抗輻照防爆的多層嵌套式低溫輸送單元以及低溫輸送管的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于低溫氣體或液化氣體傳輸?shù)墓艿馈炯夹g(shù)領(lǐng)域】，特別是一種抗輻照防爆的多層嵌套式低溫輸送單元；低溫輸送單元呈“L”形，包括從里到外依次設(shè)置的1個(gè)以上的低溫管、真空管和保護(hù)氣體管，低溫管通過(guò)2個(gè)以上的低溫管支撐件安裝在真空管的內(nèi)壁上，真空管通過(guò)真空管支撐件支撐在保護(hù)氣體管內(nèi)；本發(fā)明通過(guò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化的低溫管支撐件實(shí)現(xiàn)低溫管和真空管的連接，不僅能滿足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的要求，也具有很好的絕熱效果；本發(fā)明同時(shí)提供了一種低溫輸送管，相比現(xiàn)有的低溫輸送管，本發(fā)明在強(qiáng)核輻照環(huán)境下具有更長(zhǎng)的使用壽命，對(duì)核輻照的屏蔽效果更好，另外，省去了復(fù)雜的波紋管熱補(bǔ)償結(jié)構(gòu)，使其結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)單可靠，制造及維護(hù)成本更低。
【專利說(shuō)明】抗輻照防爆的多層嵌套式低溫輸送單元以及低溫輸送管
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于低溫氣體或液化氣體傳輸?shù)墓艿馈炯夹g(shù)領(lǐng)域】，特別是一種抗輻照防爆的多層嵌套式低溫輸送單元以及由低溫輸送單元組成的低溫輸送管。
【背景技術(shù)】
[0002]爆炸性低溫氣體或液體的傳輸，一般采用三層嵌套式管道，即內(nèi)層低溫管、中間層真空管及外層為保護(hù)氣體管，其中內(nèi)層低溫管和真空管之間采用低溫管支撐件連接，工作時(shí)，將真空管內(nèi)抽真空，使其真空度優(yōu)于KT3Pa左右，從而實(shí)現(xiàn)真空絕熱，最外層的保護(hù)氣體管，則是防止內(nèi)部的可燃性氣體發(fā)生泄漏，與空氣混合會(huì)發(fā)生爆炸。中國(guó)專利文獻(xiàn)CN202691453U就公開(kāi)了一種類似的低溫輸送管。這類結(jié)構(gòu)的低溫輸送管在強(qiáng)核輻照環(huán)境下使用具有以下幾方面的問(wèn)題:
[0003]首先，低溫管和真空管之間通過(guò)設(shè)置絕熱材料，如支撐件等進(jìn)行絕熱，目前常用的絕熱材料主要有玻璃纖維、環(huán)氧樹(shù)脂、植物纖維、尼龍布等，采用這種方式存在以下缺點(diǎn):
[0004]①、采用環(huán)氧樹(shù)脂等高分子材料作為絕熱材料，雖然絕熱效果很好，但在強(qiáng)核輻照工況下使用，這些高分子材料的輻照損傷會(huì)很大，當(dāng)輻照劑量積累到一定量后，高分子材料會(huì)變成粉末狀而發(fā)生輻照失效；
[0005]②、采用玻璃纖維等無(wú)機(jī)非金屬材料制作低溫管支撐件絕熱，由于無(wú)機(jī)非金屬材料一般屬于脆性材料，在超低溫工況下低溫管的熱應(yīng)力較大，施加給低溫管支撐件的應(yīng)力也較大，這很容易造成支撐件脆性斷裂失效；
[0006]③、采用高分子絕熱材料或非金屬無(wú)機(jī)絕熱材料制造絕熱部件的低溫輸送管，由于其技術(shù)特性的限制，通常管徑較大，占用空間大，不適于對(duì)空間有嚴(yán)格限制的場(chǎng)合。例如在強(qiáng)核輻照環(huán)境下，對(duì)屏蔽的要求非常高，管道的安裝空間越小越好，但傳統(tǒng)的低溫輸送管由于絕熱結(jié)構(gòu)的需要，通常占用空間較大，從而不滿足工作要求；
[0007]④、采用高分子絕熱材料或非金屬絕熱材料制造絕熱部件的低溫輸送管，在真空環(huán)境下放氣率很高，從而不利于高真空的維持。
[0008]其次，當(dāng)前低溫輸送管均采用一般的碳鋼或不銹鋼制成，由于熱脹冷縮的原因，內(nèi)層的低溫管在低溫的作用下發(fā)生冷縮，進(jìn)而產(chǎn)生強(qiáng)大的熱應(yīng)力，使管道發(fā)生整體拉裂，為了平衡內(nèi)層低溫管的冷縮，當(dāng)前采用的方式是在低溫管上增加波紋管補(bǔ)償結(jié)構(gòu)，通過(guò)波紋管具有彈性的特性補(bǔ)償?shù)蜏毓艿臒崦浝淇s，進(jìn)而減小熱應(yīng)力，從而保證管道整體不發(fā)生破壞。
[0009]這種方式雖然解決了低溫管冷縮的問(wèn)題，但相應(yīng)的也帶來(lái)了另外的問(wèn)題，由于波紋管必須保證一定的彈性，這就要求波紋管的壁厚比低溫管薄(否則就沒(méi)有足夠的彈性來(lái)補(bǔ)償剛性低溫管的冷縮)，這帶來(lái)了兩方面的問(wèn)題:①、低溫輸送管的整體工作壓力范圍變小，由于波紋管的壁厚比剛性低溫管低很多，所以整個(gè)系統(tǒng)的最大工作壓力應(yīng)以波紋管所能承受的最大壓力為限值，這個(gè)限值比不加波紋管前的低溫管承壓限值低得多，通常為不加波紋管的十分之一或更低；?、由于增加了波紋管，使低溫輸送管整體結(jié)構(gòu)變得更為復(fù)雜，從系統(tǒng)可靠性角度講，越復(fù)雜的系統(tǒng)可靠性越低，例如波紋管與低溫管的焊接連接處會(huì)由于多次拉伸與壓縮發(fā)生疲勞失效。
