阅读说明：本技术 高辐射区远程维护用的二极磁铁设备 (Dipolar magnet equipment for remote maintenance of high radiation area ) 是由 贺华艳 刘磊 于永积 宁常军 吴锡 于 2020-07-02 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种高辐射区远程维护用的二极磁铁设备,包括线圈装配体、铁芯装配体和导向机构,线圈装配体呈可拆卸式安装于铁芯装配体中部,铁芯装配体与线圈装配体的相接之处设有导向机构,导向机构沿竖直方向引导线圈装配体进行拆卸或安装。本高辐射区远程维护用的二极磁铁设备通过设置相对独立的线圈装配体和铁芯装配体,避免了采用传统磁铁设备中线圈和铁芯为一体式固定结构的形式,可便于二极磁铁设备的维护或局部更换,实现远程操作,适用于高辐射区域内设备的定位安装,避免操作人员长时间暴露于高辐射环境中,提高操作的安全性。(The invention discloses dipolar magnet equipment for remote maintenance of a high radiation area, which comprises a coil assembly body, an iron core assembly body and a guide mechanism, wherein the coil assembly body is detachably arranged in the middle of the iron core assembly body, the guide mechanism is arranged at the joint of the iron core assembly body and the coil assembly body, and the guide mechanism guides the coil assembly body to be detached or installed along the vertical direction. This dipolar magnet equipment of high radiation district remote maintenance usefulness has avoided adopting traditional magnet equipment well coil and the form of iron core formula fixed knot structure as an organic whole through setting up the relatively independent coil assembly body and iron core assembly body, and maintenance or local change of dipolar magnet equipment of can being convenient for realizes remote operation, is applicable to the location installation of high radiation district intra-area equipment, avoids operating personnel to expose for a long time in the high radiation environment, improves the security of operation.)

高辐射区远程维护用的二极磁铁设备

技术领域

本发明涉及高辐射区域的设备安装技术领域，特别涉及一种高辐射区远程维护用的二极磁铁设备。

背景技术

磁铁是加速器中的重要零部件之一。带电粒子一方面需要不断受到加速力从而获得高能量，另一方面让其受一定的控制作用力将其限制在给定的中心轨道运动。而完成上述条件的力其实是一种电磁场对带电粒子的作用力，即电场力和磁场力。根据控制粒子运动的不同要求，高能加速器通常需要借助于不同类型的磁铁以及该磁铁工作气隙内建立的磁场。二极磁铁为一种弯转磁铁，在一定空间范围内建立分布均匀的磁场。粒子在均匀磁场中的运动轨道为一条弧线，即实现粒子沿着束流轨道实现一定角度的弯转。

加速器等设备的定期检修与维护是安全运行的重要保障，其磁铁设备的使用寿命取决于不同零部件的耐辐射寿命。为尽量延长磁铁设备的使用期限，常用的方式是将组成磁铁设备的各零部件尽量使用耐辐射的材料，如磁轭采用 DT4铁，固定结构件采用碳钢或G10玻璃纤维树脂，导线采用TU1无氧铜等。其中，采用无氧铜TU1绕制的线圈一般使用玻璃纤维和环氧树的脂进行浇筑固化实现电绝缘。目前国内外常规环氧树脂配方最高的耐辐射寿命为 2×10⁶Gy，远远低于TU1无氧铜等材料。因此，对于高辐射区域的磁铁设备来说，其线圈仍为最薄弱和易损坏的部件，其维护和更换频率最高。

通常加速器所安装运行的磁铁设备的维护，主要是采用人工操作完成，这对于高辐射区域内(如中子大气谱仪隧道等)的工作环境来说，操作人员的受辐射剂量远远超过了安全的限制。因此，对高辐射区域内的磁铁设备实施远程安装与拆卸进行维护，减少操作人员暴露于高辐射环境内的时间，改善人工操作的工作环境具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种可快速拆卸和安装，便于在高辐射区域内实施维护或更换，可提高操作安全性的高辐射区远程维护用的二极磁铁设备。

本发明的技术方案为：一种高辐射区远程维护用的二极磁铁设备，包括线圈装配体、铁芯装配体和导向机构，线圈装配体呈可拆卸式安装于铁芯装配体中部，铁芯装配体与线圈装配体的相接之处设有导向机构，导向机构沿竖直方向引导线圈装配体进行拆卸或安装。其中，铁芯装配体的底部安装于地面支撑台面上，作为远程维护时的安装基准。

