滑動式電接頭結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及接電技術(shù)，尤其涉及滑動式電接頭結(jié)構(gòu)，該滑動式電接頭結(jié)構(gòu)能夠應(yīng)用于托卡馬克實(shí)驗(yàn)裝置中的真空室穿透電纜和電源總線的接電過程，本實(shí)用新型還涉及該滑動式電接頭結(jié)構(gòu)的制造裝配方法。
【背景技術(shù)】
[0002]為了抑制等離子體的不穩(wěn)定性、實(shí)現(xiàn)各種托卡馬克聚變實(shí)驗(yàn)功能，作為托卡馬克聚變實(shí)驗(yàn)裝置的核心部件的真空室內(nèi)需要設(shè)置多種內(nèi)部線圈，包括面向等離子體的各種診斷線圈、強(qiáng)磁場中的屏蔽線圈、邊緣局域模和垂直不穩(wěn)定性線圈、偏濾器微調(diào)線圈、TBM主動補(bǔ)償線圈等等。這時需要通過穿透真空室壁設(shè)置穿透電纜給真空室內(nèi)的上述各種線圈供電，同時，穿透電纜的一端需要和電源總線連接，通常的連接方式是將穿透電纜和真空室壁、電源總線分別焊接，在這種連接方式下，真空室穿透電纜和電源總線通過其自身的支撐塊對真空室的(很微小的焊縫周圍)局部結(jié)構(gòu)進(jìn)行了的徑向約束，使得真空室彈性剛度出現(xiàn)了徑向局部不協(xié)調(diào)性，一旦真空室因復(fù)雜工況下發(fā)生必要的彈性形變或局部受力，真空室不可能在真空室穿透電纜和電源總線支撐的焊接部位出現(xiàn)均勻形變，從而使得真空室壁以及穿透電纜與真空室壁、電源總線的焊縫處均存在很大的應(yīng)力集中，從而危及真空室的結(jié)構(gòu)安全，產(chǎn)生漏氣風(fēng)險，同時，由于普通的電纜和電源總線接頭結(jié)構(gòu)很難克服上述應(yīng)力，從而增加穿透電纜與電源總線連接失敗的風(fēng)險，上述各部位應(yīng)力產(chǎn)生的主要原因如下:
[0003]首先，由于這些內(nèi)部線圈都將面臨聚變反應(yīng)的強(qiáng)輻照環(huán)境(中子輻照和伽馬射線輻照)，工作溫度偏高(300°C以上)，此溫度會通過電纜與真空室的焊接接觸由電纜傳遞給真空室，電纜和真空室會一起產(chǎn)生熱膨脹形變，而真空室穿透電纜和電源總線的固定接頭方式約束限制了真空室的形變(全金屬結(jié)構(gòu)的真空室薄壁變形量較大)，由于電纜和真空室的熱膨脹系數(shù)因結(jié)構(gòu)和材料的差異而不相等，于是真空室與穿透電纜及電源總線支撐的焊接處會出現(xiàn)應(yīng)力集中。
[0004]其次，由于托卡馬克磁約束聚變裝置的真空室內(nèi)為強(qiáng)磁場環(huán)境，穿透電纜在通電狀態(tài)下會產(chǎn)生很大的電磁力，具體可計算如下:電纜直徑一般為5mm?500mm，真空室(其直徑約為3m?20m)內(nèi)的電磁強(qiáng)度為0.5T?10T，則O?20kA的帶電電纜受到大約1kN/m?20kN/m的幅值高頻電磁力，電磁力方向與電纜的軸線垂直，經(jīng)計算在真空室徑向的分量大約為2?4噸。