本發(fā)明涉及高溫超導永磁懸浮中的高溫超導材料低溫維持杜瓦，可用于保持高溫超導磁懸浮列車及其他高溫超導永磁懸浮裝置中的高溫超導塊長時間工作于超導狀態(tài)，并可通過小功率致冷設備降低高溫超導塊工作溫度，提高高溫超導塊性能，保持其長時間穩(wěn)定工作。

背景技術：

高溫超導塊與永磁體組成的懸浮系統(tǒng)具有懸浮力大、自穩(wěn)定性強的顯著優(yōu)點，有望廣泛的應用到超導軸承、超導飛輪儲能系統(tǒng)和高溫超導磁懸浮車等諸多領域。

然而，由于隨著高溫超導塊與永磁體表面距離的增大，作用于高溫超導塊的磁場強度迅速衰減；而高溫超導塊通常放置于低溫杜瓦中以保持其工作于液氮中。為充分利用永磁體表面空間的磁場，必須盡量降低杜瓦底部厚度，從而減小其對懸浮空間的占用，以提高懸浮性能，并確保懸浮系統(tǒng)的運行安全穩(wěn)定。

此外，高溫超導塊懸浮性能還取決于工作溫度。通常工作溫度的降低導致高溫超導塊懸浮性能升高。通過致冷設備進一步降低高溫超導塊工作溫度至氮的液-氣相變溫度(77k)以下，可望提高超導塊懸浮性能。這就要求杜瓦具有極低的漏熱特性，以降低致冷設備的致冷功率，降低能耗。

因此設計具有底部薄、低漏熱的杜瓦是高溫超導永磁懸浮得以普遍應用的關鍵。

為獲得較低的漏熱效果，目前高溫超導永磁懸浮杜瓦設計普遍采用內(nèi)外膽及內(nèi)外膽之間設為真空夾層的三層結構。然而，工作于高溫超導塊與永磁軌道懸浮間隙間的杜瓦底部真空夾層很薄，由于大氣壓力的擠壓效應，將使得杜瓦內(nèi)外膽底部發(fā)生變形而產(chǎn)生短路，從而導致真空夾層絕熱效應的失效。為避免這一情況，傳統(tǒng)的高溫超導永磁懸浮杜瓦采用在內(nèi)外膽底部之間的局部位置加裝絕熱性較好的玻璃鋼支撐，以避免內(nèi)外膽的直接短路。如圖1為傳統(tǒng)杜瓦結構剖視圖，圖中箭頭所指即為置于內(nèi)外膽底部間的柱狀玻璃鋼支撐。然而，這種加裝的支撐同時也為熱傳導提供了通道。這導致目前高溫超導永磁懸浮杜瓦的漏熱較大，液氮儲存時間較短，也使得在實際應用中加裝氦循環(huán)制冷因杜瓦漏熱過大而顯得毫無意義。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種薄底且漏熱極低的實用高溫超導永磁懸浮杜瓦。由于漏熱極低，可以采用小功率的氦致冷設備，以較低的能耗使其工作在30k-77k間的低溫區(qū)間，從而獲得良好的磁懸浮特性。

本發(fā)明采用的技術方案：

一種高溫超導永磁懸浮低漏熱薄底杜瓦，由懸浮承載結構、內(nèi)膽、內(nèi)膽底部加強結構、外膽、外膽底部加強結構、真空絕熱夾層、冷卻組件構成。所述的內(nèi)膽底部加強結構的構成為：由槽鋼焊接成矩形的內(nèi)膽底部加強框10，以及縱向加強方鋼管13構成；內(nèi)膽底部加強框10和縱向加強方鋼管13在鄰接位置以焊接方式連接，并且各自與其鄰接的內(nèi)膽底板9及內(nèi)膽側板14采用焊接形式連接成為內(nèi)膽底部加強結構，以減小內(nèi)膽底板9在大氣壓力作用下產(chǎn)生變形，從而避免內(nèi)膽底板9與外膽底板4、外膽底板4上的內(nèi)置方鋼7產(chǎn)生短路，確保底部真空夾層8不被破壞。

