仿星器窗口可插拔传输管线总成装置的制作方法

本技术属于仿星器，具体涉及一种仿星器窗口可插拔传输管线总成装置。

背景技术：

1、仿星器是一种磁约束聚变实验装置，其运行依赖于超导磁体产生的强磁场对等离子体进行约束。超导磁体需要在极低温度环境下工作，因此仿星器通常配备有低温恒温装置以提供并维持低温环境。仿星器内部还设有真空装置，用于维持等离子体约束所需的真空条件。低温恒温装置套设于真空装置外部，两者之间形成间隔空间，以实现温度梯度的过渡与隔离。

2、在仿星器运行过程中，需要通过输送管向真空装置内部输送冷却介质（例如液氦、氦气、液氮、4k超临界氦等低温介质），以维持超导磁体及相关部件（例如低温泵吸附板、限制器、光学保护靶等）的低温工况。为使输送管能够穿过低温恒温装置进入真空装置，通常在低温恒温装置的侧壁上开设窗口，并通过窗口颈管将低温恒温装置与真空装置连接，输送管穿设于窗口颈管内部，将冷却介质从外部输送至真空装置内部。

3、然而，在现有技术中，仿星器在通过输送管向真空装置的内部输送冷却介质时，仅通过窗口颈管对输送管进行隔热，窗口颈管同时承担结构连接与隔热两重功能。由于窗口颈管与输送管之间的隔热空间有限，且窗口颈管管壁本身构成热传导路径，热量能够通过窗口颈管管壁后传导至输送管内部，存在对输送管隔热效果差的技术问题。

技术实现思路

1、本实用新型的目的在于解决现有技术中仿星器在通过输气管向真空装置的内部输送冷却介质时，仅通过窗口颈管对输送管进行隔热，存在隔热效果差的技术问题。

2、为解决上述技术问题，本实用新型公开了一种仿星器窗口可插拔传输管线总成装置，仿星器包括低温恒温装置，以及设置于低温恒温装置内部的真空装置，低温恒温装置与真空装置之间的一对侧壁彼此相对地间隔设置，且低温恒温装置的侧壁上开设有窗口。

3、可插拔传输管线总成装置包括隔热管组、传输组件和隔热管。

4、具体的而言，隔热管组包括延伸设置于低温恒温装置与真空装置之间的窗口颈管，窗口颈管的一端固定于低温恒温装置与真空装置相对的一侧侧壁上且与窗口对齐、另一端固定于真空装置的相应一侧侧壁上；传输组件包括套设于窗口颈管内的输送管组，输送管组的一端穿过窗口伸出至低温恒温装置的外部、另一端穿过真空装置的侧壁伸入至真空装置的内部。

5、并且，隔热管套设于窗口颈管外周、内周与窗口颈管的外周具有径向间隔，并且，隔热管的一端固定安装于低温恒温装置的一侧侧壁、另一端固定安装于真空装置的相应一侧侧壁。

6、采用上述技术方案，通过在窗口颈管的外周增设隔热管，且隔热管内周与窗口颈管外周之间具有径向间隔，从而通过窗口径管和隔热管形成双层隔热结构。窗口颈管对输送管组提供第一层隔热，隔热管与窗口颈管之间的径向间隔形成第二层隔热空间，该隔热空间以及隔热管能够阻隔热量向窗口颈管的热传导路径，从而显著降低当仿星器在工作时，低温恒温装置内部的温度升高向窗口颈管的内部发生热泄漏的风险，进而降低了输送管组内部的冷却介质被加热的风险，使得输送管组能够可靠的输送冷却介质，对仿星器在工作时，内部的相关部件（例如低温泵吸附板、限制器、光学保护靶等）进行可靠的冷却降温。