除了電源接頭結(jié)構(gòu)中的支撐結(jié)構(gòu)，電纜上本身還有一定數(shù)量的支撐塊均勻地圓周狀分布在真空薄壁的內(nèi)表面上，在采用傳統(tǒng)的電纜與電源總線固定式電接頭結(jié)構(gòu)的情況下，穿透電纜不能在軸向滑動，穿透電纜與電源總線、真空室薄壁的焊接部位的剛度要較其它的支撐塊要高，固定式電接頭結(jié)構(gòu)自身的形變量小，其值不足以卸掉其它支撐結(jié)構(gòu)的在真空室徑向的形變量，使得電纜上的分布在真空室薄壁內(nèi)表面上的其它支撐結(jié)構(gòu)承受的力小，而穿透電纜與真空室薄壁、電源總線的焊接部位受力集中，真空室薄壁的焊接周圍會在電纜電磁力的反作用力下發(fā)生較大局部變形(大約在電纜直徑2?3倍的圓周面范圍內(nèi))，這是因?yàn)閭鹘y(tǒng)的電源總線與電纜的電接頭結(jié)構(gòu)限制了電纜在軸向(與真空室的徑向方向相同)上的移動，使得電纜與真空室薄壁不能夠通過其它支撐塊形成一個整體結(jié)構(gòu)一起均勻受力，這種應(yīng)力集中會危及真空室的結(jié)構(gòu)安全并增加漏氣風(fēng)險，所以一般傳統(tǒng)的電纜和電源總線接頭結(jié)構(gòu)很難克服這種應(yīng)力集中，從而增加穿透電纜與電源總線的連接失敗的風(fēng)險。
[0005]此外，托卡馬克在運(yùn)行期間，真空室的溫度會由30°C迅速上升至100°C ;而在托卡馬克烘烤期間(每次持續(xù)24小時?36小時)，真空室的溫度會由30°C迅速上升至300°C，如此高的溫差會給真空室的結(jié)構(gòu)帶來很大的形變和應(yīng)力，而同時，托卡馬克在運(yùn)行期間電源總線的溫度變化較小，相比真空室來說，電源總線的溫差較小、熱形變很小，這就使得傳統(tǒng)的電纜與電源總線電接頭結(jié)構(gòu)不能很好的和真空室一起在真空室的徑向(與電纜的軸向同向)移動，電纜相比真空室薄壁來說是剛體結(jié)構(gòu)，那么剛體的電纜與柔性的真空室薄壁的負(fù)荷傳遞主要是靠焊接連接承受，從而真空室薄壁與電纜的焊接處會出現(xiàn)很大的熱應(yīng)力集中，危及焊縫的強(qiáng)度，增加真空室漏氣風(fēng)險。
[0006]而且，不僅上述托卡馬克實(shí)驗(yàn)裝置中存在上述問題，這些問題在其他很多需要給強(qiáng)磁真空環(huán)境供電的領(lǐng)域同樣涉及到，例如，太空航天器處在外太空的真空環(huán)境中時，航天器外面是真空，航天器里面是生存環(huán)境，為了對高速數(shù)字相機(jī)進(jìn)行供電，而供電電纜需要穿過航天器的真空容器抵達(dá)放置于其里面的電源總線，而且同樣處于地球、宇宙等離子體產(chǎn)生的強(qiáng)磁場中，與此同時，太空和托卡馬克實(shí)驗(yàn)環(huán)境一樣處于強(qiáng)烈的太陽中子輻照和超高溫差的工作環(huán)境(面朝太陽側(cè)溫度達(dá)300度以上)，從而同樣存在相關(guān)部位熱應(yīng)力集中的冋題。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0007]本實(shí)用新型解決的技術(shù)問題是現(xiàn)有的強(qiáng)磁場、真空環(huán)境供電領(lǐng)域存在的真空室壁以及穿透電纜與真空室壁、電源接頭的焊縫等部位存在的受力不均勻、應(yīng)力集中的問題，進(jìn)而提供一種能夠降低上述部位應(yīng)力的滑動式電接頭結(jié)構(gòu)，本實(shí)用新型還提供該滑動式電接頭結(jié)構(gòu)的制造裝配方法。
[0008]為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案如下:
