及装配结果等均满足设计要求,验证了制作工艺的可行性。     

YBCO双饼线圈制备工艺及性能测试

针对YBCO高温超导带材在制备磁体过程中性能退化的问题,从骨架结构、预应力、绕制工艺等方面介绍了一种双饼线圈的绕制方法.根据该方法成功绕制了两种规格的双饼线圈,并使用四引线法对线圈的性能进行低温测试,测试结果与设计值的对照表明:线圈性能符合预期目标,绕制工艺稳定可靠,对于高温超导磁体的设计和制备具有一定的指导意义.     

新型高温超导限流器无感线圈结构设计与性能测试

本文设计了一种用于磁偏置高温超导故障限流器的平行带材式YBCO超导无感线圈,该线圈由10个单元模块串联而成,每个模块的设计采用一种新型的正反S弯绕制工艺及自张紧结构。实验研究了单模块直流35 kV耐压性能、整个线圈在77 K工作温度下的临界电流性能,以及10 ms且有效值为250 A故障电流冲击下暂态电阻性能。结果表明,超导无感线圈在77 K环境下的临界电流为83 A,10 ms故障电流冲击下的限流电阻约为0.83Ω。测试结果满足设计要求。     

面向电力应用的高温超导线圈绕制关键技术研究现状

高温超导线圈是超导电力设备中的核心部件,结构和绕制工艺直接决定了高温超导线圈的载流能力及可靠性。文中论述了面向电力应用的高温超导线圈绕制关键技术研究现状,涉及高温超导带材选取、线圈绕制、带材接头焊接和绝缘处理,此外,对各工艺环节的关键技术进行了评述与展望。     

YBCO高场内插线圈的应力分析研究

YBCO内插线圈绕制过程中施加的绕制预紧力、降温过程中的热应力以及通电运行时产生的电磁力,是内插线圈应力的主要机械载荷。内插线圈中YBCO导体中的应力是影响线圈超导性能的主要因素之一。文中采用有限元方法,针对一个25T的YBCO内插线圈,通过建立3D仿真模型,从绕制预紧力、冷收缩和洛伦兹力等应力载荷出发,依次分析了YBCO涂层导体在三种载荷下的应力分布特点。进一步采用细化线圈模型,得到了YBCO带材层状结构中不同材料的应力分布特点。研究结果可为高场内插线圈的工艺设计提供依据。     

EMuS超导俘获线圈样机模型线圈的研制及测试

为了验证覆铝卢瑟福超导线缆的绕制工艺,在实验型μ子源(EMuS)超导俘获线圈样机正式生产前,须完成截面相同的300 mm短样模型线圈的研制和测试。本文介绍了EMuS超导俘获线圈样机模型线圈绕制生产线搭建、线圈绕制、线圈装配和VPI等工艺流程,并对VPI后的模型线圈进行了切割取样和测试,结果表明：模型线圈切片的线缆排列整齐、紧密,无气孔、干绝缘等缺陷;绝缘的电学性能和机械强度满足设计要求,模型线圈的绕制工艺满足EMuS超导俘获线圈样机制造的工程需求。     

HL-2M 装置极向场线圈的结构设计与制造

介绍了 HL-2M 装置极向场(PF)线圈的结构设计和制造。16 饼 PF 线圈布置在环向场(TF)线圈空腔之 内、真空室外,沿中平面对称分布。PF 线圈采用中空矩形铜导体绕制,其中 PF1~PF4 线圈为双层螺旋绕制结构, 最大运行电流 14.5kA;PF5~PF8 线圈为多层盘式绕制结构,最大运行电流 38~42kA。      

20T混合磁体超导线圈的研制和性能试验

我国第一个稳态强磁场装置——合肥20T 混合磁体系统正在建造中.装置中的超导线圈已经绕制完成并作了性能试验.这是一个口径为320mm 的密绕线圈,其中心磁均高于8.3T,储能超过2MJ.本文报道了线圈的设计,绕制和实验结果.     

2T高温超导Bi-2223带材磁体

通过带材Ic及其弯曲性能测试,进行磁体设计,采用先处理后绕制(R&W)的工艺,制得中心磁场达2T的高温超导Bi-2223带材饼状线圈磁体.该磁体在液氮(77K)下通电流22.4A,中心磁场达0.25T;在液氦下可通电流170A,中心磁场达2.0T(4.2K),为液氮下的8倍,表明所采用的工艺,对制作中小规模高温超导Bi-2223带材饼状线圈磁体,是合适的.     

超导线圈绕制过程的力学行为研究

为了增加超导线圈中导线的占空比, 提高超导磁体正常运行时的机械稳定性, 通常在超导线圈绕制过程中施加一定的绕制张紧力. 绕制张紧力的大小会对超导磁体的失超特性和退化性能产生重要的影响, 因此有必要对绕制过程中的机械应力进行详细的分析. 本文仔细地分析了绕制过程中导线的受力情况, 进行了一些合理的假设和近似, 提出了研究超导线圈绕制应力的理论模型, 并根据轴对称结构的弹性力学方程式推导了计算超导线圈应力应变分布的理论公式. 基于该模型分别研究了单一绕组的超导线圈和双绕组的超导线圈的绕制应力, 分析了绕制张紧力和绕组的各向异性特性对径向应力和环向应力的影响. 在该理论模型分析结果的基础上可以进一步分析多物理场作用下的超导磁体的应力应变行为, 为高性能超导线圈的设计和建造提供理论指导. 关键词： 超导线圈 机械稳定性 绕制张力 应力     