[0010]再次，當(dāng)前的低溫輸送管，其彎頭的制作多采用多個(gè)直管分段拼接而成，通常為三段式拼接，這種方式導(dǎo)致低溫輸送管組焊時(shí)，必須各層間混合交叉組焊和檢測(cè)，這給制造帶來(lái)很大的麻煩，很容易發(fā)生在實(shí)際的施工過(guò)程中一個(gè)零件的裝配的順序搞錯(cuò)，后續(xù)的零部件無(wú)法裝配的情況。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0011]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有低溫輸送管易發(fā)生材料輻照失效、低溫管支撐件脆性斷裂失效、管道直徑大占用空間大，以及工作壓力范圍小、低溫補(bǔ)償結(jié)構(gòu)復(fù)雜可靠性低等問(wèn)題，而提供能克服前述技術(shù)缺陷的一種抗輻照防爆的多層嵌套式低溫輸送單元以及由低溫輸送單元組成的低溫輸送管。
[0012]為達(dá)到上述功能，本發(fā)明提供的技術(shù)方案是:
[0013]一種抗輻照防爆的多層嵌套式低溫輸送單元，所述低溫輸送單元呈“L”形，包括從里到外依次設(shè)置的I個(gè)以上的低溫管、真空管和保護(hù)氣體管，所述低溫管通過(guò)2個(gè)以上的低溫管支撐件安裝在所述真空管的內(nèi)壁上；
[0014]所述真空管包括依次連接的真空直管、真空管支撐件、真空管彎頭和真空管接頭;
[0015]所述保護(hù)氣體管包括依次連接的保護(hù)氣體直管、保護(hù)氣體管支撐件、保護(hù)氣體管彎頭和保護(hù)氣體管接頭；
[0016]所述低溫管離彎頭近的前端部縮進(jìn)所述真空管接頭內(nèi)部5?15mm的距離，且需與所述低溫管的后端部露出所述真空管后端部的距離相等；
[0017]所述真空管接頭的端部縮進(jìn)所述保護(hù)氣體管接頭內(nèi)部5?15mm的距離，且需與所述真空管的后端部露出所述保護(hù)氣體管后端部的距離相等。
[0018]優(yōu)選地，所述低溫管支撐件為多環(huán)同心變位異型結(jié)構(gòu)，包括2個(gè)以上直徑不同的環(huán)形的支撐環(huán)和定位環(huán)，所述支撐環(huán)為同心的幾何關(guān)系，相鄰的兩個(gè)所述的支撐環(huán)之間留有間隙并通過(guò)三個(gè)以上的所述連接筋將相鄰的所述支撐環(huán)連接在一起；所述的連接筋沿著圓周方向均勻分布；當(dāng)支撐環(huán)有三個(gè)以上時(shí)，相鄰層的連接筋需等間距錯(cuò)位分布，即位于內(nèi)層的的連接筋位于兩個(gè)相鄰?fù)鈱舆B接筋的中間位置，形成變位結(jié)構(gòu)；
[0019]所述定位環(huán)的數(shù)量與所述低溫管的數(shù)量相同，所述定位環(huán)均勻分布在最里層的支撐環(huán)的中間，且所述定位環(huán)的外邊沿與最里層的支撐環(huán)的內(nèi)邊沿相連接，每個(gè)所述定位環(huán)的內(nèi)邊沿周向均勻設(shè)置有至少兩個(gè)內(nèi)凸臺(tái)，所述內(nèi)凸臺(tái)通過(guò)焊接與低溫管連接在一起，從而實(shí)現(xiàn)所述低溫管支撐件與低溫管之間的連接；
[0020]位于最外層的所述支撐環(huán)的外邊沿上均勻設(shè)置有若干個(gè)外凸臺(tái)，所述外凸臺(tái)的項(xiàng)部位于同一理論圓周上。
[0021]優(yōu)選地，所述低溫管及低溫管支撐件的材料為OK至293K溫度范圍平均線膨脹系數(shù)低于3.0X 10_6/K的低膨脹鐵鎳或鐵鎳鈷合金，且低溫管和所述低溫管支撐件的材料必須相同。
[0022]優(yōu)選地，所述真空管支撐件包括依次連接的大端襯墊、圓管大端、圓管小端和小端襯墊，所述圓管大端的外表面上徑向均勻設(shè)置有3個(gè)以上的定位凸臺(tái)；
[0023]所述大端襯墊的外徑與所述真空直管的內(nèi)徑呈間隙配合的幾何關(guān)系；
[0024]所述小端襯墊的外徑與真空管彎頭的內(nèi)徑呈間隙配合的幾何關(guān)系；
[0025]所述定位凸臺(tái)的外表面與保護(hù)氣體管的內(nèi)表面之間具有O?1_的間隙。
[0026]優(yōu)選地，所述低溫管由無(wú)縫管彎曲形成。
[0027]優(yōu)選地，所述真空管彎頭和所述保護(hù)氣體管彎頭由兩個(gè)半圓形彎頭抱合焊接而成一個(gè)90°整彎頭；所述真空管彎頭的外徑比真空管小。
[0028]優(yōu)選地，所述外凸臺(tái)與最外層的連接筋等間距錯(cuò)位分布，S卩外凸臺(tái)位于兩個(gè)最外層連接筋的中間位置；所述連接筋的寬度為支撐環(huán)寬度的五分之一以下。
[0029]優(yōu)選地，所述內(nèi)凸臺(tái)的形狀為長(zhǎng)條形，所述外凸臺(tái)的形狀為半球形、半圓柱形及四面體的一種或多種。
[0030]本發(fā)明同時(shí)還提供了一種低溫輸送管，所述低溫輸送管包括若干個(gè)基本單元，所述基本單元是上述的抗輻照防爆的多層嵌套式低溫輸送單元，若干個(gè)所述基本單元首尾相接，從而形成滿足不同長(zhǎng)度、不同空間位置要求的低溫輸送管。
[0031]優(yōu)選地，所述低溫輸送管呈階梯形或S形。
[0032]本發(fā)明的有益效果在于:
[0033]1、通過(guò)設(shè)計(jì)低溫管、真空管和保護(hù)氣體管在前端部依次縮進(jìn)，以及在后端部依次伸出的結(jié)構(gòu)，使得多個(gè)基本單元在組焊成輸送管時(shí)，內(nèi)層管道的焊接燭縫暴露在外面，有利于分層組焊，同傳統(tǒng)輸送管各層管道平齊的結(jié)構(gòu)相比更便于施焊，從而比傳統(tǒng)低溫輸送管的焊接質(zhì)量更高；