7、由此可见，相较于现有技术中仅通过窗口颈管进行单层隔热的方案，本技术的双层隔热结构大幅提升了对输送管组的隔热效果，有助于提高仿星器在工作时的冷却效率和运行稳定性。另外，输送管组套设于窗口颈管内部，一端伸出至低温恒温装置外部、另一端伸入真空装置内部，实现冷却介质的传输的同时，隔热管和窗口颈管对输送管组形成内外双重热屏障，减少输送管组内部的冷却介质与外部环境之间的热交换，进一步保证了仿星器在工作时的冷却效率和运行稳定性。

8、进一步地，本实用新型的实施方式还公开了一种仿星器窗口可插拔传输管线总成装置，窗口颈管的一端的外周壁上设置有环形固定座，环形固定座固定于低温恒温装置的内壁面上；隔热管的一端固定于环形固定座的内侧、另一端固定安装于真空装置的相应一侧的内壁面上。

9、采用上述技术方案，通过在窗口颈管的一端的外周壁上设置环形固定座，通过环形固定座将窗口颈管的一端固定于低温恒温装置的内壁面上，利用环形固定座为窗口颈管提供可靠的轴向和径向定位基础，确保窗口颈管与窗口之间的对齐精度。

10、另外，环形固定座的内侧固定方式使隔热管更靠近窗口颈管，缩短了隔热管的安装路径，便于装配和后期维护。并且，环形固定座将窗口颈管和隔热管的固定点统一至环形固定座上，减少了独立固定结构的数量，简化了整体装配复杂度，同时环形固定座自身也对窗口颈管与低温恒温装置侧壁之间的连接区域起到结构补强作用，提升连接处的结构强度和密封性。

11、进一步地，本实用新型的实施方式还公开了一种仿星器窗口可插拔传输管线总成装置，窗口颈管的中部设置有伸缩部，伸缩部的径向尺寸大于窗口颈管的两端径向尺寸；并且，隔热管包括靠近低温恒温装置一侧且套设于伸缩部外周的第一隔热管体，以及靠近真空装置一侧的第二隔热管体。

12、其中，第一隔热管体的径向尺寸大于第二隔热管体的径向尺寸，且第一隔热管体与第二隔热管体彼此靠近的端部套接在一起；并且，沿窗口颈管的轴向，第二隔热管体上的外周壁上依次设置有多个紧固件，窗口颈管的外周面上设置有与多个紧固件一一对应的连接凸起，且每个连接凸起的顶端抵接于第二隔热管体的内壁面，各紧固件穿过第二隔热管体的管壁与对应的连接凸起固定连接。

13、采用上述技术方案，伸缩部设置于窗口颈管的中部且径向尺寸大于两端，为窗口颈管提供轴向伸缩补偿能力，能够吸收因真空装置的温度升高引起的侧壁膨胀变形，以及因低温恒温装置的温度升高引起的侧壁膨胀变形，防止窗口颈管在真空装置温度升高的工况下因热膨胀而产生过大应力弯折破损或连接处失效的问题。

14、另外，隔热管分为第一隔热管体和第二隔热管体两部分，第一隔热管体套设于伸缩部外周且径向尺寸较大，第二隔热管体径向尺寸较小，将第一隔热管体和第二隔热管体套接在一起的分段设计便于分别加工和装配，降低制造难度。并且，第二隔热管体通过紧固件与窗口颈管外周面上的连接凸起固定连接，连接凸起的顶端抵接于第二隔热管体的内壁面，使得第二隔热管体与窗口颈管之间的相对位置得到可靠约束，保证两者之间的径向间隔在装配和使用过程中保持稳定，避免因振动或温度变化导致第二隔热管体移位而影响隔热效果。

15、进一步地，本实用新型的实施方式还公开了一种仿星器窗口可插拔传输管线总成装置，伸缩部包括沿窗口颈管的轴向依次设置于窗口颈管中部且彼此间隔排列的多个波纹管体，各波纹管体以及窗口颈管的两端均为刚性管体。

