美国建造的超导超级对撞机、欧洲大型强子对撞机LHC、中科院高能物理研究院提出的环形正负电子对撞机(CEPC)计划等大学科装置以及核磁共振磁体系统等高场磁体的制造,均需要绕制大量的超导磁体,而绕制超导磁体需要大量的卢瑟福超导超导电缆。而我国又没有卢瑟福超导电缆的生产能力,完全依赖进口,对我国来说,开发卢瑟福超导电缆并形成批量生产能力迫在眉睫。近十几年来,长通公司一直从事超导电缆的研究与开发,是国内唯一为国际热核聚变计划(ITER)供应超导电缆的公司。长通公司根据市场需要,敏锐捕捉机遇,进行卢瑟福超导电缆的工艺设计、设备设计开发以及产品的制造,提升我国高场超导磁体的自主开发能力。本发明是长通公司根据市场需求,结合公司原有技术力量,与北京高能所、西部超导公司、中科院等离子体研究所进行超导电缆的研制发展起来的。本发明实施中由西部超导材料公司提供超导材料,长通公司进行超导电缆的工艺设计、设备开发以及产品的制造,由中科院北京高能所、中科院兰州近代物理研究所、中科院合肥等离子体研究所、西安聚能超导磁体科技有限公司等接受超导电缆,进行磁体绕制。
目前,NbTi型卢瑟福超导电缆的研制在国外已经成熟,且已经大量使用于加速器磁体项目中。而Nb3Sn型卢瑟福超导电缆载流能力更强,更适合可用于下一代高场(10T
1.设计开发出了卢瑟福超导电缆
本项目通过卢瑟福电缆绞制、紧压成型过程的理论与实验研究,分析生产过程中电缆及股线的变形与应变情况,设计开发出性能符合技术要求的各种规格的卢瑟福超导电缆产品。
发明专利?《一种生产磁体用异形超导电缆的装置及方法》(ZL201610672840.1)已授权。
2.设计开发出了LSFCT-200/20新型卢瑟福超导电缆成型专用设备
主要创新点如下:
(1)主体绞笼的整体设计,绞笼主体主要由主电机、主齿箱、主轴、绞盘、差速电机、绞笼、张力反馈控制装置等组成。(2)卢瑟福超导股线绞合的内撑芯棒的设计,内撑芯棒是电缆加工的关键所在,本项目所用芯棒设计了锥形绞入段、柱形稳定段、楔形变形段,确定了三个区域的结构尺寸。(3)卢瑟福超导电缆股线绞合分线环的设计,设计安装大、小分线环,小分线环是可以自动调节位置的。(4)“互”字主动紧压装置的设计,四个紧压轮形成一个“互”字形,尺寸均能进行上下、前后方向的调整。(5)交流伺服控制放线张力设计,以转矩工作模式下交流伺服电机为阻尼执行元件,实现了张力自动检测、自动反馈、自动控制。(6)提高异型超导电缆绞体端部同心度的装置的设计,避免超导丝时有跳出、受损的现象。(7)稳固定型装置的设计,消除电缆紧压后内部的加工应力,解决了电缆扭转,使电缆形状平整,稳定。
实用新型专利《一种提高异型超导电缆绞体端部同心度的装置》(ZL202020228471.9)已授权;
实用新型专利《一种生产磁体用异形超导电缆的主动紧压装置》(ZL202020228472.3)已授权;
发明专利《一种完全退扭式卢瑟福超导电缆绞缆设备》(202110965057.5)已受理。
虽然中科院高能物理研究院提出的环形正负电子对撞机(CEPC)计划一直未能获批,但他对卢瑟福超导电缆研制以及高场超导磁体的绕制及其高场超导装置中的应用起到了非常大的推动作用。本项目开展以来,已向中国科学院合肥物质科学研究所、西安聚能超导磁体科技有限公司出售了卢瑟福超导电缆成型专用设备和卢瑟福超导电缆产品,共获得收益268.2万元。
随着国内外在高能物理及其它领域的发展,对卢瑟福超导电缆的需求将日益增大,目前,国内还没有形成生产卢瑟福超导电缆的能力,主要依赖进口,对我国来说,开发卢瑟福超导电缆并形成批量生产能力迫在眉睫,可填补我国生产此电缆的空白,提升我国超导磁体的自主创新能力,具有较大的经济效益和良好的社会效益。