CN111403104B - 一种扭绞可调式高散热超导导体支架 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种扭绞可调式高散热超导导体支架，由若干单体支架结构沿轴向组装形成；所述单体支架结构包括最外层支架，中间层支架，最内层支架，层间支撑体，最内层支架的中空处为中心冷却通道，相邻两层支架和层间支撑体构成超导导体及冷却通道；最外层支架的两端分别设有用于轴向组装的外螺纹和内螺纹；所述最外层支架、中间层支架、最内层支架之间能够相对转动。本发明可大大提高换热效率，实现超导导体扭绞角度的灵活调节功能。相邻的超导层中超导导体的扭绞方向相反，可使电缆周围的主要磁场平行于超导导体表面，可减小垂直场对超导导体性能的影响。
Description
技术领域
本发明涉及一种带扭绞功能的具有高散热效率的新型超导导体支架。
背景技术
相对于常规超导导体，高温超导体具有载流能力高、传输损耗小等优点，在大规模电力传输方面具有极大的发展潜力。
由于单根超导导体载流能力有限，将多根超导导体扭绞应用能显著提高电流密度。所以，多根超导导体扭绞结构成为超导通电导体发展的必然趋势。常规的大载流扭绞超导导体的支撑骨架，均存在冷却速度慢，超导导体发热时无法及时散热的问题；此外，常规扭绞式超导导体支架不具备扭绞角度的调节功能。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的缺点，提供一种扭绞角度可调式的新型超导导体支架，支架内可放置的超导体包含但不限于超导带、超导线缆，可以是任何超导通电导体。
为了实现上述目的，通过以下技术方案实现：
一种扭绞可调式高散热超导导体支架，由若干单体支架结构沿轴向组装形成；所述单体支架结构包括最外层支架2、中间层支架3、最内层支架4和层间支撑体1，所述层间支撑体1位于相邻两层支架之间；最内层支架4的中空处为中心冷却通道6，相邻两层支架和层间支撑体1构成超导导体及冷却通道5；最外层支架2的两端分别设有用于轴向组装的外螺纹8和内螺纹9；所述最外层支架2、中间层支架3、最内层支架4之间能够相对转动。
所述最外层支架2由铜或铝制成，最外层支架2的内壁上开设有卡槽7，卡槽7用于卡住最外层支架2内侧的支架的层间支撑体1。
所述中间层支架3由铜或铝制成，其内壁上开设有卡槽7，用于卡住中间层支架3内侧的支架的层间支撑体1；中间层支架3的外壁设有层间支撑体1，其层间支撑体1用于卡入中间层支架3外侧的支架的卡槽7中。
中间层支架3的数量大于等于一个。
所述最内层支架4由铜或铝制成，其内壁无卡槽，外壁设有层间支撑体1，层间支撑体1用于卡入最内层支架4外侧的支架的卡槽中。
所述层间支撑体1由铜或铝制成。
相邻两层支架之间设置的层间支撑体1的数量大于等于三个。
所述层间支撑体1的形状为“T”形。
每个超导导体及冷却通道5均有一个扭绞角度，扭绞的角度为0-90度。
所述超导导体及冷却通道5绕轴呈对称分布，同一层超导导体及冷却通道5的扭绞方向和扭绞角度相同，相邻层的超导导体及冷却通道5的扭绞方向相反。
由3D打印技术打印出由最外层支架2、中间层支架3、最内层支架4和层间支撑体1组装完成的单体支架结构。
本发明的有益效果：首先，本发明将超导导体支架做成网笼式的架构，便可以加大网笼中扭绞的超导导体和液氮的接触面积，大大提高换热效率。其次，将可以绕轴转动相对位置的零件组合构建超导导体支架，可以在安装时将超导带或超导导体放入支架中，然后通过控制支架的旋转来完成超导导体的扭绞，从而实现扭绞角度的灵活调节功能。超导导体通道绕轴呈对称分布，外界电场或磁场对电缆的影响程度不随电缆方向的改变而发生变化，并且相邻的超导层中超导导体的扭绞方向相反，可使电缆周围的主要磁场平行于超导导体表面，可减小垂直场对超导导体性能的影响。
附图说明
本发明有如下附图：
图1为扭绞可调式高散热超导导体支架的结构示意图；
图2为扭绞可调式高散热超导导体支架的横截面示意图；
图3为扭绞可调式高散热超导导体支架的最内层支架示意图；
图4为扭绞可调式高散热超导导体支架的中间层支架示意图；
图5为扭绞可调式高散热超导导体支架的最外层支架示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1-5所示，本发明所述的扭绞可调式高散热超导导体支架，由若干单体支架结构沿轴向组装形成；所述单体支架结构包括最外层支架2，中间层支架3，最内层支架4，层间支撑体1，最内层支架4的中空处为中心冷却通道6，相邻两层支架和层间支撑体1构成超导导体及冷却通道5；最外层支架2的两端分别设有用于轴向组装的外螺纹8和内螺纹9；所述最外层支架2、中间层支架3、最内层支架4之间能够相对转动。
所述层间支撑体1由铜或铝等高强度的金属材料制成，一方面起支撑作用，另一方面将同层一超导层(相邻两层支架之间的区域为同一层超导层)的区域划分开，形成若干个超导导体通道，每层超导层所划分的超导导体通道包括但不限于图中所示的三个，也即每层超导层设置的层间支撑体1包括但不限于图中所示的三个，可以根据实际需求设置划分数目。所述层间支撑体1的形状包括但不限于图中所示的“T”形。