16、并且，第一隔热管体与第二隔热管体彼此套接的端部设置有柔性连接件，柔性连接件围绕窗口颈管的周向布置于套接部位的内周。

17、采用上述技术方案，伸缩部由多个间隔排列的波纹管体构成，波纹管体能够沿轴向自由伸缩和弯曲，为窗口颈管提供柔性补偿能力，一方面能够有效吸收因真空装置的温度升高引起的侧壁膨胀变形以及装置运行时产生的振动位移，另一方面能够补偿窗口径管的另一端与低温恒温装置之间的安装误差。并且，设置波纹管体之间以及窗口颈管两端均为刚性管体，从而可保证窗口颈管在端部连接处的结构强度和刚度。

18、并且，多个波纹管体间隔排列的结构使得伸缩部的柔性补偿能力沿轴向分布更加均匀，避免单一波纹管段因变形过大而疲劳失效，延长窗口颈管的使用寿命。

19、另外，第一隔热管体与第二隔热管体套接部位的柔性连接件围绕窗口颈管周向布置于套接部位内周，在两段隔热管体之间形成柔性过渡，一方面通过柔性连接件使得两段隔热管体之间能够产生相对位移，从而能够适应因真空装置的温度升高引起的侧壁膨胀变形；另一方面在还可适应低温恒温装置的侧壁发生膨胀变形时，低温恒温装置侧壁的膨胀变形，降低第一隔热管体与第二隔热管体发生弯折失效的风险。

20、进一步地，本实用新型的实施方式还公开了一种仿星器窗口可插拔传输管线总成装置，第一隔热管体靠近第二隔热管体的一端形成有沿其径向向内延伸的环形限位部，第二隔热管体相应一端形成有沿其径向向外伸出的环形被限位部，第一隔热管体与第二隔热管体彼此套接的端部通过环形限位部与环形被限位部彼此相接。

21、其中，柔性连接件为沿窗口颈管的周向间隔均匀排列的多个弹片，各弹片沿窗口颈管的轴向延伸，一端与第一隔热管体的内壁面固定连接、另一端与环形被限位部的内壁面固定连接。

22、并且，环形被限位部套接于环形限位部内侧，且在窗口颈管的轴向上，环形限位部与环形被限位部彼此之间具有第一间隙，在窗口颈管的径向上，环形被限位部与第一隔热管体的内壁面之间具有第二间隙。

23、采用上述技术方案，环形限位部和环形被限位部配合实现第一隔热管体与第二隔热管体套接端部的径向定位，防止两段隔热管体在径向以及轴向发生错位或脱出。另外，第一间隙允许环形限位部与环形被限位部在轴向上发生相对位移，第二间隙允许环形被限位部与第一隔热管体内壁面在径向上发生相对位移，上述两个间隙共同为两段隔热管体受到真空装置的侧壁的热胀变形和装置在振动工况下提供补偿空间，避免因变形受限而产生过大应力造成隔热管破裂的风险。

24、此外，弹片沿窗口颈管轴向延伸，一端固定于第一隔热管体内壁面、另一端固定于环形被限位部内壁面，弹片的弹性变形能力使得第一隔热管体与第二隔热管体之间能够保持柔性连接状态，弹片均匀排列的方式保证周向各方位的柔性连接一致性；并且，由于弹片自身具有弹力，可以抵抗因真空装置的内部温度升高时引起的侧壁热胀变形，降低真空装置的侧壁的形变量，使得真空装置能够可靠的运行。

25、进一步地，本实用新型的实施方式还公开了一种仿星器窗口可插拔传输管线总成装置，窗口颈管的一端还设置有延伸管体，延伸管体自窗口颈管的一端延其轴向穿过窗口延伸至低温恒温装置的外部。

26、传输组件还包括盖设于延伸管体外侧开口的第一密封部件，以及适配的盖设于窗口颈管另一端开口的第二密封部件，输送管组的一端穿过第一密封部件延伸至延伸管体的外部、另一端穿过第二密封部件延伸至真空装置的内部。

