SU1668833A1

SU1668833A1 - Cryostat

Info

Publication number: SU1668833A1
Application number: SU894716753A
Authority: SU
Inventors: Валерий Дмитриевич Князев
Priority date: 1989-07-10
Filing date: 1989-07-10
Publication date: 1991-08-07

Abstract

Изобретение относитс к криогенной технике и может быть использовано в криогенном машиностроении дл систем криостатировани сверхпроводниковых обмоток возбуждени . Целью изобретени вл етс снижение расхода криагента и уменьшение габаритов криостата. Жидкий криагент по трубке 13 подаетс в емкость 2, охлаждает объект 3, а пары криагента отвод тс по трубкам 15, 16 в коллекторы 11 опорных элементов, выполненных в виде усеченных конусов 6, через кольцевой зазор между двум стенками, образующими боковую поверхность конусов 6, коллекторы 12 и далее по трубкам 14 вывод тс из корпуса 1. Прикреплени конусов 6 большими основани ми к жесткой обечайке 4, расположенной с образованием зазора 5 между ней и меньшей стенкой емкости 2, обеспечивает полное охлаждение конусов 6 отход щими парами, снижает теплопритоки и расход жидкого криагента. Размещение обечайки 4 и конусов 6 внутри емкости 2 позвол ет уменьшить осевые размеры криостата. 2 ил.The invention relates to cryogenic engineering and can be used in cryogenic engineering for the cryostat systems of superconducting field windings. The aim of the invention is to reduce the consumption of the cryogenic agent and reduce the size of the cryostat. Liquid cryogenic through tube 13 is supplied to tank 2, cools object 3, and pairs of cryogenic are discharged through tubes 15, 16 to collectors 11 of supporting elements, made in the form of truncated cones 6, through the annular gap between the two walls forming the lateral surface of the cones 6, the collectors 12 and further along the pipes 14 are led out of the housing 1. Attaching the cones 6 with large bases to the rigid shell 4, which is located with the formation of a gap 5 between it and the smaller wall of the container 2, ensures complete cooling of the cones 6 by the exhaust fumes; Oka and the flow of liquid kriagenta. Placing the shell 4 and the cones 6 inside the vessel 2 allows to reduce the axial dimensions of the cryostat. 2 Il.

Description

Изобретение относитс к криогенной технике и может быть использовано в криогенном электромашиностроении дл систем криостатировани сверхпроводниковых обмоток возбуждени , в том числе и высокотемпературных с температурным уровнем охлаждени 77 К и выше.The invention relates to a cryogenic technique and can be used in cryogenic electrical engineering for the cryostat systems of superconducting field windings, including high-temperature windings with a temperature level of cooling of 77 K and above.

Целью изобретени вл етс снижение расхода криагента и уменьшение габаритов криостата.The aim of the invention is to reduce the consumption of the cryogenic agent and reduce the size of the cryostat.

На фиг.1 схематично изображен кри- остат; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1.Figure 1 schematically depicts the crystal; figure 2 - section aa in figure 1.

Криостат содержит цилиндрический корпус 1, размещенную в нем двустенную цилиндрическую емкость 2 дл объекта 3, например сверхпроводниковых катушек. Криостат снабжен обечайкой 4, расположенной с образованием зазора 5 между нейThe cryostat contains a cylindrical body 1, a double-wall cylindrical container 2 accommodated therein for an object 3, for example superconducting coils. The cryostat is equipped with a shell 4, located with the formation of a gap 5 between it

и меньшей стенкой емкости 2 и прикрепленной к торцовым стенкам последней. При этогл к одной торцовой стенке емкости 2 обечайка 4 приварена, а на другую торцовую стенку емкости 2 обечайка 4 опираетс по скольз щей посадке, обеспечивающей возможность взаимного их осевого смещени дл компенсации температурных деформаций . Емкость 2 крепитс в корпусе 1 посредством опорных элементов в виде усеченных конусов 6.and a smaller wall of the container 2 and attached to the end walls of the latter. With this, the shell 4 is welded to one end wall of the container 2, and the shell 4 is supported on the other end wall of the container 2 by a sliding fit, allowing their axial displacement to compensate for thermal deformations. The container 2 is fixed in the housing 1 by means of supporting elements in the form of truncated cones 6.