[0034]2、低溫輸送單元呈“L”形，低溫管和低溫管支撐件采用了低膨脹鐵鎳、鐵鎳鈷合金作為制造材料，這類材料的線膨脹系數(shù)很低，通常他們的線膨脹系數(shù)低于普通常用金屬材料的五分之一，甚至達(dá)到普通技術(shù)材料線膨脹系數(shù)的百分之一以下，采用這類材料制作低溫管，使本發(fā)明的低溫輸送管不必設(shè)置普通低溫輸送管中的用于熱補(bǔ)償用的波紋管結(jié)構(gòu)，通過(guò)低溫管彎頭處角度微小的形變，完全足以補(bǔ)償?shù)蜏毓芤驕囟炔煌l(fā)生的微小熱脹冷縮，從而避免了采用波紋管作為溫度補(bǔ)償?shù)钠胀ǖ蜏剌斔凸芎芏嗳毕?，比如避免了波紋管承壓能力小的缺點(diǎn)，還避免了波紋管和低溫管焊縫因?yàn)槎啻卫炫c壓縮產(chǎn)生疲勞失效的缺占.V，
[0035]3、由于采用了多個(gè)環(huán)形支撐環(huán)，且環(huán)形支撐環(huán)采用變位的連接筋組合在一起的結(jié)構(gòu)，熱量傳遞的路徑為S形，這種多重曲線似的熱轉(zhuǎn)導(dǎo)方式大大增加了低溫管支撐件的熱轉(zhuǎn)導(dǎo)距離，而且中途還設(shè)置了若干具有很大熱阻的連接筋，從而有利于增強(qiáng)絕熱效果，而現(xiàn)有的低溫輸送管，其絕熱層要么采用包扎的方式直接附著在低溫管外，要么其低溫管支撐件的傳熱路徑相對(duì)較短，基本是直線傳導(dǎo)，且中途沒(méi)有設(shè)置較多的熱阻，因此，本發(fā)明的低溫輸送管比普通低溫輸送管絕熱效果好很多；
[0036]4、定位環(huán)采用了內(nèi)凸臺(tái)的結(jié)構(gòu)，低溫管僅通過(guò)內(nèi)凸臺(tái)和低溫管支撐件接觸，這一結(jié)構(gòu)能明顯減少低溫管和低溫管支撐件的接觸面積，從而減少傳熱，相比普通低溫管沒(méi)有內(nèi)凸臺(tái)的全接觸支撐件，其絕熱效果要好很多；
[0037]5、由于最外層的支撐環(huán)的外表面上設(shè)置了外凸臺(tái)的結(jié)構(gòu)，外凸臺(tái)的結(jié)構(gòu)為半球形、半圓柱形及四面體的一種或多種，這一結(jié)構(gòu)使低溫管支撐件和外部的真空管呈近似點(diǎn)接觸或線接觸，從而在這些部位形成較大的熱阻，進(jìn)而增加低溫管支撐件的絕熱效果；
[0038]6、由于采用了低膨脹鐵鎳、鐵鎳鈷合金作為低溫管支撐件制造材料，這類材料的熱傳導(dǎo)系數(shù)為普通碳鋼、不銹鋼及鈦合金的60%以下、銅及鋁合金的10%以下，因此比采用這些普通金屬作為低溫管支撐件，其絕熱效果好40%左右；此外，本發(fā)明低溫輸送管中低溫管支撐件采用了和低溫管相同的金屬材料，其熱傳導(dǎo)系數(shù)相同，在通入低溫介質(zhì)時(shí)，他們同時(shí)發(fā)生熱脹冷縮，不易發(fā)生疲勞斷裂使他們之間的連接失效；
[0039]7、由于本發(fā)明的低溫管支撐件乃至整個(gè)低溫管采用了全金屬結(jié)構(gòu)，這會(huì)使其比普通低溫輸送管具有以下優(yōu)勢(shì):首先，比普通采用高分子材料制作絕熱零部件的低溫輸送管，其耐核輻照能力強(qiáng)很多，這是因?yàn)榻饘俨牧系哪秃溯椪漳芰ζ毡楸雀叻肿硬牧蠌?qiáng)很多，因此整個(gè)低溫輸送管的耐核輻照能力比普通低溫輸送管強(qiáng)很多；其次，由于低膨脹鐵鎳、鐵鎳鈷合金的抗沖擊、抗振動(dòng)的能力比普通低溫輸送管采用的玻璃纖維等非金屬無(wú)機(jī)材料強(qiáng)很多，因此，相比普通采用非金屬無(wú)機(jī)材料制作絕熱零部件的低溫輸送管，本發(fā)明的低溫輸送管抗沖擊、抗振動(dòng)能力強(qiáng)很多，從而大大減少脆性斷裂失效；再次，由于金屬的放氣率比玻璃纖維及高分子材料低很多，這能大大減少低溫輸送管中真空管內(nèi)絕熱零部件的放氣，從而大大提高真空管內(nèi)的真空度，從而有利于提高低溫輸送管的整體絕熱性能；
[0040]8、由于低溫管支撐件在狹小空間內(nèi)設(shè)置了較長(zhǎng)的曲線傳熱路徑及較多的熱阻，不僅使其絕熱能力比普通低溫管強(qiáng)，還使得其體積比普通低溫管的絕熱零部件小很多，從而使整個(gè)低溫輸送管的直徑減小，從而有利于其應(yīng)用于對(duì)安裝空間有嚴(yán)格限制的場(chǎng)合，特別適合于有核輻射需要屏蔽的環(huán)境；
[0041]9、通過(guò)設(shè)計(jì)真空管彎頭外徑小于真空管直段外徑的結(jié)構(gòu)，使得外部的保護(hù)氣體管接頭可以順利套入整個(gè)真空管。這樣，在進(jìn)行低溫輸送管組焊時(shí)，可以減少停點(diǎn)檢測(cè)的次數(shù)，每個(gè)低溫輸送單元裝配組焊時(shí)，可以內(nèi)層管道全部組焊完畢并檢測(cè)合格后，再進(jìn)行外層管道的裝配組焊，避免了傳統(tǒng)低溫輸送管內(nèi)外層管道交叉組焊給制造工藝帶來(lái)的麻煩，從而提尚制造效率；
[0042]10、通過(guò)在真空管支撐件及保護(hù)氣體管支撐件上設(shè)計(jì)襯墊，并與相應(yīng)的管道內(nèi)徑形成間隙配合，相比無(wú)襯墊結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)低溫輸送管，使得本發(fā)明的低溫輸送管在裝配組焊時(shí)，更便于焊接對(duì)中，從而避免了焊接錯(cuò)邊缺陷，進(jìn)而提高了低溫輸送管制造的良品率；