27、采用上述技术方案，延伸管体自窗口颈管一端穿过窗口延伸至低温恒温装置外部，为输送管组提供从外部进入真空装置内部的通道，使得输送管组能够从低温恒温装置外部接入冷却介质源。另外，第一密封部件盖设于延伸管体外侧开口，第二密封部件盖设于窗口颈管另一端开口，分别对窗口颈管的两端进行密封，保证窗口颈管内部与外部环境之间的气密隔离，防止外部热量或气体通过开口进入窗口颈管内部影响输送管组的隔热效果。此外，输送管组穿过第一密封部件和第二密封部件延伸至延伸管体外部和真空装置内部，密封部件既起到密封作用又对输送管组起到径向支撑和定位作用，使得输送管组在窗口颈管内部保持居中位置，有利于维持输送管组与窗口颈管之间的隔热间隔均匀。该结构设计使得输送管组能够通过延伸管体从外部插入或拔出，实现可插拔的维护方式，便于在不停机或局部拆卸的情况下对输送管组进行检修或更换。

28、进一步地，本实用新型的实施方式还公开了一种仿星器窗口可插拔传输管线总成装置，第一密封部件设置为密封法兰，第二密封部件设置为隔热盖板；并且，延伸管体另一端的外周壁上还固定环设有连接法兰。

29、其中，密封法兰靠近延伸管体的一侧贴合于连接法兰的相应一侧壁面，多个固定件沿连接法兰的周向依次间隔设置，且各固定件沿延伸管体的轴向依次穿过连接法兰、密封法兰将二者可拆卸的固定连接；并且，隔热盖板固定盖设于窗口颈管另一端的开口上。

30、采用上述技术方案，密封法兰作为第一密封部件，与连接法兰通过固定件可拆卸连接，使得第一密封部件能够方便地拆卸和安装，便于输送管组的插入、拔出及日常维护操作，无需破坏性拆卸即可实现密封结构的反复装拆。另外，隔热盖板作为第二密封部件固定盖设于窗口颈管另一端开口上，隔热盖板自身具有隔热性能，能够在密封的同时进一步阻断热量从窗口颈管端部向真空装置内部传导，补强端部隔热效果。此外，连接法兰固定环设于延伸管体外周壁上，为密封法兰提供可靠的贴合面和连接基础，多个固定件沿周向间隔设置使得密封法兰与连接法兰之间的压紧力均匀分布，保证密封法兰与连接法兰贴合面之间的密封可靠性。密封法兰与连接法兰的可拆卸连接方式也使得在需要更换输送管组时，仅需松开固定件即可取下密封法兰，操作简便。

31、进一步地，本实用新型的实施方式还公开了一种仿星器窗口可插拔传输管线总成装置，连接法兰远离延伸管体的一侧还设置有两端敞开的连接筒，连接筒套设于输送管组伸出延伸管体外部的部分外周、一端与连接法兰的外侧可拆卸的固定连接、另一端沿其轴向向外延伸远离延伸管体且另一端开口可拆卸地盖设有盖板法兰。

32、并且，输送管组外周还套设有套筒，在输送管组的径向上，套筒的内周与输送管组的外周彼此间隔，套筒的一端延伸穿过盖板法兰、另一端延伸至隔热盖板内侧，输送管组的一端穿过连接法兰且外周壁与连接法兰固定连接。