所述的外膽底部加強結構的構成為：沿外膽底部外側設置外膽外加強框3，外膽外加強框與外膽側板2及外膽底板4在鄰接處焊接在一起；沿外膽底部內(nèi)側內(nèi)置方鋼7，內(nèi)置方鋼與外膽底板4及外膽側板2在鄰接處焊接；外膽外加強框3與內(nèi)置方鋼7構成整體受力框架，以減小外膽底板4在大氣壓力下產(chǎn)生變形；

所述的懸浮承載結構的構成為：由密封于內(nèi)膽的高溫超導塊5、置于高溫超導塊上的多孔承壓板6、置于內(nèi)膽內(nèi)側空間的玻璃鋼受力桁架18、以及聯(lián)接內(nèi)外膽并確保內(nèi)外膽相對空間位置的四個玻璃鋼錐臺22共同構成；玻璃鋼受力桁架18與縱向加強方鋼管13固定連接；

外膽構成為：法蘭1與外膽側板2及外膽底板4以焊接方式形成的密閉結構。外膽側壁設置一個真空抽嘴15，以便于對內(nèi)外膽間的底部真空夾層8，以及其他方向上內(nèi)外膽間的真空夾層21抽真空；外膽底部加強結構：外膽外加強框3沿外膽底部外側布置，且與外膽側板2及外膽底板4在鄰接處焊接在一起，而內(nèi)置方鋼7與外膽底板4及外膽側板2在鄰接處焊接，從而使得外膽外加強框3與內(nèi)置方鋼7構成整體受力框架，以減小外膽底板4在大氣壓力下產(chǎn)生變形。內(nèi)膽構成：由內(nèi)膽頂板19與內(nèi)膽側板14及內(nèi)膽底板9采用焊接方式構成密閉結構構成。其中內(nèi)膽頂板19、內(nèi)膽側板14及內(nèi)膽底板9為反輻射隔熱層與不銹鋼復合材料，其反輻射隔熱層分別朝向真空夾層8和真空夾層21。內(nèi)膽底板9在相應于外膽底部加強結構的內(nèi)置方鋼7位置，采用內(nèi)凹形式，以保持內(nèi)膽底板9與外膽底部內(nèi)置方鋼7之間的底部真空夾層8的空間厚度；內(nèi)膽底部加強結構：由槽鋼焊接成矩形的內(nèi)膽底部加強框10，以及縱向加強方鋼管13構成。內(nèi)膽底部加強框10和縱向加強方鋼管13在鄰接位置以焊接方式連接，并且各自與其鄰接的內(nèi)膽底板9及內(nèi)膽側板14采用焊接形式連接成為內(nèi)膽底部加強結構，以減小內(nèi)膽底板9在大氣壓力作用下產(chǎn)生變形，從而避免內(nèi)膽底板9與外膽底板4、外膽底板4上的內(nèi)置方鋼7產(chǎn)生短路，確保底部真空夾層8不被破壞。真空絕熱夾層構成為：由內(nèi)膽底板9與外膽底板4及外膽底部內(nèi)置方鋼7之間厚度為1mm的底部真空夾層8，以及除底部外，其他空間方向上內(nèi)膽與外膽間的真空夾層21共同構成；懸浮承載結構：由密封于內(nèi)膽的高溫超導塊5、多孔承壓板6、玻璃鋼受力桁架18，以及聯(lián)接內(nèi)外膽并確保內(nèi)外膽相對空間位置的四個玻璃鋼錐臺22共同構成懸浮承載結構。其中多孔承壓板6通過緊固螺栓12被固定在內(nèi)膽底部加強框10上，玻璃鋼受力桁架18與縱向加強方鋼管13固定連接。高溫超導塊5與永磁軌道11作用產(chǎn)生的懸浮力經(jīng)承壓板6，通過內(nèi)膽底部加強框10及縱向加強方鋼管13傳遞到玻璃鋼受力桁架18，而后經(jīng)內(nèi)膽頂板19由聯(lián)接內(nèi)外膽并保持內(nèi)外膽相對空間位置的四個玻璃鋼錐臺22將懸浮力傳遞到法蘭1；冷卻組件：由致冷管16、接口17，以及液氮加注口20構成。低溫氦氣經(jīng)接口17進入致冷管16對內(nèi)膽中經(jīng)液氮加注口20注入的液氮做進一步的降溫處理，以便于提高高溫超導塊5的性能。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明裝置，在內(nèi)外膽底部設計加強結構，在保證布置高溫超導塊位置杜瓦底部薄的同時，避免了內(nèi)外膽底部因大氣壓力作用導致的變形而形成短路。由于未如傳統(tǒng)方式，在內(nèi)外膽底部真空夾層設置玻璃鋼支撐，從而極大地降低了杜瓦的漏熱，使得該杜瓦在一次加注液氮后，其有效保持高溫超導塊工作于液氮溫度77k的時間大大延長。同時，由于該杜瓦漏熱極低，這使得采用較小的致冷功率，即可進一步降低高溫超導塊工作溫度，提高高溫超導塊性能。