[0043]11、由于真空管支撐件中定位凸臺(tái)外表面與保護(hù)氣體管內(nèi)徑之間留有一定間隙，從而在多個(gè)低溫輸送單元組焊成一根長(zhǎng)的低溫輸送管時(shí)，由于焊接變形及重力的作用，整個(gè)真空管與保護(hù)氣體管之間形成一種半剛性連接。這種結(jié)構(gòu)使得在吊裝、運(yùn)輸、安裝和維修低溫輸送管時(shí)，相比傳統(tǒng)的過(guò)定位全約束剛性結(jié)構(gòu)，外層保護(hù)氣體管與內(nèi)層真空管及低溫管相互之間的獨(dú)立性更強(qiáng)，既連接穩(wěn)固，又減小了由于過(guò)定位剛性連接產(chǎn)生的裝配應(yīng)力、焊接應(yīng)力，這對(duì)提高低溫輸送管焊縫可靠性至關(guān)重要。
【專利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0044]圖1為低溫輸送單元的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0045]圖2為低溫輸送單元的剖面圖；
[0046]圖3為低溫管支撐件的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0047]圖4為另一種低溫管支撐件的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0048]圖5為含三個(gè)以上支撐環(huán)的低溫管支撐件的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0049]圖6為真空管支撐件的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0050]圖7為真空管彎頭的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0051]圖8為低溫輸送管的一種結(jié)構(gòu)示意圖；
[0052]圖9為低溫輸送管的另一種結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0053]下面結(jié)合附圖1至附圖9對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步闡述:
[0054]實(shí)施例一:
[0055]如圖1和圖2所示的一種抗輻照防爆的多層嵌套式低溫輸送單元，低溫輸送單元呈“L”形，包括從里到外依次設(shè)置的2個(gè)的低溫管1、真空管2和保護(hù)氣體管3，低溫管I的主要作用是傳輸?shù)蜏亟橘|(zhì)，介質(zhì)既包含普通低溫介質(zhì)，也包含易燃易爆的介質(zhì)，如液氫、液態(tài)天然氣、液態(tài)甲烷等。低溫管I通過(guò)2個(gè)以上的低溫管支撐件4安裝在真空管2的內(nèi)壁上；低溫管支撐件4的數(shù)量跟據(jù)低溫管I的實(shí)際長(zhǎng)度適當(dāng)增加。
[0056]真空管2包括依次連接的真空直管21、真空管支撐件22、真空管彎頭23和真空管接頭24，真空管2的作用是為低溫管I提供真空絕熱環(huán)境，在本實(shí)施例中，真空管2內(nèi)的真空度應(yīng)達(dá)到10_3Pa左右。
[0057]保護(hù)氣體管3包括依次連接的保護(hù)氣體直管31、保護(hù)氣體管支撐件32、保護(hù)氣體管彎頭33和保護(hù)氣體管接頭34 ;保護(hù)氣體管3的作用是提供一種保護(hù)氣體，避免其內(nèi)的易燃易爆介質(zhì)泄漏與空氣混合而發(fā)生爆炸，根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需要保護(hù)氣體可以是氦氣，也可以是氮?dú)?、氬氣等其它惰性氣體。
[0058]低溫管I離彎頭近的前端部縮進(jìn)真空管接頭24內(nèi)部5?15mm的距離，且需與低溫管I的后端部露出真空管2后端部的距離相等；真空管接頭24的端部縮進(jìn)保護(hù)氣體管接頭34內(nèi)部5?15mm的距離，且需與真空管2的后端部露出保護(hù)氣體管3后端部的距離相等。這樣做的目的是使每個(gè)低溫輸送單元的內(nèi)層管道的焊接焊縫暴露在外面，從而便于分層組焊，這比普通低溫輸送管各層管道平齊的結(jié)構(gòu)更便于施焊，從而比普通低溫輸送管焊接質(zhì)量更高。
[0059]低溫管支撐件4為多環(huán)同心變位異型結(jié)構(gòu)，如圖3所示包括2個(gè)直徑不同的環(huán)形的支撐環(huán)41和定位環(huán)42，支撐環(huán)41為同心的幾何關(guān)系，相鄰的兩個(gè)支撐環(huán)41之間留有間隙并通過(guò)三個(gè)以上的連接筋43將相鄰的支撐環(huán)41連接在一起；連接筋43沿著圓周方向均勻分布。當(dāng)然，低溫管支撐件4還有如圖4和圖5所示的其它多種類似的變種結(jié)構(gòu)。如圖4所示的低溫管I支撐環(huán)41，其與圖3所示的主要的區(qū)別是支撐環(huán)41增加到了 3個(gè)，當(dāng)支撐環(huán)41的數(shù)量為3個(gè)以上時(shí)，相鄰層的連接筋43需等間距錯(cuò)位分布，即位于內(nèi)層的的連接筋43位于兩個(gè)相鄰?fù)鈱舆B接筋43的中間位置，形成變位結(jié)構(gòu)，這樣它的絕熱效果更好，但缺點(diǎn)是占用空間更大了 ；如圖5所示的低溫管I支撐環(huán)41，其與圖3所示的主要的區(qū)別是用于安裝低溫管I的定位環(huán)42由兩個(gè)變?yōu)榱艘粋€(gè)，外凸臺(tái)411的結(jié)構(gòu)形式由球形變成了柱形。還有更多的實(shí)施例，諸如增加內(nèi)凸臺(tái)421、定位環(huán)42、支撐環(huán)41、連接筋43、外凸臺(tái)411的個(gè)數(shù)，改變外凸臺(tái)411的結(jié)構(gòu)形式，以及改變前述要素形成的不同組合。另外，為了進(jìn)一步提高熱阻，外凸臺(tái)411與最外層的連接筋43等間距錯(cuò)位分布，即外凸臺(tái)411位于兩個(gè)最外層連接筋43的中間位置；所述連接筋43的寬度為支撐環(huán)41寬度的五分之一以下。采用本發(fā)明的低溫管支撐件4具有以下的突出效果:
