冷媒传输耦合装置测试系统的制作方法

1.本实用新型涉及冷媒传输耦合装置的实验设备技术领域，具体来说是一种冷媒传输耦合装置测试系统。


背景技术：

2.自1986年高温超导材料发现以来，高温超导材料发展快速并引起了世界许多国家的跟踪发展，超导线材的发展及应用领域正越来越广泛，如超导限流器、超导电缆、超导电机、超导磁储能等。
3.其中，超导电机相对于普通电机具有诸多优点，是电机的未来发展方向之一。目前超导电机大部分都处于研发阶段，由于超导性能的特殊性，因此现在有很多测试相关特殊性的试验装置，例如公开号为cn102495263a，公开日为2012年6月13日，实用新型名称为“一种高温超导电机磁体性能试验装置”的中国专利文献，该试验装置包括导磁侧板和导磁圆弧顶板：两块导磁侧板成“v”形角，与导磁圆弧顶板构成导磁回路：所述导磁侧板、导磁圆弧顶板及两端的不锈钢端板构成真空容器：不锈钢端板上有抽真空接口：所述真空容器内设有热交换器，该热交换器通过绝热螺柱与导磁圆弧顶板连接：导磁圆弧顶板上设有与冷媒容器或制冷机联通的冷媒进出接口。该装置主要是针对超导电机磁体性能做的试验，没有针对冷却系统的任何测试。
4.但是根据超导的特殊性，超导电机需要在低温环境下才可以实现超导态的无阻载流，因此制冷系统在很大程度上关系着整个系统的可行性与可靠性，是超导电机的关键技术之一。目前，己知的高温超导旋转组件1-2冷却方式主要有以下三种：
5.1、将高温超导磁体直接浸泡于液氮或过冷液氮中，此种方法直接简单，安全可靠。但是受制于低温容器本身的漏热及电流引线传导热，需要不停的补充液氮，且磁体工作温度在77k左右，无法满足30k温区的要求。
6.2、通过低温制冷机直接传导冷却超导磁体，此种方法简单直接，但是无法运用于旋转的超导电机旋转组件1-2上，尤其是线速度较高的情形。
7.3、采用冷氦气作为冷媒。冷氦气在超导磁体工作温区不发生相变，可采用专用泵作为循环动力，尤其适用于超导电机旋转组件1-2常温轴方案，是高温超导电机低温系统冷媒的已知最佳选择。采用冷氦气作为冷媒，需利用冷媒传输耦合装置作为超导电机低温系统与旋转组件1-2之间的动、静过渡，冷媒传输耦合装置在动、静过渡部位采用非接触式密封，而非接触式密封存在不可避免的“短路”旁通流量。由于低温氦气成本高，一定量的低温氦气的利用率可影响超导电机的体量。如1kg的低温氦气利用率只有 50％的情况下，只能对体量小的超导电机进行降温，而1kg低温氦气利用率为90％时，可对更大体量的超导电机体量进行降温。因此，需要知道冷媒传输耦合装置在低温、旋转条件下的传输效率，以利于冷媒传输耦合装置的设计及改进。因此准确测量冷媒传输耦合装置的传输性能对超导电机具有重要意义。
8.公开号为cn104502843b公开的一种超导低温旋转实验台的实用新型专利，其设计
的旋转试验台为单端旋转，测试超导电机在旋转状态下超导材料、包扎材料等的状态，虽然也是测试低温状态下的超导电机，不适用对冷媒传输耦合装置的内漏率测试。


技术实现要素：

9.本实用新型所要解决的技术问题在于如何提供一种针对低温下旋转件(即冷媒传输耦合装置)内漏率的测试装置。
10.本实用新型通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：
11.冷媒传输耦合装置的测试系统，冷媒传输耦合装置包括静止组件(1-1)、旋转组件 (1-2)，所述静止组件(1-1)同轴套设在旋转组件(1-2)内；所述静止组件(1-1) 开设有第一冷媒通路(10)和第二冷媒通路(20)，所述第一冷媒通路(10)为进气通路，第二冷媒通路(20)为回气通路；
12.测试系统包括第一真空仓、第二真空仓；