本發(fā)明通過在杜瓦內(nèi)外膽底部分別布置加強結構，減小內(nèi)外膽底部變形，從而在杜瓦內(nèi)外膽底部之間的真空夾層中不加支撐的條件下，保證杜瓦內(nèi)外膽間的真空夾層不因大氣壓力的作用導致內(nèi)外膽底部變形而被短路破壞，在保證杜瓦具有極低漏熱的同時，又使得高溫超導塊工作位置的杜瓦底部厚度很薄，盡可能減小了杜瓦底部厚度對高溫超導塊與永磁導軌間懸浮間隙的占用；通過懸浮承載結構，既保證了高溫超導永磁懸浮低漏熱薄底杜瓦的承載能力、內(nèi)外膽相互空間位置穩(wěn)定，又保證了杜瓦的低漏熱特性；通過采用致冷管，以低溫氦氣進一步降低高溫超導塊的工作溫度，提高高溫超導塊的懸浮特性。該高溫超導永磁懸浮低漏熱薄底杜瓦可確保高溫超導塊在低溫環(huán)境長時間穩(wěn)定工作。

附圖說明

圖1為傳統(tǒng)杜瓦內(nèi)外膽透視剖視圖，顯示了內(nèi)外膽底部間的支撐結構。

圖2為本發(fā)明裝置的正向剖視圖。

圖3為本發(fā)明裝置的a-a向剖視圖。

圖4為圖1中b位置的局部放大視圖。

圖5為內(nèi)膽底部加強結構及玻璃鋼受力桁架18結構透視示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式對本發(fā)明做進一步的詳細說明。