[0060]第一，由于其采用了內(nèi)凸臺(tái)421的結(jié)構(gòu)，低溫管I僅通過(guò)內(nèi)凸臺(tái)421和低溫管支撐件4接觸，這一結(jié)構(gòu)能明顯減少低溫管I和低溫管支撐件4的接觸面積，從而減少傳熱，相比普通低溫管I沒(méi)有內(nèi)凸臺(tái)421的全接觸支撐件，其絕熱效果要好很多。
[0061 ] 第二，由于其采用了多個(gè)環(huán)形支撐環(huán)41，且環(huán)形支撐環(huán)41采用變位的連接筋43組合在一起，熱量傳遞的路徑為S形，其具體的傳熱路徑依次為內(nèi)凸臺(tái)421，定位環(huán)42，支撐環(huán)41與連接筋43多次交錯(cuò)，再到外凸臺(tái)411，最后傳遞到真空管2的內(nèi)壁，這種多重曲線似的熱轉(zhuǎn)導(dǎo)方式大大增加了低溫管支撐件4的熱傳導(dǎo)距離，而且中途還設(shè)置了若干具有很大熱阻的連接筋43，從而有利于增強(qiáng)絕熱效果。
[0062]第三，由于其多個(gè)環(huán)形支撐環(huán)41之間的間隙可以設(shè)計(jì)得很小，因此連接筋43可以在滿足強(qiáng)度要求的前提下，將其寬度設(shè)計(jì)得盡可能的窄，從而在這個(gè)部位形成較大的熱阻，以進(jìn)一步增加低溫管支撐件4的絕熱效果。
[0063]第四，由于其采用了外凸臺(tái)411的結(jié)構(gòu)，外凸臺(tái)411的結(jié)構(gòu)為球形、圓柱形或四面體中的一種或多種，這一結(jié)構(gòu)使低溫管支撐件4和外部的真空管2呈近似點(diǎn)接觸或線接觸，從而在這些部位形成較大的熱阻，進(jìn)而增加低溫管支撐件4的絕熱效果。
[0064]第五，由于其采用了低膨脹鐵鎳、鐵鎳鈷合金作為低溫管支撐件4制造材料，這類材料的熱傳導(dǎo)系數(shù)為普通碳鋼、不銹鋼及鈦合金的60%以下、銅及鋁合金的10%以下，因此比采用這些普通金屬作為低溫管支撐件4，其絕熱效果好40%左右；此外，本發(fā)明低的低溫管支撐件4采用了和低溫管I相同的金屬材料，其熱傳導(dǎo)系數(shù)相同，在通入低溫介質(zhì)時(shí)，他們同時(shí)發(fā)生熱脹冷縮，不易發(fā)生疲勞斷裂使他們之間的連接失效。
[0065]第六，由于本發(fā)明的低溫管支撐件4乃至整個(gè)低溫輸送單元采用了全金屬結(jié)構(gòu)，這會(huì)使其比普通低溫輸送管具有以下優(yōu)勢(shì):首先，比普通采用高分子材料制作絕熱零部件的低溫輸送管，其耐核輻照能力強(qiáng)很多，這是因?yàn)榻饘俨牧系哪秃溯椪漳芰ζ毡楸雀叻肿硬牧蠌?qiáng)很多，因此整個(gè)低溫輸送單元的耐核輻照能力比普通低溫輸送管強(qiáng)很多；其次，由于低膨脹鐵鎳、鐵鎳鈷合金的抗沖擊、抗振動(dòng)的能力比普通低溫輸送管采用的玻璃纖維等非金屬無(wú)機(jī)材料強(qiáng)很多，因此，相比普通采用非金屬無(wú)機(jī)材料制作絕熱零部件的低溫輸送管，本發(fā)明的抗沖擊、抗振動(dòng)能力強(qiáng)很多，從而大大減少脆性斷裂失效；再次，由于金屬的放氣率比玻璃纖維及高分子材料低很多，這能大大減少低溫輸送單元中真空管2內(nèi)絕熱零部件的放氣，從而大大提高真空管2內(nèi)的真空度，從而有利于提高低溫輸送單元的整體絕熱性會(huì)K。
[0066]第七，由于本發(fā)明低溫輸送單元中的低溫管支撐件4，其在狹小空間內(nèi)設(shè)置了較長(zhǎng)的曲線傳熱路徑及較多的熱阻，不僅使其絕熱能力比普通低溫管I強(qiáng)，還使得其體積比普通低溫管I的絕熱零部件小很多，從而使整個(gè)低溫輸送單元的直徑減小，從而有利于其應(yīng)用于對(duì)安裝空間有嚴(yán)格限制的場(chǎng)合，特別適合于有核輻射需要屏蔽的環(huán)境。
[0067]定位環(huán)42的數(shù)量與低溫管I的數(shù)量相同，定位環(huán)42均勻分布在最里層的支撐環(huán)41的中間，且定位環(huán)42的外邊沿與最里層的支撐環(huán)41的內(nèi)邊沿相連接，每個(gè)定位環(huán)42的內(nèi)邊沿周向均勻設(shè)置有至少兩個(gè)內(nèi)凸臺(tái)421，內(nèi)凸臺(tái)421通過(guò)焊接與低溫管I連接在一起，從而實(shí)現(xiàn)低溫管支撐件4與低溫管I之間的連接；位于最外層的支撐環(huán)41的外邊沿上均勻設(shè)置有若干個(gè)外凸臺(tái)411，外凸臺(tái)411的項(xiàng)部位于同一理論圓周上。