13.所述第一真空仓与所述静止组件(1-1)可拆卸密封固定；所述第一真空仓至少一端为波纹管(111)，冷媒供应系统的进气管(50)和回气管(60)分别与第一冷媒通路 (10)a端、第二冷媒通路(20)b端连接，且接头位于压缩波纹管(111)后的第一真空仓裸露段内；
14.所述旋转组件(1-2)通过密封转动固定在第二真空仓的一端，所述第一冷媒通路 (10)a’端、第二冷媒通路(20)b’端位于第二真空仓内；
15.所述第二真空仓的另一端密封固定有长杆低温阀21，所述长杆低温阀21的进气端位于所述第二真空仓内，与第三冷媒通路(30)c端同轴固定，第三冷媒通路(30)c’端与旋转组件(1-2)的位于第二真空仓内的端部同轴固定且与第一冷媒通路(10)a’端连通；所述长杆低温阀21的出气口通过第四冷媒通路(40)与第二冷媒通路(20)b’端连通；
16.在所述进气管(50)和第三冷媒通路(30)上分别设置有加热组件31，在加热组件 (31)的上下游分别设置有温度传感器；
17.驱动机构驱动第二真空仓、长杆低温阀(21)、旋转组件(1-2)、第三冷媒通路(30)、第四冷媒通路(40)以所述旋转组件(1-2)的转轴转动。
18.本实用新型通过波纹管(111)的设计，可实现快速连接管路，且无需大幅度拆装设备，既保证设备的装配精度，又节约时间，提高工作效率。
19.采用长杆低温阀作为回气通路的转折点，能够模拟不同线圈转子冷却管路的流阻负载，满足不同型号待测对冷媒传输耦合装置的测试需求。
20.进一步的，所述第一真空仓包括第一真空管(11)、第三支架(12)；所述第一真空管(11)固定在第三支架(12)上；所述第一真空管(11)与静止组件(1-1)通过法兰盘密封固定；所述第一真空管(11)与静止组件(1-1)之间的法兰盘开设有第一通孔和第二通孔；所述第一冷媒通路(10)a端穿过第一通孔与所述进气管(50)连通，第二冷媒通路(20)b端通过第二通孔与回气管(60)连通；所述进气管(50)和回气管(60)分别从第一真空管(11)穿出与冷媒供应系统的出口、进口连通。
21.进一步的，还包括第一支撑机构、第二支撑机构、第二真空管(22)；
22.所述第一支撑机构包括第一支架(23)、第一轴承(24)；所述第二支撑机构包括第二支架(25)、第二轴承(26)；所述第二真空管(22)的两端分别通过第一轴承(24)、第二轴承(26)固定在第一支架(23)、第二支架(25)上；所述旋转组件(1-2)和长杆低温阀(21)分别与
第二真空管(22)的两端密封固定，形成所述第二真空仓。
23.进一步的，所述第二真空管(22)两端分别通过第一安装座(222)、第二安装座(223) 与第一支撑机构、第二支撑机构转动固定；所述第二真空管(22)两端具有第一法兰盘 (224)；所述第一安装座(222)、第二安装座(223)分别固定在对应第一轴承(24)、第二轴承(26)的轴承孔中，且朝向第一法兰盘(224)的一端具有第二法兰盘(225)；所述第二真空管(22)通过第一法兰盘(224)与第二法兰盘(225)密封固定；所述第一安装座(222)、第二安装座(223)分别开设有用于密封固定旋转组件(1-2)、长杆低温阀(21)的安装位；所述驱动机构驱动第二安装座(223)转动，从而带动第二真空管(22)、第一安装座(222)、第二安装座(223)、长杆低温阀(21)、旋转组件(1-2)、第三冷媒通路(30)、第四冷媒通路(40)同轴转动。
24.进一步的，所述第二法兰盘(225)的圆周朝向第一法兰的方向延伸出环形凸缘(226)；第一法兰盘(224)限位在环形凸缘(226)内。
25.进一步的，所述第一法兰盘(224)的圆周为倒角设计。
26.进一步的，所述第一法兰盘(224)与第二法兰盘(225)之间设置有至少一道密封圈。