33、并且，套筒上还形成有第三波纹管体，在窗口颈管的轴向上，第三波纹管体位于窗口颈管的范围内。

34、采用上述技术方案，连接筒套设于输送管组伸出延伸管体外部部分的外周，一端与连接法兰可拆卸连接、另一端盖设盖板法兰，连接筒在延伸管体外部形成额外的密封腔体，对输送管组的外露部分提供保护和二次密封，降低该部分的热泄漏风险。另外，套筒套设于输送管组外周且与输送管组之间具有径向间隔，套筒一端穿过盖板法兰、另一端延伸至隔热盖板内侧，套筒在输送管组外周形成连续的隔热屏障，将输送管组与窗口颈管内部空间隔开，套筒与输送管组之间的径向间隔进一步构成隔热空间，实现输送管组的多层隔热保护。此外，套筒上形成的第三波纹管体位于窗口颈管范围内，为套筒提供轴向伸缩补偿能力，使套筒能够适应温度变化引起的轴向变形，避免套筒因受到真空装置的侧壁的膨胀挤压产生过大应力而变形或连接失效，保证套筒在各温度工况下始终保持对输送管组的完整覆盖和隔热功能。

35、进一步地，本实用新型的实施方式还公开了一种仿星器窗口可插拔传输管线总成装置，传输组件还包括密封圈，以及固定套设于输送管组另一端的隔离套筒，输送管组包括在套筒的径向上彼此间隔设置的多个冷却管；其中，隔离套筒的一端与输送管组固定连接，另一端与套筒的另一端彼此间隔设置，密封圈固定嵌设于隔离套筒的另一端与套筒的另一端之间。

36、其中，每个冷却管的一端穿过盖板法兰，且冷却管的外周壁与盖板法兰固定连接，另一端穿过隔离套筒伸入至真空装置的内部；并且，每个冷却管的外周均包覆有隔热层。

37、采用上述技术方案，密封圈嵌设于隔离套筒与套筒之间，在两者间隔处形成密封过渡，保证套筒内部空间的密封完整性，防止外部气体或热量从套筒与隔离套筒之间的间隙侵入。另外，隔离套筒固定套设于输送管组另一端，将多根冷却管的端部集束固定，使多根冷却管在伸入真空装置内部时保持相对位置稳定，避免冷却管之间发生碰撞或摩擦。此外，输送管组由多根冷却管组成，多根冷却管彼此间隔设置，能够分别输送不同种类的冷却介质或实现多路并行输送，提高输送管组的布置灵活性和输送能力。

38、并且，每个冷却管外周包覆的隔热层直接降低冷却管内低温介质与套筒内部空间之间的热交换，配合套筒和窗口颈管的多层隔热结构，形成从内到外的多层热屏障体系，进一步降低整体热泄漏。

39、进一步地，本实用新型的实施方式还公开了一种仿星器窗口可插拔传输管线总成装置，传输组件还包括位于套筒内部的第一隔热冷屏、第二隔热冷屏。

40、其中，第一隔热冷屏环设于输送管组的外周，并在套筒的径向上与输送管组彼此间隔设置，第一隔热冷屏的一端与盖板法兰固定连接，另一端穿过隔离套筒、真空装置的侧壁伸入至真空装置内，且第一隔热冷屏与隔离套筒固定连接。

41、第二隔热冷屏环设于第一隔热冷屏的外周，并在套筒的径向上与第一隔热冷屏环彼此间隔设置，第二隔热冷屏的一端与盖板法兰固定连接，另一端穿过隔离套筒、真空装置的侧壁伸入至真空装置内，且第二隔热冷屏与隔离套筒固定连接。

42、采用上述技术方案，第一隔热冷屏和第二隔热冷屏在套筒内部依次套设于输送管组外周，形成双层隔热屏障，进一步提升对输送管组的隔热效果。两层冷屏之间的间隔进一步阻断热量传递路径，使套筒内部形成从输送管组到套筒壁面的多级隔热屏障。另外，第一隔热冷屏和第二隔热冷屏均穿过隔离套筒和真空装置侧壁伸入真空装置内部，使得冷屏的隔热范围覆盖从盖板法兰到真空装置内部的完整路径，在整个输送管组的长度方向上均提供隔热保护，避免出现局部隔热薄弱区域。