所述线圈装配体包括线圈和真空盒，真空盒整体呈H型，设有上部安装空间和下部安装空间，上部安装空间和下部安装空间内分别设置线圈。

所述线圈包括线圈导体和浇筑于线圈导体外部的环氧树脂，在环氧树脂的浇筑出口处向外延伸有与线圈导体连接的冷却水路。其中，线圈导体由无氧铜 TU1导体绕制形成，然后在其外部采用环氧树脂材料浇筑固化，从而形成线圈的整体结构。线圈作为铁芯的励磁回路，其绝缘可靠性决定了磁铁运行的可靠性，但目前来说，线圈固化的绝缘材料采用环氧树脂，其耐辐射寿命较短易损坏，因此，线圈装配体就常常需要进行维护或更换。

线圈导体为一种空心导体，内部与冷却水路连通，由冷却水路循环通入去离子水以用于冷却线圈，以便将线圈的温升幅度限制在额定范围内。

所述冷却水路呈迷宫状延伸至普仪隧道屏蔽体外部，可方便工作人员在屏蔽体外部对线圈进行检漏和维修，而迷宫状的冷却水路，可有效避免屏蔽体内部的辐射直通至隧道外部；冷却水路的末端还设有进水配水器和出水配水器，进水配水器和出水配水器均位于屏蔽体外部，冷水用的去离子水从进水配水器进入冷却水路，对线圈进行冷却后，从出水配水器送出，形成一个回路。

所述真空盒的中部设有束流通道，上部安装空间和下部安装空间对称分布于束流通道的上下两侧，线圈安装于上部安装空间或下部安装空间后，线圈内侧还设有固定导板，固定导板的上下两端分别与真空盒连接。真空盒由316L 不锈钢材料焊接形成。

所述真空盒的顶部还设有第一吊环。线圈与真空盒固定安装后，线圈装配体作为一个整体进行远程安装或拆卸，当二极磁铁设备需要进行远程维护或更换时，可通过第一吊环将线圈装配体吊装，进行远程操作。

所述铁芯装配体包括上铁芯、下铁芯、第一侧铁芯、第二侧铁芯和铁芯底板，上铁芯和下铁芯对称设置，且上铁芯和下铁芯的两侧分别设置第一侧铁芯和第二侧铁芯，下铁芯底部通过铁芯底板安装于地面支撑台上。

所述上铁芯和下铁芯分别呈T型，包括相连接的横向部和纵向部，线圈装配体安装后，横向部位于线圈装配体的顶部或底部，纵向部嵌入线圈装配体中。

其中，上铁芯、下铁芯、第一侧铁芯和第二侧铁芯分别采用DT4铁材料加工制作，上铁芯和下铁芯的纵向部两侧面还分别设有与真空盒中线圈内侧固定导板相配合的导轨。安装时，下铁芯通过铁芯底板固定安装于地面支撑台上，作为远程维护时线圈装配体及上铁芯的安装基准，线圈装配体安装到位后，上铁芯通过导轨和固定导板的导向作用安装嵌入线圈中。

所述上铁芯的横向部顶面还设有第二吊环，便于二极磁铁设备远程维护时，对上铁芯进行吊装。

所述导向机构包括第一纵向导板、第二纵向导板、第三纵向导板、第一横向导板和第二横向导板，第一纵向导板和第二纵向导板分别设于第一侧铁芯的两侧并延伸至下铁芯外侧，第三纵向导板设于第二侧铁芯的一侧并延伸至下铁芯外侧；第一纵向导板的下部一侧设有第一横向导板，第一纵向导板与第一横向导板之间形成位于铁芯装配体一侧的L型结构；第二纵向导板和第三纵向导板的下部之间设有第二横向导板，第二纵向导板、第二横向导板和第三纵向导板之间形成位于铁芯装配体另一侧的“凹”型结构；第一纵向导板、第二纵向导板、第三纵向导板与线圈装配体的相接处分别设有导轨。组成导向机构的各导向板均采用Q235碳钢材料制作，使用时，导向机构对远程吊装的线圈装配体和上铁芯进行安装位置导向，确保线圈装配体和上铁芯能重复高精度安装至目标位置。

上述高辐射区远程维护用的二极磁铁设备安装时，铁芯装配体中的下铁芯通过铁芯底板设于地面支撑台上，作为远程维护时的安装基准，导向机构安装于下铁芯、第一侧铁芯和第二侧铁芯的外侧，与地面支撑台焊接固定，线圈装配体通过导向机构安装至下铁芯中，然后在线圈装配体上嵌入上铁芯，线圈上的冷却水路呈迷宫状延伸至普仪隧道屏蔽体外部，最后进行在冷却水路的两端进行进水配水器和出水配水器的联接和固定，实现磁铁冷却水路连接。当需要进行远程维护时，在导向机构的导向作用下，对上铁芯和旧线圈装配体依次实施导向拆卸，然后再将新线圈装配体和上铁芯依次实施导向安装。