27.进一步的，所述第四冷媒通路(40)包括环形管(401)和两根直管(402)；所述环形管(401)通过连接管与长杆低温阀(21)的出气口连通；两根所述直管(402)的一端分别与环形管(401)连通，另一端分别与第二冷媒通路(20)的b’端连通。
28.进一步的，两根所述直管(402)分别固定在所述环形管(401)的直径两端。
29.进一步的，在所述第二真空管(22)内，还固定有两根稳定杆(29)，两根所述直管(402)分别通过稳定架与对应位置的稳定杆(29)固定。
30.进一步的，还包升降支撑机构；所述升降支撑机构包括升降架(41)、滚筒(42)；所述升降架(41)固定在工作台(100)上，滚筒(42)转动固定在所述升降架(41) 的顶部，位于第二真空管(22)的下方。
31.进一步的，所述升降架(41)包括气缸(411)、底座(412)；所述气缸(411)的缸座固定在工作台(100)上，输出端朝上，所述底座(412)固定在输出端部，滚筒(42) 转动固定在底座(412)的上表面。
32.进一步的，还包括套管(27)；所述套管(27)两端分别与第二安装座(223)、驱动电机28输出轴同轴固定；所述长杆低温阀(21)的阀座位于套管(27)内。
33.进一步的，所述套管(27)的管体上开有观察窗。
34.进一步的，所述输出轴与套管(27)之间采用柔性联轴器连接。
35.进一步的，还包括第四支撑机构，所述第四支撑机构包括第四支架(36)、第四轴承(37)；所述输出轴通过第四轴承(37)转动固定在第四支架(36)上，所述输出轴、套管(27)、第二安装座(223)、长杆低温阀(21)、旋转组件(1-2)、第三冷媒通路(30)、第四冷媒通路(40)保持同轴。
36.进一步的，还包括工作台(100)；在所述工作台(100)上设置有轨道(1001)；所述第一支架(23)、第二支架(25)、第四支架(36)滑动固定在轨道(1001)上。
37.本实用新型的优点在于：
38.a.本实用新型通过波纹管组件及滑移轨道的设计，可实现快速拆卸冷媒连接管路，且无需大幅度拆装设备，即可快速更换静止组件，实现不同待测样品的快速更换，既保
证设备的装配精度，又节约时间，提高工作效率。
39.b.采用长杆低温阀作为回气通路的转折点，既能够根据需求演示不同开度,模拟不同转子的流动阻力负载，又能够随同系统一起转动实现不同转速的模拟，满足不同型号待测对冷媒传输耦合装置的测试需求。
40.c.利用在第二真空管内设置的环形管和直管形成的回气通路，可使气流顺畅转向，减少湍流，另外通过稳定杆的设计，进一步减少管路在旋转过程中的振动。
41.d.通过在工作台式的轨道设计，可实现第二支撑机构、第四支撑机构携带其上的所有部件以及第二真空管向一侧运动，从而使第二真空管内的部件裸露，可方便的更换安装、拆卸、维修第二真空仓内的管路及电气元件；实现了测试系统的整体结构稳定性和完整性不受上述操作的影响，避免了频繁拆装破坏各个部件之间的同轴度及装配精度。
42.e.凸缘的设计可进一步提高密封效果，第一法兰盘上的倒角设计，为第一法兰盘与凸缘的装配提供导向面，便于装配。
43.f.采用导电滑环，可实现转动状态下的信号输出，避免转动对复杂信号线带来的影响。尤其是套管的采用，既为长杆低温阀提供放置空间，又能作为电机的传动件，尤其是温度传感器的信号线可固定在套管内与导电滑环的内环连接，信号线随同套管一起转动，不会对旋转造成影响。
附图说明
44.图1为本实用新型实施例1中测试系统的整体结构示意图；
45.图2为本实用新型实施例1中测试系统沿其长度方向的剖视图；
46.图3为图2中m1部分放大结构示意图；
47.图4为图2中m2部分放大结构示意图；
