DB34∕T 3239-2018 超導回旋加速器 輸運線二、四極電磁鐵設計準則

DB34Designcriteriaforthedipoleandquadrupolemagnetofbeamline安徽省市場監(jiān)督管理局發(fā)布I1超導回旋加速器輸運線二、四極電磁鐵設計準則GB/T11345焊縫無損檢測超聲檢測DB34/T3113超導回旋加速器輸運線降能24二極電磁鐵設計準則4.1設計流程4.2物理設計要求4.2.1磁鐵的最大偏轉(zhuǎn)磁感應強度應滿足式(1)的規(guī)定。BR=T2+2TE0.................................R——磁鐵的偏轉(zhuǎn)半徑，單位為m；c——光在真空中的傳播速度，單位為E0——在磁鐵內(nèi)傳輸?shù)牧Ｗ拥撵o能量，單位為Mev。4.2.2磁鐵的二維橫向中心線上有效場區(qū)的磁感應強度均勻度的范圍應為-5×10-4～5×10-4。34.3結(jié)構設計4.3.1輸運線二極電磁鐵無特殊用途要求，宜選用H型結(jié)構。4.3.2材料選擇：磁鐵鐵芯宜選用硅鋼等低碳鋼材料，線圈材料宜選用無氧4.3.3電磁鐵的線圈導線宜采用外方內(nèi)圓結(jié)構，并采用內(nèi)水冷的冷卻方式，電流密度范圍為2.54.3.4磁極間的氣隙高度應g=2×(1.5o,+0?+0?)..............................o1——真空室腔體厚度，單位為mm;4.3.5真空室腔體厚度的取值范圍宜為1.5mm4.3.6真空室腔體安裝間隙的取值范圍宜為1mm～2mm。4.3.7極面墊補宜選用的幾種形式見圖2,優(yōu)先選用矩形墊補。(a)矩形墊補(b)梯形墊補(c)正負墊補(d)曲線墊補圖2二極電磁鐵極面墊補的幾種形式4.3.8磁鐵的勵磁安匝數(shù)應滿足式(3)的規(guī)定。NI=0.8fgB×103......................................(3)NI——磁鐵的勵磁安匝數(shù)，單位為A;f考慮鐵芯中損耗的安匝數(shù)所乘的系數(shù)，范圍應為1.05～1.10。4.3.9鐵線圈繞制時宜采用兩層并繞方式，一并布置一個水路，線圈匝數(shù)應為偶數(shù)。線圈層數(shù)和每層4.3.10磁軛在吊裝和安裝等其它作用下產(chǎn)生變形，磁軛面積宜為磁極極面面積的1.15～1.25倍。4.3.11結(jié)構設計理論參考公式參見附錄A。根據(jù)4.3.1～4.3.10及附錄A的公式得到的設計尺寸確定應強度均勻度應滿足4.2.2的要求，磁軛內(nèi)部的磁場未出現(xiàn)嚴重磁飽和現(xiàn)象且最大磁感應強度應達到4.2.1中的要求，否則應對磁極寬度、安匝數(shù)等進行調(diào)整，并重新校核直至滿足要求。4.3.12在二維磁場分布滿足要求情況下，根據(jù)磁鐵的結(jié)構模型分析其三維磁場分布，考慮端部效應，對磁極端面進行削斜處理，三維縱向磁感應強度在有效場區(qū)的積分均勻度應滿足4.2.3的要求。44.4電參數(shù)及水冷參數(shù)設計4.4.1電參數(shù)及水冷設計理論公式參見附4.4.3磁鐵一并線圈應布置一個水路，即線圈的冷4.4.4冷卻水的流速應滿足取值范圍1?P——線圈的水壓降，宜選用的范圍為(3～6)kg/cm2；L——單路水路長度，單位為m。4.4.5線圈冷卻水進口位置溫度宜取值范圍為10℃~25℃。4.4.6線圈設計的溫升應不超過25℃,如溫升過高，應調(diào)整線圈設計方案，使其達到合適值。4.4.7勵磁線圈導體內(nèi)水流要求應為湍流，根據(jù)雷諾數(shù)可判斷是否為湍流狀態(tài)，雷諾數(shù)范圍為5.1物理設計要求5.1.2磁鐵的二維橫向中心線上有效場區(qū)的磁感應強度梯度均勻度的范圍應為-5×10-4～5×10-4。5.1.3磁鐵的三維縱向磁感應強度5.2.1理想的純垂直四極場極面形狀應滿足雙曲面方程，見式(5)。