[0009]滑動式電接頭結(jié)構(gòu)，用于連接第一導(dǎo)電元件和第二導(dǎo)電元件，其特征在于:還包括滑動導(dǎo)電體，所述滑動導(dǎo)電體與所述第一導(dǎo)電元件固定連接，在所述滑動導(dǎo)電體上有供所述第二導(dǎo)電元件穿過、且內(nèi)壁與所述第二導(dǎo)電元件配合的開孔，安裝狀態(tài)下，所述第二導(dǎo)電元件插入所述開孔中實(shí)現(xiàn)所述第二導(dǎo)電元件與所述滑動導(dǎo)電體之間的滑動式電連接。
[0010]優(yōu)選地，所述第一導(dǎo)電元件為電源總線，所述第二導(dǎo)電元件為真空室穿透電纜，所述滑動式電接頭結(jié)構(gòu)還包括用于支撐并固定所述滑動導(dǎo)電體的支撐件，所述支撐件能夠與所述滑動導(dǎo)電體可拆卸連接，在所述支撐件與所述滑動導(dǎo)電體之間設(shè)置有絕緣結(jié)構(gòu)，所述支撐件與真空室壁固定連接。
[0011]優(yōu)選地，在所述滑動導(dǎo)電體與所述真空室穿透電纜的接觸面位置的所述滑動導(dǎo)電體、所述真空室穿透電纜上分別鍍有銀層；
[0012]進(jìn)一步優(yōu)選地，所述滑動導(dǎo)電體上的所述銀層的厚度可以是2 μπι?30 μπι，
[0013]進(jìn)一步優(yōu)選地，所述真空室穿透電纜上的所述銀層的厚度可以是Iym?30 μπι。
[0014]優(yōu)選地，所述滑動導(dǎo)電體經(jīng)所述開孔分開成兩半，所述支撐件將所述滑動導(dǎo)電體預(yù)壓緊至所述真空室穿透電纜上。
[0015]優(yōu)選地，所述支撐件包括兩個對稱固定在真空室壁上、所述真空室穿透電纜兩側(cè)的支撐架，所述滑動導(dǎo)電體上所述開孔兩側(cè)對稱設(shè)置支撐臂，所述滑動導(dǎo)電體通過其中一個所述支撐臂與所述電源總線固定連接，安裝狀態(tài)下，所述滑動導(dǎo)電體通過所述開孔套在所述真空室穿透電纜上，兩個所述支撐臂分別固定在兩個所述支撐架上。
[0016]優(yōu)選地，每個所述支撐臂通過一個絕緣外包殼夾緊并固定在所述支撐架上，所述絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)置在所述滑動導(dǎo)電體外側(cè)，并延伸至所述絕緣外包殼與所述支撐臂之間。
[0017]優(yōu)選地，所述絕緣外包殼采用環(huán)氧樹脂制成。
[0018]優(yōu)選地，所述絕緣結(jié)構(gòu)均采用環(huán)氧樹脂制成。
[0019]優(yōu)選地，所述支撐件與真空室壁采用焊接方式固定連接。
[0020]優(yōu)選地，所述滑動導(dǎo)電體與所述電源總線采用焊接方式固定連接。
[0021 ] 優(yōu)選地，所述開孔為通孔。
[0022]優(yōu)選地，在所述真空室穿透電纜內(nèi)部設(shè)計有水冷孔。
[0023]上述滑動式電接頭結(jié)構(gòu)的制造裝配方法，包括以下步驟:
[0024]SOl:在所述滑動導(dǎo)電體、所述第二導(dǎo)電元件分別鍍上銀層；
[0025]S02:對鍍上銀層后的所述滑動導(dǎo)電體、所述第二導(dǎo)電元件進(jìn)行熱處理的步驟:
[0026]在溫度為450°C?550°C、真空度為KT3Pa?KT5Pa的條件下恒溫處理30min?24h后速冷至室溫，冷卻速度為0.50C /s?5°C /s。
[0027]優(yōu)選地，在步驟S02中在將溫度升高到預(yù)設(shè)溫度之后恒溫處理之前還包括將所述滑動導(dǎo)電體和所述第二導(dǎo)電元件裝配在一起的步驟，在步驟S02之后，還包括繼續(xù)將溫度冷卻至0°C?_15°C后恒溫至其它部件裝配完成的步驟。
[0028]優(yōu)選地，在步驟SOl之前，還包括對所述滑動導(dǎo)