48.图5为图2中m3部分放大结构示意图；
49.图6为图4中n部放大结构示意图；
50.图7为图6中p部放大结构示意图。
具体实施方式
51.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
52.实施例1
53.本实施例公开一种冷媒传输耦合装置的测试系统，如图3、图4所示，冷媒传输耦合装置包括静止组件1-1、旋转组件1-2，静止组件1-1同轴套设在旋转组件1-2内；静止组件1-1开设有第一冷媒通路10和第二冷媒通路20，第一冷媒通路10为进气通路，第二冷媒通路20为回气通路，第二冷媒通路20为套设在第一冷媒通路10外的环形通路，与第一冷媒通路10同轴。
54.测试系统包括第一真空仓、第二真空仓；
55.如图1所示，本实施例中，第一真空仓包括第一真空管11、第三支架12；第一真空管11包括波纹管111(一般采用不锈钢316l波纹管)和金属管112，金属管112固定在第三支架12上。波纹管111与金属管112通过法兰密封固定，金属管112的另一端与冷媒供应系统密封连接形成真空侧。
56.如3所示，波纹管111与静止组件1-1之间通过法兰盘固定，法兰盘可采用卡钳密封固定，从而使第一真空管11密封形成第一真空仓；波纹管111与静止组件1-1之间的法兰盘开设有第一通孔和第二通孔；第一冷媒通路10的a端穿过第一通孔与进气管 50连通，第二冷媒通路20的b端通过第二通孔与回气管60连通，且管路接头位于压缩波纹管111后的第一真空仓裸露段内。进气管50和回气管60分别从金属管112穿出与冷媒供应系统的出口、进口连通。测试前，可通过压缩波纹管111，裸露操作面，无需拆卸整个真空管即可实现管路的连接，连接完成后将波纹管111与静止组件1-1的法兰盘用卡钳密封固定即可。当测试结束后，解除波纹管111与静止组件1-1的密封固定关系，压缩波纹管111，将管路接头裸露即可操作解除待测对冷媒传输耦合装置与冷媒供应机构的连接关系。本实施例中，第一真空管11可以通过波纹管111端与静止组件1-1 密封固定，也可以通过金属管112端与静止组件1-1密封固定，只要管路的接头位于压缩波纹管111后的裸露段内即可。
57.如图4、图5、图6所示，旋转组件1-2密封转动固定在第二真空仓的一端，第二真空仓的另一端密封固定有长杆低温阀21。第一冷媒通路10a’端、第二冷媒通路20b’端位于第二真空仓内；长杆低温阀21的进气端位于第二真空仓内，与第三冷媒通路30c 端同轴固定，第三冷媒通路30c’端与旋转组件1-2的位于第二真空仓内的端部同轴固定且与第一冷媒通路10a’端同轴连通；长杆低温阀21的出气口通过第四冷媒通路40 与第二冷媒通路20b’端连通。具体结构如下：
58.第二真空仓包括第二真空管22，一般为金属管，第二真空管22通过第一支撑机构、第二支撑机构支撑固定且实现密封和旋转。
59.第一支撑机构包括第一支架23、第一轴承24；第二支撑机构包括第二支架25、第二轴承26；第二真空管22的两端分别通过第一安装座222、第二安装座223与第一支撑机构、第二支撑机构固定；具体的，第二真空管22两端具有第一法兰盘224；第一安装座222、第二安装座223分别固定在第一轴承24、第二轴承26的轴承孔中，且朝向第一法兰盘224的一端具有第二法兰盘225；第二真空管22通过第一法兰盘224与第二法兰盘225密封固定；第一安装座222、第二安装座223分别开设有用于密封固定旋转组件1-2、长杆低温阀21的安装位。第二真空管22、第一安装座222、第二安装座223 以及旋转组件1-2、长杆低温阀21的密封固定结构形成第二真空仓。驱动机构驱动第二安装座223转动，从而带动第二真空管22、第一安装座222、长杆低温阀21、旋转组件 1-2、第三冷媒通路30、第四冷媒通路40同轴转动。本实施例中，第一安装座222、第二安装座223结构相同，均为一端开口，一端封闭的中空圆柱体；第二法兰盘225设在第一安装座222/第二安装座223的开口处。