[0068]低溫管I的整體結(jié)構(gòu)為L(zhǎng)形的無(wú)縫圓管，它由一根材料為OK至293K溫度范圍平均線膨脹系數(shù)低于3.0X 10_6/K的低膨脹鐵鎳、鐵鎳鈷合金直通圓管，通過(guò)彎管機(jī)彎管得到。這種結(jié)構(gòu)的低溫管I，其益處有以下幾方面:
[0069]其一，由于其采用了無(wú)縫的L形低溫管1，它是由一根直管整體彎管而成的，中間沒(méi)有焊縫，相比一般的直段和彎頭拼焊的低溫管1，其內(nèi)部氣體發(fā)生泄漏的可能性要小得多，對(duì)整個(gè)低溫輸送管來(lái)說(shuō)，其最內(nèi)層的低溫管I是最關(guān)鍵的，因?yàn)樗侵苯雍偷蜏亟橘|(zhì)接觸的管道，它的焊縫越少越好，這對(duì)提高整個(gè)低溫輸送管的可靠性有很大的益處。
[0070]其二，由于其采用了低膨脹鐵鎳、鐵鎳鈷合金作為制造材料，這類材料的線膨脹系數(shù)很低，通常他們的線膨脹系數(shù)低于普通常用金屬材料的五分之一，甚至達(dá)到普通技術(shù)材料線膨脹系數(shù)的百分之一以下，采用這類材料制作低溫管1，使本發(fā)明不必設(shè)置普通低溫輸送管中的用于熱補(bǔ)償用的波紋管結(jié)構(gòu)，通過(guò)低溫管I彎頭角度微小的形變，完全足以補(bǔ)償其低溫管I因溫度不同發(fā)生的微小熱脹冷縮。從而避免了采用波紋管作為溫度補(bǔ)償?shù)钠胀ǖ蜏剌斔凸芎芏嗳毕?，比如避免了波紋管承壓能力小的缺點(diǎn)，還避免了波紋和低溫管I焊縫因?yàn)槎啻卫炫c壓縮產(chǎn)生疲勞失效的缺點(diǎn)。
[0071]如圖6所示，真空管支撐件22包括依次連接的大端襯墊221、圓管大端222、圓管小端223和小端襯墊224，這些功能結(jié)構(gòu)組合成一個(gè)整體零件。真空管2的材料采用鋼、銅、鋁合金、鈦合金等常見(jiàn)金屬材料，當(dāng)然也可以與采用與低溫管I相同的材料，只是成本會(huì)高
——止匕
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[0072]真空管支撐件22的圓管大端222的外徑與真空直管21的外徑相同；圓管小端223的外徑與真空管彎頭23的外徑相同。這是因?yàn)檎婵展苤渭?2也是真空管2的一部分，必須與真空管2的其它零部件尺寸保持一致，才能焊接裝配在一起。大端襯墊221的外徑與真空直管21的內(nèi)徑呈間隙配合的幾何關(guān)系；小端襯墊224的外徑與真空管彎頭23的內(nèi)徑呈間隙配合的幾何關(guān)系。
[0073]圓管大端222的外表面上徑向均勻設(shè)置有3個(gè)以上的定位凸臺(tái)225，定位凸臺(tái)225沿這圓管大端222周向均勻分布；定位凸臺(tái)225的外表面與保護(hù)氣體管支撐件32的內(nèi)表面有一定間隙，且間隙界于Omm至Imm之間；
[0074]以上是關(guān)于真空管支撐件22的詳細(xì)結(jié)構(gòu)說(shuō)明，下面進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明中真空管支撐件22的結(jié)構(gòu)的帶來(lái)的有益作用，主要有以下兩方面:
[0075]第一，本發(fā)明的真空管支撐件22，在圓管外端設(shè)有定位凸臺(tái)225，使得真空管支撐件22既具有支撐件的作用，即將真空管2支撐在保護(hù)氣體管3內(nèi)，又具有真空管2的作用，即連接了真空直管21和真空管彎頭23，屬于真空管2的一部分，工作時(shí)其內(nèi)為真空，這種一體式的結(jié)構(gòu)，相比普通低溫輸送管采用的支撐件和真空層分離的結(jié)構(gòu)，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性更好，更不容易發(fā)生因支撐件和真空管2分體式結(jié)構(gòu)的焊縫開(kāi)裂而失效；
[0076]第二，真空管支撐件22的兩端設(shè)有襯墊結(jié)構(gòu)，在本發(fā)明中，襯墊的主要作用是在焊接組裝時(shí)起定位作用，對(duì)于沒(méi)有這種結(jié)構(gòu)的普通低溫輸送管，焊接時(shí)兩個(gè)零部件很難對(duì)中，從而造成焊接錯(cuò)邊過(guò)大等缺陷，本發(fā)明正是為了避免這個(gè)缺陷而增加了襯墊結(jié)構(gòu)。
[0077]真空管彎頭23和所述保護(hù)氣體管彎頭33由兩個(gè)半圓形彎頭231抱合焊接而成一個(gè)90°整彎頭，圖7所示的是真空管彎頭23的結(jié)構(gòu)示意圖。真空管彎頭23的外徑比真空管2的外徑小，其外徑的具體值以保護(hù)氣體管接頭34能順利套過(guò)組焊好的真空管2為準(zhǔn)。
[0078]以上是關(guān)于真空管彎頭23的詳細(xì)結(jié)構(gòu)說(shuō)明，下面進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明中真空管彎頭23的結(jié)構(gòu)的帶來(lái)的有益作用，主要有以下兩方面:
[0079]其一，由于其采用兩個(gè)半圓彎頭抱合組焊成一個(gè)整圓彎頭的方案，和普通采用整圓彎頭的真空管彎頭23相比，雖然焊縫長(zhǎng)度有所增加，但能使真空管彎頭23的直徑大大減小。因?yàn)槠胀ㄕ軓濐^要套過(guò)直段的低溫管1，必須將直徑控制在一個(gè)較大數(shù)值之上，才可以實(shí)現(xiàn)裝配，但兩半圓管的抱合焊接裝配，對(duì)真空管彎頭23直徑的限制要小得多，抱和狀態(tài)下只要和里面的低溫管I不接觸即可，這對(duì)減小整個(gè)低溫輸送單元的直徑尤為關(guān)鍵，從而有利于低溫輸送單元在對(duì)空間大小有嚴(yán)格限制的場(chǎng)合使用。