所述最外层支架2由铜或铝等高强度的金属材料制成，最外层支架内壁上开设有卡槽7，如图5所示，卡槽7用来卡住最外层支架2内侧的支架的层间支撑体1。
所述外螺纹8和内螺纹9用于沿轴向组装单体支架结构，前一个单体支架结构的内螺纹与后一个单体支架的外螺纹相互配合连接完成轴向组装。
如图4所示，所述中间层支架3由铜或铝等高强度的金属材料制成，其内壁上开设有卡槽7，用于卡住中间层支架3内侧的支架的层间支撑体1。中间层支架3的外壁设有层间支撑体1，层间支撑体1卡入中间层支架3外侧的支架的卡槽中，便可进行滑动调节，中间层支架3的数量包括但不限于图中的一个，可以根据实际需求确定具体数目。
如图3所示，所述最内层支架4由铜或铝等高强度的金属材料制成，其内壁无卡槽，外壁设有层间支撑体1，层间支撑体1卡入最内层支架4外侧的支架的卡槽中，便可进行滑动调节。
所述超导导体及冷却通道5，是由相邻两层支架与层间支撑体1划分出来的区域，其尺寸相对超导导体来说略大，放入超导导体后留有一定的裕度，超导导体及冷却通道5中的剩余空间便可通入液氮，对超导导体直接冷却，每一个单根超导导体均可与液氮直接接触，大大提高冷却和换热效率。
所述中心冷却通道6位于超导导体支架的中心，用于通入液氮对超导导体进行冷却。
图1为本发明扭绞可调式高散热超导导体支架的结构示意图，是许多由最外层支架2、中间层支架3、最内层支架4组成的单体支架结构同轴心沿轴向组装形成的。先由3D打印技术打印出已由最外层支架2、中间层支架3、最内层支架4和层间支撑体1组装完成的单体支架结构，在单体支架结构进行轴向组装的过程中***电缆，并同时设置扭绞角度，完成电缆的扭绞。扭绞时要使相邻两层的超导导体扭绞角度反向对称。扭绞的角度可以根据具体带材或超导导体绕制的需求具体设定，例如0-90度。
图2为本发明扭绞可调式高散热超导导体支架的横截面示意图，超导导体及冷却通道5绕轴呈对称分布，外界电场或磁场对电缆的影响程度不随电缆方向的改变而发生变化，并且相邻的超导层中超导导体的扭绞方向相反，可使电缆周围的主要磁场平行于超导导体表面，可减小垂直场对超导导体性能的影响。
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
Claims (10)
1.一种扭绞可调式高散热超导导体支架，其特征在于：所述超导导体支架由若干单体支架结构沿轴向组装形成；所述单体支架结构包括最外层支架(2)、中间层支架(3)、最内层支架(4)和层间支撑体(1)，所述层间支撑体(1)位于相邻两层支架之间；最内层支架(4)的中空处为中心冷却通道(6)，相邻两层支架和层间支撑体(1)构成超导导体及冷却通道(5)；最外层支架(2)的两端分别设有用于轴向组装的外螺纹(8)和内螺纹(9)；所述最外层支架(2)、中间层支架(3)、最内层支架(4)之间能够相对转动。
2.如权利要求1所述的扭绞可调式高散热超导导体支架，其特征在于：所述最外层支架(2)由铜或铝制成，最外层支架(2)的内壁上开设有卡槽(7)，卡槽(7)用于卡住最外层支架(2)内侧的层间支撑体(1)。
3.如权利要求1所述的扭绞可调式高散热超导导体支架，其特征在于：所述中间层支架(3)由铜或铝制成，其内壁上开设有卡槽(7)，用于卡住中间层支架(3)内侧的层间支撑体(1)；中间层支架(3)的外壁设有层间支撑体(1)，其层间支撑体(1)用于卡入中间层支架(3)外侧的支架的卡槽(7)中。
4.如权利要求1所述的扭绞可调式高散热超导导体支架，其特征在于：中间层支架(3)的数量大于等于一个。
5.如权利要求1所述的扭绞可调式高散热超导导体支架，其特征在于：所述最内层支架(4)由铜或铝制成，其内壁无卡槽，外壁设有层间支撑体(1)，层间支撑体(1)用于卡入最内层支架(4)外侧的支架的卡槽中。
6.如权利要求1所述的扭绞可调式高散热超导导体支架，其特征在于：所述层间支撑体(1)由铜或铝制成，相邻两层支架之间设置的层间支撑体(1)的数量大于等于三个。
7.如权利要求1所述的扭绞可调式高散热超导导体支架，其特征在于：所述层间支撑体(1)的形状为“T”形。
8.如权利要求1所述的扭绞可调式高散热超导导体支架，其特征在于：每个超导导体及冷却通道(5)均有一个扭绞角度，扭绞角度为0-90度。
9.如权利要求1所述的扭绞可调式高散热超导导体支架，其特征在于：所述超导导体及冷却通道(5)绕轴呈对称分布，同一层超导导体及冷却通道(5)的扭绞方向和扭绞角度相同，相邻层的超导导体及冷却通道(5)的扭绞方向相反。
10.如权利要求1-9任一权利要求所述的扭绞可调式高散热超导导体支架，其特征在于：由3D打印技术打印出由最外层支架(2)、中间层支架(3)、最内层支架(4)和层间支撑体(1)组装完成的单体支架结构。
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