Емкость 2 зафиксирована в корпусе 1 посредством опорных элементов в виде усеченных конусов 6. меньшие основани которых имеют контакт с фланцами корпуса 1. При этом один из конусов к фланцу корпуса 1 крепитс жестко, а другой - по скольз щей посадке, обеспечивающей, такThe container 2 is fixed in the housing 1 by means of support elements in the form of truncated cones 6. The smaller bases of which have contact with the flanges of the housing 1. At the same time, one of the cones is rigidly fastened to the flange of the housing 1, and the other is mounted on a sliding fit, providing

ОABOUT

оabout

00 00 GO00 00 GO

соwith

же, как дл обечайки, компенсацию температурных деформаций. Большие основани конусов 6 жестко прикреплены к внутренней поверхности обечайки 4 в ее центральной части. Боковые поверхности усеченных конусов 6 имеют две стенки 7 и 8, установленные с образованием между ними кольцевого зазора 9, и по крайней мерз одна стенка или обе стенки имеют обращенные внутрь продольные зиги 10, имеющие контакт (сваренные) с противоположной стенкой или с зигами 10 противоположной стенки, так что в кольцевом зазоре 9 образуютс каналы, По окружности большего и меньшего оснований к стенкам конусов 6 приварены кольца, образующие коллекторы 11, 12 дл подвода и отвода к опорным элементам испар ющихс из емкости 2 паров криагента. Конусы 6 креп тс к обечайке и к фланцам корпуса 1 через коллекторы 11 и 12.the same as for shell, compensation of temperature distortions. Large bases of the cones 6 are rigidly attached to the inner surface of the shell 4 in its central part. The side surfaces of the truncated cones 6 have two walls 7 and 8 installed to form an annular gap 9 between them, and at least one wall or both walls have longitudinal ridges 10 facing inwards, having contact (welded) with the opposite wall or with opposite ridges 10 walls, so that in the annular gap 9 channels are formed. Along the circumference of the larger and smaller bases, rings are welded to the walls of the cones 6, forming collectors 11, 12 for supplying and discharging 2 vapors of the evaporating from the vessel to the supporting elements. The cones 6 are secured to the shell and to the flanges of the housing 1 through manifolds 11 and 12.

Криостат имеет трубки 13,14 соответственно дл подвода жидкого криагента в емкость 2 и отвода его паров из корпуса 1. Кольцевые зазоры 9 в боковых стенках емкости 2 сообщены в зоне больших оснований через коллекторы 11, трубку 15, сообщенную с верхней частью емкости 2 и трубки 16.The cryostat has tubes 13, 14, respectively, for supplying liquid cryogen to tank 2 and removing its vapors from housing 1. Ring gaps 9 in the side walls of tank 2 are communicated in the zone of large bases through the collectors 11, tube 15 connected to the upper part of tank 2 and tube sixteen.

Криостат содержит токовводы 17 дл подвода электропитани к сверхпроводни- коаым катушкам и радиационный экран 18, припа нный к конусам 6. На чертеже изображен один экран. В зависимости от конкретного исполнени и назначени кри- остата экран может отсутствовать вообще, например дл конструкции криостата с температурным уровнем охлаждени 77 К и выше при использовании в качестве материала сверхпроводниковых катушек высокотемпературных сверхпроводников, либо включать два экрана, припа нных к конусам в точках с разной температурой, либо включать слоисто-вакуумную теплоизол цию .The cryostat contains current leads 17 for supplying power to the superconducting coils and a radiation screen 18 attached to the cones 6. The drawing shows one screen. Depending on the specific design and purpose of the cryostat, the screen may be absent altogether, for example, for the construction of a cryostat with a temperature level of cooling of 77 K and higher when using the superconducting coils of high-temperature superconductors as the material, or to include two screens soldered to cones at different points. temperature, or to include a layered-vacuum heat insulation.

Грубки 12,14, токовводы 17, через которые пары криагента после прохождени по зазору 9 конусов 6 покидают криостат, расположены з горловине 19 корпуса 1, котора заполн етс пенопластовой пробкой дл предотвращени конвективного теп- лопритока в зону криостатировани по горловине .Grub 12,14, current leads 17, through which the vapors of the cryogenic agent after passing through the gap 9 of the cones 6 leave the cryostat, are located at the throat 19 of the housing 1, which is filled with a foam stopper to prevent convective heat influx into the cryostat zone over the throat.