60.本实施例中，如图7所示，第二法兰盘225的圆周朝向第一法兰的方向延伸出环形凸缘226；第一法兰盘224限位在环形凸缘226内。通过凸缘226的设置，一方面方便限位安装第一法兰盘224，另一方便凸缘226的直角可进一步提高密封效果。第一法兰盘224的圆周为倒角设计，倒角面形成导向面227，便于顺利插入凸缘226内。第一法兰盘224与第二法兰盘225之间设置有至少一道密封圈。
61.如图5所示，本实施例中，第四冷媒通路40包括环形管401和两根直管402；环形管401通过连接管与长杆低温阀21的出气口连通；两根直管402的一端分别与环形管 401连通，另一端分别与第二冷媒通路20的b’端连通。环形管401的设计可使回气气流换向顺畅，避免湍流。本实施例中两根直管402分别固定在环形管401的直径两端，可以更好的分散回气气流，减少管路振动。
62.由于长杆低温阀21的阀座位于第二真空仓外，为了保持同轴度，本实施例通过设置的套管27作为传动件，具体结构为：套管27两端分别与第二安装座223、驱动电机 28输出轴同轴固定；长杆低温阀21的阀座位于套管27内。套管27的管体上开有观察窗。
63.本实施例中，如图3、图5所示，在进气管50和第三冷媒通路30上分别设置有加热组件31，在加热组件31的上下游分别设置有温度传感器(图中未示出)；根据进入冷媒传输耦合装置前和后的冷媒温度差可计算出冷媒损失量。本实施了中的加热组件31 为在对应管路上缠绕加热丝。位于第二真空仓内的加热丝导线利用气密封真空连接器从第二安装座223穿出与电源电性连接。
64.本实施例中的信号传输方式为：如图5所示，信号传输组件包括导电滑环33、密封固定在第二安装座223上的气密封真空插座34；导电滑环33包括外环、内环；内环套设固定在驱动电机28的输出轴上；位于第二真空仓内的温度传感器32信号线及加热组件31电缆线通过气密封真空插座34与内环电性连接，外环与控制柜电性连接。输出轴与套管27之间采用柔性联轴器(图中未示出)连接，减少振动。其中，驱动电机28的输出轴转动固定在第四支撑机构上。第四支撑机构包括第四支架36、第四轴承37；输出轴通过第四轴承37转动固定在第四支架36上，内环套设在输出轴上，外环与第四支架36固定；输出轴、内外环、套管27、第二安装座223、长杆低温阀21、旋转组件1-2、第三冷媒通路30、第四冷媒通路40保持同轴。这里需要说明的是，由于第一真空管11 无需转动，所以位于第一真空管11内的温度传感器32传输线及加热组件的电缆线可直接通过第一真空管11上的气密封真空插座与控制柜电性连接。本实施例中，驱动电机 28固定在第四支架的工作台上，通过带轮带动输出轴转动，该结构为常规结构，不再详述。
65.第二安装座223上还开设有抽真空口2231，用以对第二真空仓进行抽真空。
66.实施例2
67.如图5所示，本实施例在实施了1的基础上，在第二真空管22内，还固定有两根稳定杆29，两根直管402分别通过稳定架与对应位置的稳定杆29固定，进一步提高了直管402的稳定，减少振动。
68.实施例3
69.在实施例1和实施例2的基础上，本实施例在工作台100上设置有轨道1001；第一支架23、二支架25、第四支架36滑动固定在轨道1001上。
70.拆卸波纹管后，将内部的管线接头拆除，滑动第一支架23、第二支架25、第四支架36，即可将静止组件从旋转组件中抽出，从而实现无需拆卸即可实现测试系统的旋转端整体移动，实现了待测样品的快速便捷换样；