本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：

本高辐射区远程维护用的二极磁铁设备通过设置相对独立的线圈装配体和铁芯装配体，避免了采用传统磁铁设备中线圈和铁芯为一体式固定结构的形式，可便于二极磁铁设备的维护或局部更换，实现远程操作，适用于高辐射区域内设备的定位安装，避免操作人员长时间暴露于高辐射环境中，提高操作的安全性。

本高辐射区远程维护用的二极磁铁设备结构简单，使用方便，由于铁芯装配体的耐辐射寿命相比线圈装配体的耐辐射寿命要长的多，因此，通过设置相对独立的线圈装配体和铁芯装配体，一方面可以便于二极磁铁设备的维护或局部更换，另一方面可以有效减少设备维护的成本，实现有针对性的零部件更换。

本高辐射区远程维护用的二极磁铁设备中，通过在铁芯装配体和线圈装配体之间设置导向机构并固定安装于地面支撑台上，在上铁芯和线圈装配体之间也设置导向元件，可有效减少线圈装配体和上铁芯导向时对下铁芯、第一侧铁芯、第二侧铁芯等部件的作用力，同时提高线圈装配体和上铁芯安装基准的位置精度。

本高辐射区远程维护用的二极磁铁设备中，导向机构的导向精度可达到±0.5mm，可有效确保维护时，远程吊装线圈装配体和上铁芯时的位置偏差不超过±1mm，且水平度高于1mm，避免出现线圈装配体被导向机构卡死而无法顺利安装的现象发生。

附图说明

图1为本二极磁铁设备的整体结构示意图。

图2为本二极磁铁设备中拆卸上铁芯后的结构示意图。

图3为本二极磁铁设备中拆卸线圈装配体后的结构示意图。

图4为线圈装配体中单个线圈的结构示意图。

图5为线圈装配体中真空盒的结构示意图。

图6为体5中真空盒去除固定导板后的结构示意图。

上述各图中，各附图标记所示部件如下：1为线圈，2为真空盒，3为冷却水路，4为进水配水器，5为出水配水器，6为束流通道，7为固定导板，8 为第一吊环，9为上铁芯，10为下铁芯，11为第一侧铁芯，12为第二侧铁芯， 13为铁芯底板，14为导轨，15为第一纵向导板，16为第二纵向导板，17为第三纵向导板，18为第一横向导板，19为第二横向导板，20为第二吊环。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

本实施例一种高辐射区远程维护用的二极磁铁设备，其整体结构如图1 所示，包括线圈装配体、铁芯装配体和导向机构，线圈装配体呈可拆卸式安装于铁芯装配体中部，铁芯装配体与线圈装配体的相接之处设有导向机构，导向机构沿竖直方向引导线圈装配体进行拆卸或安装。其中，铁芯装配体的底部安装于地面支撑台面上，作为远程维护时的安装基准。

各组成机构的具体结构如下：

如图3～图6所示，线圈装配体包括线圈1和真空盒2，真空盒整体呈H 型，设有上部安装空间和下部安装空间，上部安装空间和下部安装空间内分别设置线圈。

线圈包括线圈导体和浇筑于线圈导体外部的环氧树脂，在环氧树脂的浇筑出口处向外延伸有与线圈导体连接的冷却水路3。其中，线圈导体由无氧铜 TU1导体绕制形成，然后在其外部采用环氧树脂材料浇筑固化，从而形成线圈的整体结构(该制作方式与传统线圈相同)。线圈作为铁芯的励磁回路，其绝缘可靠性决定了磁铁运行的可靠性，但目前来说，线圈固化的绝缘材料采用环氧树脂，其耐辐射寿命较短易损坏，因此，线圈装配体就常常需要进行维护或更换。线圈导体为一种空心导体，其截面呈内圆外方状，内圆的直径为8mm，方形外边长为16mm，空心导体的内部与冷却水路连通，由冷却水路循环通入去离子水以用于冷却线圈，以便将线圈的温升幅度限制在额定范围内。冷却水路呈迷宫状延伸至普仪隧道屏蔽体外部(如图1或图4所示)，可方便工作人员在屏蔽体外部对线圈进行检漏和维修，而迷宫状的冷却水路，可有效避免屏蔽体内部的辐射直通至隧道外部；冷却水路的末端还设有进水配水器4和出水配水器5，进水配水器和出水配水器均位于屏蔽体外部，冷水用的去离子水从进水配水器进入冷却水路，对线圈进行冷却后，从出水配水器送出，形成一个回路。其中，进水配水器由内径为50mm的空心进水总管分支出16支内径为 8mm的进水支管，并分别与线圈导体连通；出水配水器由内径为50mm的空心出水总管分支出4支直径为20mm的出水支管，每一个出水支管上设置一个流量开关，利用流量开关将每一个出水支管再分支出4支内径为8mm的出水分支管，并分别与线圈导体连通，通过各出水分支管，可监控线圈的冷却水路是否出现堵塞或未给水等问题。