[0080]其二，采用了變徑結(jié)構(gòu)，由于其外徑比真空管2的外徑小，所以在裝配時(shí)，保護(hù)氣體管接頭34才能依次順利的套過(guò)組焊好的真空直管21、真空管支撐件22、真空管彎頭23及真空管接頭24，實(shí)現(xiàn)與上一個(gè)單元保護(hù)氣體直管31的對(duì)接焊接，從而實(shí)現(xiàn)分層焊接(即每個(gè)單元的低溫輸送單元的每一層管道的所有零部件組焊完畢并檢測(cè)合格后，再進(jìn)行下一層管道的焊接)，這使低溫輸送單元的整體加工制造工序變得更為簡(jiǎn)單，不容易出錯(cuò)，當(dāng)檢測(cè)不合格時(shí)，由于下一層管道還沒(méi)組焊，這又給補(bǔ)焊修復(fù)帶來(lái)極大的方便。若采用普通低溫輸送管的等直徑結(jié)構(gòu)，則無(wú)法實(shí)現(xiàn)這種分層焊接，只能每層零部件交叉混合組焊，因?yàn)槿粽婵展軓濐^23與真空直管21的直徑相同，則保護(hù)氣體管接頭34無(wú)法完全套過(guò)組焊好的真空層，會(huì)在真空管彎頭23處卡住。
[0081]保護(hù)氣體直管31的結(jié)構(gòu)為直通圓管，保護(hù)氣體管支撐件32的整體結(jié)構(gòu)為變徑、帶墊板的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，它們的材料采用鋼、銅、鋁合金、鈦合金等常見(jiàn)金屬材料，當(dāng)然也可以與采用與低溫管I相同的材料，只是成本會(huì)高一些。
[0082]保護(hù)氣體管支撐件32的大端的外徑與保護(hù)氣體管彎頭33的外徑相同，其小端的外徑與保護(hù)氣體管3的外徑相同，其小端的內(nèi)徑與保護(hù)氣體管3的內(nèi)徑相同。這是因?yàn)楸Ｗo(hù)氣體管支撐件32是保護(hù)氣體管3的一部分，必須與氦氣層的其它零部件尺寸保持一致，才能焊接裝配在一起。
[0083]保護(hù)氣體管支撐件32的大端墊板的外徑與保護(hù)氣體管彎頭33的內(nèi)徑呈間隙配合的幾何關(guān)系。保護(hù)氣體管支撐件32的墊板結(jié)構(gòu)，主要作用是在其焊接組裝時(shí)起定位作用，對(duì)于沒(méi)有這種結(jié)構(gòu)的普通低溫輸送管，焊接時(shí)兩個(gè)零部件很難對(duì)中，從而造成焊接錯(cuò)邊過(guò)大等缺陷，本發(fā)明中采用的結(jié)構(gòu)正是為了避免這個(gè)缺陷而設(shè)置的。
[0084]保護(hù)氣體管彎頭33的結(jié)構(gòu)與真空管彎頭23的結(jié)構(gòu)形式相同，保護(hù)氣體管彎頭33的內(nèi)徑與保護(hù)氣體直管31相同，但對(duì)于低溫輸送單元，除了內(nèi)部介質(zhì)的壓力，還會(huì)承受格外的機(jī)械力，比如安裝及維護(hù)時(shí)，由于管道過(guò)長(zhǎng)，起吊時(shí)會(huì)使輸送管的彎頭處產(chǎn)生應(yīng)力集中，對(duì)普通的低溫輸送管，由于沒(méi)有采取合適的加強(qiáng)措施，往往容易在低溫輸送管最外層管道彎頭的焊縫處產(chǎn)生裂紋，針對(duì)這一缺陷，本發(fā)明的保護(hù)氣體管彎頭33的厚度為保護(hù)氣體直管31的1.5至2倍，本發(fā)明采用了保護(hù)氣體管彎頭33比保護(hù)氣體管3厚度大的結(jié)構(gòu)，從而在彎頭處能抵抗應(yīng)力集中，進(jìn)而減少?gòu)濐^處的焊縫產(chǎn)生裂紋。保護(hù)氣體管彎頭33的材料采用鋼、銅、鋁合金、鈦合金等常見(jiàn)金屬材料，當(dāng)然也可以與采用與低溫管I相同的材料，只是成本會(huì)高一些。
[0085]真空管接頭24和保護(hù)氣體管接頭34的整體結(jié)構(gòu)為變徑、帶墊板的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，材料采用鋼、銅、鋁合金、鈦合金等常見(jiàn)金屬材料，當(dāng)然也可以與采用與低溫管I相同的材料，只是成本會(huì)高一些，但采用的材料必須分別與真空直管21和保護(hù)氣體直管31相同。
[0086]實(shí)施例二:
[0087]本實(shí)施例提供了一種低溫輸送管，低溫輸送管包括若干個(gè)基本單元5，基本單元5是實(shí)施例一所述的抗輻照防爆的多層嵌套式低溫輸送單元，每個(gè)基本單元5的每個(gè)分層通過(guò)焊接首尾相接，從而成為能滿足不同長(zhǎng)度、不同空間位置要求的整根低溫輸送管，基本單元5的數(shù)量由低溫輸送管的長(zhǎng)度決定，基本單元5之間的組合方式有多種，如圖8所示的階梯型，也可以是如圖9所示的S型，對(duì)于具有核輻照需要屏蔽的情形，優(yōu)選方案為階梯型的，對(duì)于普通的應(yīng)用場(chǎng)合，S型的為其優(yōu)選方案。
