一种抗高过载电动悬浮车载低温系统及使用方法

本发明涉及超导磁体低温系统领域，具体涉及一种磁悬浮用抗高过载电动悬浮车载低温系统及使用方法。

背景技术：

1、高速磁浮系统研发是交通创新发展的技术方向。根据采用的超导线材的临界温度差异，车载超导磁体可以划分为低温超导磁体和高温超导磁体。其中，第二代高温超导带材绕制的高温超导磁体具有较高的临界温度和安全裕度，被认为是最有前景的车载高温超导磁体。目前，高温超导磁体的临界温度已经可以达到92 k，在液氮的环境中即可进入工作状态，这使得高温超导磁体的应用难度大大降低。超导电动悬浮列车可以有效减小接触摩擦造成的机械损耗，极大地提高了设备的运行效力和使用年限。同时，超导电动悬浮具有运行速度快、悬浮间隙大、安全系数高等优点，被认为是最有前景的超高速铁路交通方式。

2、为了给高温超导磁体提供低温的工作环境，通常采用制冷机传导冷却和液氦浸泡的方式。但是，采用制冷机冷却会大幅提高系统的重量和体积，难以适应车载动态环境，且磁体内部存在较大的温度梯度，并且不能脱离电源独立运行，不能满足电动悬浮的实际运行需求；采用液氦浸泡冷却的方法液氦消耗量大，成本较高，且液氦回收系统结构十分复杂。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明提供了一种抗高过载电动悬浮车载低温系统及使用方法，该具有冷却效率高、温度均匀性好、使用成本低等优点，同时，该系统可以抗冲击、抗高过载，有效提升了磁体在运行过程中的稳定性。

2、为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

3、一种抗高过载电动悬浮车载低温系统，包括外杜瓦模块、制冷模块、支撑模块、固氮腔模块；所述制冷模块中的制冷机与外杜瓦相连接，固定在外杜瓦上；所述支撑模块连接外杜瓦模块和固氮腔模块，将固氮腔模块支撑在低温系统内部；所述固氮腔模块包括固氮腔，所述固氮腔在支撑杆件穿过的位置增加空心柱，在对超导磁体限位的同时，使固氮腔与支撑杆件不接触，有效地减小低温系统的传导漏热；所述支撑模块包括8个双锥支撑，采用8点支撑的设计，利用双锥支撑这种特殊的悬臂结构，把固氮腔固定在低温系统内部，使得低温系统在冲击、高过载的工况下更加稳定；同时，在双锥支撑的表面开有散热孔，减小低温系统传导漏热并加快低温系统内部散热。

4、进一步地，所述外杜瓦模块主要由外杜瓦、冷规、输液管、电流引线、航空插座、支撑杆件构成。所述外杜瓦由“凹”型壳和盖板组成，整体成“凸”形，可以保证系统在不同工况下的稳定性。所述冷规通过焊接法兰和法兰卡箍固定在外杜瓦上。所述输液管、电流引线、航空插座焊接在外杜瓦表面上。

5、进一步地，所述外杜瓦材料为铝合金6061。

6、进一步地，所述支撑杆件为空心管结构，贯穿低温系统前后，主要用于平衡低温系统内外气压，减小外杜瓦因大气压强发生的形变，并且固氮腔在支撑杆件穿过的位置增加空心柱，在对超导磁体限位的同时，使固氮腔与支撑杆件不接触，有效地减小了低温系统的传导漏热。

7、进一步地，所述支撑杆件的材料为钛合金。

8、进一步地，所述制冷模块主要由制冷机和外导冷结构组成。

9、进一步地，所述制冷机安装在外杜瓦上，相连部分安有密封圈，保证连接紧密。制冷机为整个系统提供冷量。

10、进一步地，所述制冷机使得超导磁体的工作温度为25 k至66 k。

11、进一步地，所述外导冷结构与制冷机冷头相连，紧贴固氮腔表面，把制冷机产生的冷量传递到固氮腔上。

12、进一步地，所述外导冷结构的材料为铜。

13、进一步地，所述支撑模块由8个双锥支撑组成，双锥两侧法兰设有安装孔，使得双锥两侧可以分别固定在固氮腔和外杜瓦上，以此连接外杜瓦，支撑固氮腔。双锥支撑对系统的稳定性起主要作用。

14、进一步地，所述双锥支撑开有散热孔，可以有效减小传导漏热和加快散热。

15、进一步地，所述双锥支撑材料为钛合金。

16、进一步地，所述固氮腔主要由内导冷、磁体顶紧结构和冷桥组成，固氮腔内安装有高温超导磁体，是储存固氮的容器。

17、进一步地，所述固氮腔的材料为铝合金6063。

18、进一步地，所述内导冷和外部导冷结构相连，传导制冷机产生的冷量，为固氮腔内部的磁体和固氮降温。

19、进一步地，所述内导冷结构的材料为铜。

20、进一步地，所述磁体顶紧结构包括端板、直线段顶紧和圆弧段顶紧，分别用于顶紧超导磁体表面、直线段和圆弧段。超导磁体一侧用端板顶紧，另一侧紧贴固氮腔，减小了低温系统的尺寸和重量。