Полость криостата вакуумируетс .The cavity of the cryostat is evacuated.

Криостат р аботает следующим образом .The cryostat operates as follows.

Жидкий криагент по трубке 13 подаетс в емкость 2, охлажда до рабочей температуры объект 3, например сверхпроводниковые катушки, Пары через.трубку 15 иThe liquid cryogen through the tube 13 is fed into the container 2, cooling the object 3 to the operating temperature, for example, superconducting coils, Pairs through the tube 15 and

трубки 16 поступают в коллекторы 11 конусов 6, проход т по каналам в кольцевом зазоре 9 конусов 6, перехватыва теплопри- ток, идущий в зону криостатировани поthe tubes 16 enter the collectors 11 of the cones 6, pass through the channels in the annular gap 9 of the cones 6, intercepting the heat sources going to the cryostatting zone along the

ним, и покидают корпус 1 криостата по трубкам 14, соединенным с коллекторами малых оснований конусов 6.him, and leave the housing 1 of the cryostat through tubes 14 connected to the collectors of small bases of the cones 6.

В данном криостате опора, включающа охлаждаемые отход щими парами конусы 6, расположена в центральной части емкости 2, что позвол ет уменьшить осевые габариты криостата по сравнению с прототипом на 20-30%,In this cryostat, the support, including the cones 6 cooled by the outgoing vapors, is located in the central part of the tank 2, which makes it possible to reduce the axial dimensions of the cryostat in comparison with the prototype by 20-30%,

Выполнение боковых стенок конусовThe execution of the side walls of the cones

двойными с зигами. по которым стенки сварены друг с другом, позвол ет выполнить конусы из тонкостенного материала с достаточными прочностью и жесткостью при увеличенной их длине. Прикрепление конусов большими основани ми к жесткой обечайке, а не непосредственно к емкости (зоне криостатировани ), дает возможность охлаждать полностью боковые поверхности конусов отход щими парами.double with ridges. along which the walls are welded with each other, allows making cones of thin-walled material with sufficient strength and rigidity with their increased length. Attaching the cones with large bases to the rigid shell, rather than directly to the tank (the cryostat zone), makes it possible to cool the entire side surfaces of the cones with the outgoing steam.

Кроме того, обечайка представл ет собой дополнительное тепловое сопротивление. Совокупность этих свойств, а именно увеличение длины конусов, уменьшение их площади поперечного сечени , охлаждение всей боковой поверхности конусов, введение дополнительной обечайки создают возможности дл уменьшени теплопри- токов и расхода жидкого криагента, т.е. повышени экономичности криостата.In addition, the shell is an additional thermal resistance. The combination of these properties, namely, increasing the length of the cones, reducing their cross-sectional area, cooling the entire lateral surface of the cones, introducing an additional shell creates opportunities to reduce heat input and the consumption of liquid cryagent, i.e. increase the efficiency of the cryostat.

Размещение обечайки и конуса внутри емкости позвол ет уменьшить осевые размеры криостата и электрической машины в целом.Placing the shell and the cone inside the vessel makes it possible to reduce the axial dimensions of the cryostat and the electric machine as a whole.

Claims

Invention Formula

A cryostat, comprising a housing, a double-walled cylindrical container for the object therein, support elements in the form of truncated cones, the smaller bases of which have contact with the flanges of the housing, tubes for supplying liquid cryogenic agent to the container and removing its vapor from the housing, characterized in that the purpose of reducing the consumption of the agent and

reducing the dimensions of the cryostat, it is equipped with a shell, which is formed with the formation of a gap between it and the inner wall of the container and attached to the end walls of the latter, with large

the bases of the cones are attached to the inner surface of the shell in its central part, and the broken cones have two walls installed to form an annular gap between them, and at least one wall has

inside the ridge. having contact with an opposed cavity of the vessel, and in the zone of the smaller one with the base wall, with the annular installation with tubes for vapor removal, the cryogenic agent communicates in the zone of the large bases with

, 3 5 2 15 "/

.

Јmf-J-S yjr je-Zjf- ffLJLJy.A -ZJf.

y p-yy-s JH fMfffff Tf fFsflA

16 11 12 ftn.i

sixteen

17 No.

Ill,

rf ffffr / + & 16 11 12 ftn.i

ten

2 2