如图5或图6所示，真空盒的中部设有束流通道6，上部安装空间和下部安装空间对称分布于束流通道的上下两侧，线圈安装于上部安装空间或下部安装空间后，线圈内侧还设有固定导板7(如图5所示)，固定导板的上下两端分别与真空盒连接。真空盒由316L不锈钢材料焊接形成，真空盒的顶部还设有第一吊环8(如图1或图2所示)。线圈与真空盒固定安装后，线圈装配体作为一个整体进行远程安装或拆卸，当二极磁铁设备需要进行远程维护或更换时，可通过第一吊环将线圈装配体吊装，进行远程操作。

如图2或图3所示，铁芯装配体包括上铁芯9、下铁芯10、第一侧铁芯11、第二侧铁芯12和铁芯底板13，上铁芯和下铁芯对称设置，且上铁芯和下铁芯的两侧分别设置第一侧铁芯和第二侧铁芯，下铁芯底部通过铁芯底板安装于地面支撑台上。上铁芯和下铁芯分别呈T型，包括相连接的横向部和纵向部，线圈装配体安装后，横向部位于线圈装配体的顶部或底部，纵向部嵌入线圈装配体中。其中，上铁芯、下铁芯、第一侧铁芯和第二侧铁芯分别采用DT4 铁材料加工制作，上铁芯和下铁芯的纵向部两侧面还分别设有与真空盒中线圈内侧固定导板相配合的导轨14。安装时，下铁芯通过铁芯底板固定安装于地面支撑台上，作为远程维护时线圈装配体及上铁芯的安装基准，线圈装配体安装到位后，上铁芯通过导轨和固定导板的导向作用安装嵌入线圈中。上铁芯的横向部顶面还设有第二吊环20，便于二极磁铁设备远程维护时，对上铁芯进行吊装。

如图1或图3所示，导向机构包括第一纵向导板15、第二纵向导板16、第三纵向导板17、第一横向导板18和第二横向导板19，第一纵向导板和第二纵向导板分别设于第一侧铁芯的两侧并延伸至下铁芯外侧，第三纵向导板设于第二侧铁芯的一侧并延伸至下铁芯外侧；第一纵向导板的下部一侧设有第一横向导板，第一纵向导板与第一横向导板之间形成位于铁芯装配体一侧的L型结构；第二纵向导板和第三纵向导板的下部之间设有第二横向导板，第二纵向导板、第二横向导板和第三纵向导板之间形成位于铁芯装配体另一侧的“凹”型结构；第一纵向导板、第二纵向导板、第三纵向导板与线圈装配体的相接处分别设有导轨。组成导向机构的各导向板均采用Q235碳钢材料制作，使用时，导向机构对远程吊装的线圈装配体和上铁芯进行安装位置导向，确保线圈装配体和上铁芯能重复高精度安装至目标位置。

上述高辐射区远程维护用的二极磁铁设备安装时，铁芯装配体中的下铁芯通过铁芯底板设于地面支撑台上，作为远程维护时的安装基准，导向机构安装于下铁芯、第一侧铁芯和第二侧铁芯的外侧，与地面支撑台焊接固定，线圈装配体通过导向机构安装至下铁芯中，然后在线圈装配体上嵌入上铁芯，线圈上的冷却水路呈迷宫状延伸至普仪隧道屏蔽体外部，最后进行在冷却水路的两端进行进水配水器和出水配水器的联接和固定，实现磁铁冷却水路连接。当需要进行远程维护时，在导向机构的导向作用下，对上铁芯和旧线圈装配体依次实施导向拆卸，然后再将新线圈装配体和上铁芯依次实施导向安装。

如上所述，便可较好地实现本发明，上述实施例仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围；即凡依本发明内容所作的均等变化与修饰，都为本发明权利要求所要求保护的范围所涵盖。