21、进一步地，所述磁体顶紧结构的材料为304不锈钢。

22、进一步地，所述冷桥用于连接两组高温超导磁体，提到冷却效率的同时提高系统的温度均匀性，并且，在冲击、高过载的工况下也可以有效避免热分离现象。

23、进一步地，所述冷桥的材料为铝合金6063。

24、进一步地，支撑模块的双锥两侧法兰采用了不同的设计方案，双锥外法兰有凸起与外杜瓦上的开口相连，固定在外杜瓦上；双锥内法兰与固氮腔上的凹槽相连，固定在固氮腔上；双锥支撑采用了强度较高的钛合金材料，在低导热率的同时保证系统的结构稳定。

25、和现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

26、（1）本发明设计的抗高过载电动悬浮车载低温系统，采用8点支撑的方法，提升了磁体在运行过程的稳定性；

27、（2）本发明设计的抗高过载电动悬浮车载低温系统，采用双锥支撑的方法，可以在冲击、高过载的工况下，保证系统平稳运行；

28、（3）本发明设计的抗高过载电动悬浮车载低温系统，在磁体之间加入冷桥，提高导冷效率的同时保证了系统的温度均匀性，在冲击时也可以减小热分离现象。

29、以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

1.一种抗高过载电动悬浮车载低温系统，其特征在于，包括外杜瓦模块、制冷模块、支撑模块、固氮腔模块；所述外杜瓦模块与制冷模块中的制冷机相连，将制冷机固定在外杜瓦模块上，为整个系统提供冷量；所述支撑模块连接外杜瓦模块和固氮腔模块，将固氮腔模块支撑在低温系统内部；所述固氮腔模块包括固氮腔（8），所述固氮腔（8）在支撑杆件（7）穿过的位置增加空心柱，在对超导磁体限位的同时，使固氮腔与支撑杆件不接触，有效地减小低温系统的传导漏热；所述支撑模块包括8个双锥支撑（9），采用8点支撑的设计，利用双锥支撑这种特殊的悬臂结构，把固氮腔固定在低温系统内部，使得低温系统在冲击、高过载的工况下更加稳定；同时，在双锥支撑（9）的表面开有散热孔，减小低温系统传导漏热并加快低温系统内部散热。

2.根据权利要求1所述的一种抗高过载电动悬浮车载低温系统，其特征在于，所述外杜瓦模块包括外杜瓦（1）、冷规（2）、液氮进出管（3）、电流引线（4）、航空插座（5）、支撑杆件（7）；所述外杜瓦（1）为整个系统的外壳，对低温系统起保护作用和隔绝部分外部热量，同时，为内部创造密闭的真空环境；所述冷规（2）、航空插座（5）通过法兰卡箍固定在外杜瓦（1）上，监测系统各项数据；所述液氮进出管（3）通过焊接固定在外杜瓦（1）上，用于输入和补充液氮；所述电流引线（4）固定在外杜瓦（1）上，用于磁体励磁；所述支撑杆件（7）为空心结构，贯穿低温系统前后，平衡低温系统内外大气压，减小外杜瓦（1）的形变。

3.根据权利要求1所述的一种抗高过载电动悬浮车载低温系统，其特征在于，所述制冷模块包括制冷机（6）、外导冷结构（201）；所述制冷机（6）固定在外杜瓦上，给整个系统提供冷量；所述外导冷结构（201）选用在低温下导冷效果较好的铜材料，连接制冷机（6）冷头，紧贴固氮腔（8）表面，传递制冷机产生的冷量。

4.根据权利要求1所述的一种抗高过载电动悬浮车载低温系统，其特征在于，所述固氮腔模块包括固氮腔（8）、内导冷（401）、磁体顶紧结构（402）、冷桥（403）；所述内导冷（401）连接固氮腔外的导冷结构（201），向固氮腔内部传递冷量；所述磁体顶紧结构（402）固定在固氮腔内部，用于限位和保护磁体；所述冷桥（403），连接两组超导磁体。

5.根据权利要求1所述的一种抗高过载电动悬浮车载低温系统，其特征在于，所述外杜瓦（1）采用的“凸”形设计，增加低温系统在不同工况下的稳定性，材料选用铝合金6061，在不牺牲强度的同时减小低温系统的重量。

6.根据权利要求1所述的一种抗高过载电动悬浮车载低温系统，其特征在于，所述双锥支撑（9）包括双锥外法兰（301）、双锥结构（302）和双锥内法兰 （303）；所述双锥外法兰（301）为连接外杜瓦（1）和双锥结构（302）的器件，双锥外法兰（301）有凸起与外杜瓦（1）上的开口相连，固定在外杜瓦（1）上；所述双锥结构（302）连接内外法兰，双锥结构（302）内部有开槽设计，可以有效减小地位系统的传导漏热，加快热量散发;所述双锥内法兰（303）为连接固氮腔（8）和双锥结构（302）的器件，固氮腔（8）表面开有凹槽，双锥结构（302）通过法兰固定在固氮腔（8）的表面。

7.如权利要求4所述的一种抗高过载电动悬浮车载低温系统，其特征在于，磁体顶紧结构（402）采用单侧顶紧的方案，另一侧紧贴固氮腔，磁体顶紧结构采用304不锈钢，单侧顶紧有效减小低温了系统的重量；所述冷桥（403）选用铝合金6063材料。

8.根据权利要求1-7之一所述的一种抗高过载超导磁体固氮低温系统的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：