圖2-圖5表達了本發(fā)明的一個實施例：

高溫超導永磁懸浮低漏熱薄底杜瓦，由懸浮承載結構、內(nèi)膽、內(nèi)膽底部加強結構、外膽、外膽底部加強結構、真空絕熱夾層、冷卻組件構成。外膽構成為：法蘭1與外膽側板2及外膽底板4以焊接方式形成的密閉結構。外膽側壁設置一個真空抽嘴15，以便于對內(nèi)外膽間的底部真空夾層8，以及其他方向上內(nèi)外膽間的真空夾層21抽真空；外膽底部加強結構：外膽外加強框3沿外膽底部外側布置，且與外膽側板2及外膽底板4在鄰接處焊接在一起，而內(nèi)置方鋼7與外膽底板4及外膽側板2在鄰接處焊接，從而使得外膽外加強框3與內(nèi)置方鋼7構成整體受力框架，以減小外膽底板4在大氣壓力下產(chǎn)生變形。內(nèi)膽構成：由內(nèi)膽頂板19與內(nèi)膽側板14及內(nèi)膽底板9采用焊接方式構成密閉結構構成。其中內(nèi)膽頂板19、內(nèi)膽側板14及內(nèi)膽底板9為反輻射隔熱層與不銹鋼復合材料，其反輻射隔熱層分別朝向真空夾層8和真空夾層21。內(nèi)膽底板9在相應于外膽底部加強結構的內(nèi)置方鋼7位置，采用內(nèi)凹形式，以保持內(nèi)膽底板9與外膽底部內(nèi)置方鋼7之間的底部真空夾層8的空間厚度；內(nèi)膽底部加強結構：由槽鋼焊接成矩形的內(nèi)膽底部加強框10，以及縱向加強方鋼管13構成。內(nèi)膽底部加強框10和縱向加強方鋼管13在鄰接位置以焊接方式連接，并且各自與其鄰接的內(nèi)膽底板9及內(nèi)膽側板14采用焊接形式連接成為內(nèi)膽底部加強結構，以減小內(nèi)膽底板9在大氣壓力作用下產(chǎn)生變形，從而避免內(nèi)膽底板9與外膽底板4、外膽底板4上的內(nèi)置方鋼7產(chǎn)生短路，確保底部真空夾層8不被破壞。真空絕熱夾層構成為：由內(nèi)膽底板9與外膽底板4及外膽底部內(nèi)置方鋼7之間厚度為1mm的底部真空夾層8，以及除底部外，其他空間方向上內(nèi)膽與外膽間的真空夾層21共同構成；懸浮承載結構：由密封于內(nèi)膽的高溫超導塊5、多孔承壓板6、玻璃鋼受力桁架18，以及聯(lián)接內(nèi)外膽并確保內(nèi)外膽相對空間位置的四個玻璃鋼錐臺22共同構成懸浮承載結構。其中多孔承壓板6通過緊固螺栓12被固定在內(nèi)膽底部加強框10上，玻璃鋼受力桁架18與縱向加強方鋼管13固定連接。高溫超導塊5與永磁軌道11作用產(chǎn)生的懸浮力經(jīng)承壓板6，通過內(nèi)膽底部加強框10及縱向加強方鋼管13傳遞到玻璃鋼受力桁架18，而后經(jīng)內(nèi)膽頂板19由聯(lián)接內(nèi)外膽并保持內(nèi)外膽相對空間位置的四個玻璃鋼錐臺22將懸浮力傳遞到法蘭1；冷卻組件：由致冷管16、接口17，以及液氮加注口20構成。低溫氦氣經(jīng)接口17進入致冷管16對內(nèi)膽中經(jīng)液氮加注口20注入的液氮做進一步的降溫處理，以便于提高高溫超導塊5的性能。

應用實施例

實施例一：液氮溫度高溫超導永磁懸浮

a.設置好杜瓦底部與永磁軌道11的間距.

b.通過液氮加注口20向杜瓦內(nèi)部加注液氮。待高溫超導塊5進入超導態(tài)后，杜瓦內(nèi)部的高溫超導塊5與永磁軌道11間形成長時間的穩(wěn)定懸浮。

實施例二：低于液氮溫度高溫超導永磁懸浮

a.設置好杜瓦底部與永磁軌道11的間距。

b.通過液氮加注口20向杜瓦內(nèi)部加注液氮，使高溫超導塊5進入超導態(tài)。

c.經(jīng)接口17向致冷管16循環(huán)提供低溫氦氣。低溫氦氣經(jīng)致冷管(16)對杜瓦內(nèi)部液氮進行持續(xù)致冷降溫，從而顯著提高高溫超導塊5的懸浮性能，并保持長時間的穩(wěn)定懸浮。