[0088]以上所述實(shí)施例，只是本發(fā)明的較佳實(shí)例，并非來(lái)限制本發(fā)明的實(shí)施范圍，故凡依本發(fā)明申請(qǐng)專利范圍所述的構(gòu)造、特征及原理所做的等效變化或修飾，均應(yīng)包括于本發(fā)明專利申請(qǐng)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種抗輻照防爆的多層嵌套式低溫輸送單元，其特征在于:所述低溫輸送單元呈“L”形，包括從里到外依次設(shè)置的I個(gè)以上的低溫管(1)、真空管(2)和保護(hù)氣體管(3)，所述低溫管(I)通過(guò)2個(gè)以上的低溫管支撐件(4)安裝在所述真空管(2)的內(nèi)壁上； 所述真空管(2)包括依次連接的真空直管(21)、真空管支撐件(22)、真空管彎頭(23)和真空管接頭(24); 所述保護(hù)氣體管(3)包括依次連接的保護(hù)氣體直管(31)、保護(hù)氣體管支撐件(32)、保護(hù)氣體管彎頭(33)和保護(hù)氣體管接頭(34); 所述低溫管(I)離彎頭近的前端部縮進(jìn)所述真空管接頭(24)內(nèi)部5?15_的距離，且需與所述低溫管(I)的后端部露出所述真空管(2)后端部的距離相等； 所述真空管接頭(24)的端部縮進(jìn)所述保護(hù)氣體管接頭(34)內(nèi)部5?15mm的距離，且需與所述真空管(2)的后端部露出所述保護(hù)氣體管(3)后端部的距離相等。
2.如權(quán)利要求1所述的抗輻照防爆的多層嵌套式低溫輸送單元，其特征在于:所述低溫管支撐件(4)為多環(huán)同心變位異型結(jié)構(gòu)，包括2個(gè)以上直徑不同的環(huán)形的支撐環(huán)(41)和定位環(huán)(42)，所述支撐環(huán)(41)為同心的幾何關(guān)系，相鄰的兩個(gè)所述的支撐環(huán)(41)之間留有間隙并通過(guò)三個(gè)以上的所述連接筋(43)將相鄰的所述支撐環(huán)(41)連接在一起；所述的連接筋(43)沿著圓周方向均勻分布；當(dāng)支撐環(huán)(41)有三個(gè)以上時(shí)，相鄰層的連接筋(43)需等間距錯(cuò)位分布，即位于內(nèi)層的的連接筋(43)位于兩個(gè)相鄰?fù)鈱舆B接筋(43)的中間位置，形成變位結(jié)構(gòu)； 所述定位環(huán)(42)的數(shù)量與所述低溫管(I)的數(shù)量相同，所述定位環(huán)(42)均勻分布在最里層的支撐環(huán)(41)的中間，且所述定位環(huán)(42)的外邊沿與最里層的支撐環(huán)(41)的內(nèi)邊沿相連接，每個(gè)所述定位環(huán)(42)的內(nèi)邊沿周向均勻設(shè)置有至少兩個(gè)內(nèi)凸臺(tái)(421)，所述內(nèi)凸臺(tái)(421)通過(guò)焊接與低溫管(I)連接在一起，從而實(shí)現(xiàn)所述低溫管支撐件(4)與低溫管(I)之間的連接； 位于最外層的所述支撐環(huán)(41)的外邊沿上均勻設(shè)置有若干個(gè)外凸臺(tái)(411)，所述外凸臺(tái)(411)的項(xiàng)部位于同一理論圓周上。
3.如權(quán)利要求1所述的抗輻照防爆的多層嵌套式低溫輸送單元，其特征在于:所述低溫管(I)及低溫管支撐件(4)的材料為OK至293K溫度范圍平均線膨脹系數(shù)低于3.0X 10_6/K的低膨脹鐵鎳或鐵鎳鈷合金，且低溫管(I)和所述低溫管支撐件(4)的材料必須相同。
4.如權(quán)利要求1所述的抗輻照防爆的多層嵌套式低溫輸送單元，其特征在于:所述真空管支撐件(22)包括依次連接的大端襯墊(221)、圓管大端(222)、圓管小端(223)和小端襯墊(224)，所述圓管大端(222)的外表面上徑向均勻設(shè)置有3個(gè)以上的定位凸臺(tái)(225); 所述大端襯墊(221)的外徑與所述真空直管(21)的內(nèi)徑呈間隙配合的幾何關(guān)系； 所述小端襯墊(224)的外徑與真空管彎頭(23)的內(nèi)徑呈間隙配合的幾何關(guān)系； 所述定位凸臺(tái)(225)的外表面與保護(hù)氣體管(3)的內(nèi)表面之間具有O?Imm的間隙。
5.如權(quán)利要求1所述的抗輻照防爆的多層嵌套式低溫輸送單元，其特征在于:所述低溫管(I)由無(wú)縫管彎曲形成。
6.如權(quán)利要求1所述的抗輻照防爆的多層嵌套式低溫輸送單元，其特征在于:所述真空管彎頭(23)和所述保護(hù)氣體管彎頭(33)由兩個(gè)半圓形彎頭(231)抱合焊接而成一個(gè)90°整彎頭；所述真空管彎頭(23)的外徑比真空管(2)小。
7.如權(quán)利要求2所述的抗輻照防爆的多層嵌套式低溫輸送單元，其特征在于:所述外凸臺(tái)(411)與最外層的連接筋(43)等間距錯(cuò)位分布，即外凸臺(tái)(411)位于兩個(gè)最外層連接筋(43)的中間位置；所述連接筋(43)的寬度為支撐環(huán)(41)寬度的五分之一以下。
8.如權(quán)利要求2所述的抗輻照防爆的多層嵌套式低溫輸送單元，其特征在于:所述內(nèi)凸臺(tái)(421)的形狀為長(zhǎng)條形，所述外凸臺(tái)(411)的形狀為半球形、半圓柱形及四面體的一種或多種。
9.一種低溫輸送管，其特征在于:所述低溫輸送管包括若干個(gè)基本單元(5)，所述基本單元(5)是權(quán)利要求1至8任意一項(xiàng)所述的抗輻照防爆的多層嵌套式低溫輸送單元，若干個(gè)所述基本單元(5)首尾相接，從而形成滿足不同長(zhǎng)度、不同空間位置要求的低溫輸送管。
10.如權(quán)利要求9所述的低溫輸送管，其特征在于:所述低溫輸送管呈階梯形或S形。
【文檔編號(hào)】F16L9/22GK104500868SQ201410674692
【公開(kāi)日】2015年4月8日 申請(qǐng)日期:2014年11月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月21日
【發(fā)明者】余朝舉, 胡春明, 王靈淑, 陳豫紅, 葛瑞榮 申請(qǐng)人:東莞中子科學(xué)中心