xy..........................................(5)x——平面坐標系橫坐標變量；a——雙曲面的內(nèi)接圓半徑，單位為m5.2.2雙曲面的內(nèi)接圓半徑由束流包絡尺寸決定，宜取值的范圍為束流包絡半寬度的1.5.2.3極面寬度的取值范圍應為雙曲面內(nèi)接圓半徑的566.2.3線圈絕緣結(jié)構宜采用真空環(huán)氧澆注工藝，線圈固化后應適用于高輻射環(huán)境下，對地耐壓7A.1結(jié)構設計理論公式A.1.1磁極延伸距離a0——磁極延伸距離，單位為mm；——磁感應強度均勻度，由物理設計要求確定，宜不大于0.0005。有效場區(qū)寬度根據(jù)束流包絡尺寸確定，宜滿足式（A.b——有效場區(qū)寬度，單位為mm；A.1.3磁極極面寬度PW=b+2a0..........................PW——極面寬度，單位為mm。A.1.4磁鐵有效長度和磁極極面面積磁鐵有效長度和磁極極面面積應分別滿足式（A.4）和式（A.Leff=ΦR.................S極=10-3×PWLeff........Leff——磁鐵有效長度，單位為m；A.1.5磁鐵鐵芯長度Liron=Leff-k1g×10-3.............................8Liron——鐵芯長度，單位為m；k1——差值系數(shù)，在鐵芯未發(fā)生嚴重磁飽和的情況下，范圍應為1～1.15；在鐵芯發(fā)生嚴重磁飽A.1.6磁鐵線圈每極匝數(shù)Ndip......................................(A.7)J——導線的電流密度，單位為A/mm2；S0——所選導線的截面面積，單位為mm2。X=(X1+δ0)×N0....................................(A.8)Y=(Y1+δ0)×N1....................................(A.9)X——線圈的徑向?qū)挾?，單位為mm；Y——線圈的軸向?qū)挾?，單位為mm；X1——導線徑向?qū)挾龋瑔挝粸閙m；N0——每極線圈每層的匝數(shù)；N1——每極線圈的層數(shù)。A.1.8磁極高度h=Y+μ......................................(Aμ——極面與線圈底面距離，單位為mm，取值范圍宜為25mm～30mm。A.1.9線圈窗口的徑向尺寸考慮線圈徑向的不平度誤差等，線圈窗口的徑向尺寸應滿足式（A.11）L徑=X+2β.....................................(A.11)L徑——線圈窗口的徑向尺寸，單位為mm；Β——線圈窗口徑向預留的安裝間隙，單位為mm，取值范圍宜為8mm～50mm。9A.1.10磁軛厚度h軛=.................h軛——磁軛厚度，單位為m；A.1.11磁柱寬度和高度磁芯回路中磁柱寬度和磁柱高度應滿足式（A.13）和（A.14w柱=h軛×103.........h柱=2h+g......................A.2電參數(shù)及水冷設計公式A.2.1線圈電阻率ρt=ρ201+αt-20...........Α——線圈的電阻溫度系數(shù)，單位為℃-1，取值參見電工手冊；T——線圈的工作溫度，單位為℃,取值范圍宜為65℃~75℃。A.2.2線圈電阻L——每極線圈導線長度，單位為m，可由線圈最終尺寸計算確定。A.2.3線圈電壓U——每極線圈電壓，單位為V。A.2.4線圈兩端功率P=J2S02Rcoil....................................(A.18)P——每極線圈功率，單位為W。A.2.5線圈溫升ΔT=.....................................(A.19)q——每路冷卻水的流量，單位為L/s，可由冷卻水流速和內(nèi)水冷導體的孔徑計算得出。=..................