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用有限元法对ITER装置磁体系统的高性能氦气密复合材料绝缘子的结构设计进行电场分析和力学性能分析。分析结果表明,绝缘子能够承受耐电压56kV、耐气压4MPa、耐拉力2000N、耐弯矩1000Nm、耐扭矩100Nm的技术参数要求;同时热应力分析结果表明,与外力作用的影响相比,热应力是影响绝缘子性能的关键因素;绝缘子在拉力、弯矩和扭矩受力下发生变形的是金属部分,外力对绝缘部分的影响不大。     

ITER轴向绝缘子结构设计与分析

用有限元法对ITER装置磁体系统的高性能氦气密复合材料绝缘子的结构设计进行电场分析和力学性能分析。分析结果表明,绝缘子能够承受耐电压56kV、耐气压4MPa、耐拉力2000N、耐弯矩1000Nm、耐扭矩100Nm的技术参数要求;同时热应力分析结果表明,与外力作用的影响相比,热应力是影响绝缘子性能的关键因素;绝缘子在拉力、弯矩和扭矩受力下发生变形的是金属部分,外力对绝缘部分的影响不大。     

低阻抗大面积二极管的研制

采用高纯石墨环状阴极和有机玻璃绝缘子,研制了一套低阻抗大面积二极管系统。使用理论计算和数值模拟方法对二极管进行优化设计,在保证绝缘要求的同时,尽量优化二极管轴向长度和内外筒距离以减小二极管的回路电感。实验结果表明,优化后的二极管能在200 kV左右的电压上稳定工作,绝缘结构未发生击穿现象;实验中最高输出电压为213 kV,电流为221 kA,特性阻抗约为1 ,电流密度为8 kA/cm2,脉宽(FWHM)为50 ns。     

高温超导线圈制备的绝缘技术研究

建立了电热耦合模型,根据热力学原理,以最大温度梯度为目标,对双饼线圈进行了三维有限元分析,为超导磁体的制备选择了一种性能良好的绝缘材料.为了探究仿真选型的绝缘材料对高温超导储能磁体电磁性能的影响,绕制了A、B两个双饼线圈进行了浸渍工艺实验研究,对线圈A、B分别采用了直接浸泡式和真空压力式浸渍进行绝缘处理,与浸渍固化前相...     

级联型高压重复频率微秒脉冲源的研制

针对等离子体的应用,基于级联型电压叠加技术研制了一种最高输出电压为20 kV的高压微秒脉冲源,该电源由40个相同的电源模块组成,其单个模块电压等级为500 V,降低了对器件的绝缘耐压要求。电源的输出电压值在0~20 kV之间可调;重复频率在0~10 kHz之间、脉宽在0~30 μs之间可调;该电源的上升沿和下降沿均在1 μs以内。模块化的设计提高了电源的冗余容错能力。将该电源作为产生等离子体的激励源时,其输出的高压脉冲波形稳定,且根据负载对输出高压波形的要求不同,该电源可以方便地进行调节。     

HL-2M环向场线圈的结构设计

设计了HL-2M 环向场线圈基本形状、特殊的指形接头和斜面接头以及馈线、绝缘结构和水冷回路。每个环向场线圈由L 形中心段、上弧段和外弧段分别通过指形接头和斜面接头组装成完整的D 形线圈。分段可拆卸的D 形线圈结构可以使得真空室和单个极向场线圈分别整体吊装到环向场线圈内侧。单根引线和双回线的馈线结构既能节省装置空间,又能降低杂散磁场。TF 线圈匝间绝缘500V,对地绝缘30kV。采用软焊在线圈旁侧槽内的铜管对线圈进行水冷以带走线圈放电产生的焦耳热。     

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设计了HL-2M环向场线圈基本形状、特殊的指形接头和斜面接头以及馈线、绝缘结构和水冷回路。每个环向场线圈由L形中心段、上弧段和外弧段分别通过指形接头和斜面接头组装成完整的D形线圈。分段可拆卸的D形线圈结构可以使得真空室和单个极向场线圈分别整体吊装到环向场线圈内侧。单根引线和双回线的馈线结构既能节省装置空间,又能降低杂散磁场。TF线圈匝间绝缘500V,对地绝缘30kV。采用软焊在线圈旁侧槽内的铜管对线圈进行水冷以带走线圈放电产生的焦耳热。     

ITER轴向绝缘子性能测试研究

对ITER高性能氦气密复合材料轴向绝缘子的性能作了全面的试验测试研究分析,并简单的介绍了一下绝缘子的结构和工艺设计。试验测试结果表明:绝缘子能够承受室温到液氮温度50次冷热循环冲击,耐电压等级56kV、耐气压4MPa、耐拉压2000N、耐弯矩100Nm、耐扭矩100Nm的参数要求。绝缘子在电绝缘性能、机械性能、热冲击性能和气密性方面都能满足ITER磁体系统的技术要求。     

ITER 68 kA高温超导特大电流引线研发

国际受控热核聚变试验堆由18个D形环向场线圈、6个中心螺管线圈、6个圆形极向场线圈和18个校正场线圈组成巨大的超导磁体系统.为大幅度减小磁体系统的低温制冷设备投资和日后的运行费,采用容量分别为68、52、45和10 kA总共30对高温超导电流引线馈电.不仅电流容量特大、安全性要求特高,而且还需承受低真空下巴申放电条件的30 kV直流高电压.本文介绍68 kA电流引线的相关设计和研发.