71.同时，将第二真空管22与第一支架23解除固定关系，滑动第二支架25、第四支架 36，即可带动第二真空管22及与第二支架25、第四支架36固定的所有部件一起移动，使第二真空仓内管路裸露，可方便的更换安装、拆卸、维修第二真空仓内的管路及电气元件。
72.第一支架23、第二支架25、和第四支架36的底部设置有滑块，滑块限位在轨道1001 内，从而实现滑动连接。当第一支架23、第二支架25、第四支架36滑动到设定位置时，可通过螺栓将滑块与轨道1001固定死，避免测试时的高速转到使第一支架23、第二支架25、第四支架发生位移。滑块与轨道1001的固定结构为常规结构，不再详述。
73.实施例4
74.如图4所示，在实施例3的基础上，本实施例还设置了升降支撑机构；升降支撑机构包括升降架41、滚筒42；升降架41固定在工作台100上，滚筒42转动固定在升降架41的顶部，位于第二真空管22的下方。升降架41包括气缸411、底座412；气缸411 的缸座固定在工作台100上，输出端朝上，底座412固定在输出端部，滚筒42转动固定在底座412的上表面。本实施例中，由于第二真空管22较长且自重大，所以升降支撑机构设置两个，当第二支架25带动第二真空管22移动时，先通过气缸411将滚轮升至第二真空管22下方与第二真空管22接触，从而在第二真空管22移动时提供支撑，避免第二真空管22太长太重(单悬臂结构)造成与第二轴承26安装结构上破坏。
75.实施例5
76.在实施例4的基础上，本实施例提供一种测试方法：
77.步骤1、推动第二支架25，带动第二真空管22远离第一支架23，使第一安装座222 裸露；将旋转组件固定在第一安装座222内；
78.将长杆低温阀21、第三冷媒通路30、第四冷媒通路40组装完毕，并在第三冷媒通路30上安装加热组件31和温度传感器32，将以上部件与旋转组件1-2连接，缓慢推动第二支架25，将第二真空管22靠近第一支架23，将第二真空管22与第一安装座222 密封安装，同时将长杆低温阀21阀头从第二安装座223中穿出且密封，并将该温度传感器32的传输线从第二安装座223穿出，至此，完成m2段的安装；
79.步骤2、压缩波纹管111，将静止组件与进出气管连接，并在进气管50上安装加热组件31和温度传感器32，连接完毕后将波纹管111与静止组件1-1密封固定，同时将管本体112与冷媒供给装置密封连接形成真空侧，至此，完成m1段安装；
80.步骤3，安装好电机28、柔性联轴器、输出轴等，完成m3段安装；
81.步骤4，移动第四支架36，将m2与m3段连接固定(输出轴与套管27螺栓连接)，
82.步骤5，随后移动m2与m3，将m1中的静止组件缓慢插入m2中的旋转组件，然后将第一支架23、第二支架25、第四支架36通过螺栓固定在工作台100上。
83.步骤6、对第一真空仓、第二真空仓抽真空；
84.步骤7、启动冷媒供应，启动驱动电机28驱动第二真空仓、长杆低温阀(21)、旋转组件(1-2)、第三冷媒通路(30)、第四冷媒通路(40)以所述旋转组件(1-2)的转轴转动。
85.步骤8，选取合适的加热功率，开启进气管(50)和第三冷媒通路(30)上的加热器，待系统温度稳定后，读取上述两处的温差，利用温差法，计算出冷媒传输耦合装置的传输量与传输效率，从而对冷媒传输耦合装置进行评价。
86.步骤9，测试结束后逆向操作，拆卸对冷媒传输耦合装置。
87.以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些
修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。