DB34∕T 3239-2018 超导回旋加速器 输运线二、四极电磁铁设计准则

DB34Designcriteriaforthedipoleandquadrupolemagnetofbeamline安徽省市场监督管理局发布I1超导回旋加速器输运线二、四极电磁铁设计准则GB/T11345焊缝无损检测超声检测DB34/T3113超导回旋加速器输运线降能24二极电磁铁设计准则4.1设计流程4.2物理设计要求4.2.1磁铁的最大偏转磁感应强度应满足式(1)的规定。BR=T2+2TE0.................................R——磁铁的偏转半径，单位为m；c——光在真空中的传播速度，单位为E0——在磁铁内传输的粒子的静能量，单位为Mev。4.2.2磁铁的二维横向中心线上有效场区的磁感应强度均匀度的范围应为-5×10-4～5×10-4。34.3结构设计4.3.1输运线二极电磁铁无特殊用途要求，宜选用H型结构。4.3.2材料选择：磁铁铁芯宜选用硅钢等低碳钢材料，线圈材料宜选用无氧4.3.3电磁铁的线圈导线宜采用外方内圆结构，并采用内水冷的冷却方式，电流密度范围为2.54.3.4磁极间的气隙高度应g=2×(1.5o,+0₁+0₂)..............................o1——真空室腔体厚度，单位为mm;4.3.5真空室腔体厚度的取值范围宜为1.5mm4.3.6真空室腔体安装间隙的取值范围宜为1mm～2mm。4.3.7极面垫补宜选用的几种形式见图2,优先选用矩形垫补。(a)矩形垫补(b)梯形垫补(c)正负垫补(d)曲线垫补图2二极电磁铁极面垫补的几种形式4.3.8磁铁的励磁安匝数应满足式(3)的规定。NI=0.8fgB×10³......................................(3)NI——磁铁的励磁安匝数，单位为A;f考虑铁芯中损耗的安匝数所乘的系数，范围应为1.05～1.10。4.3.9铁线圈绕制时宜采用两层并绕方式，一并布置一个水路，线圈匝数应为偶数。线圈层数和每层4.3.10磁轭在吊装和安装等其它作用下产生变形，磁轭面积宜为磁极极面面积的1.15～1.25倍。4.3.11结构设计理论参考公式参见附录A。根据4.3.1～4.3.10及附录A的公式得到的设计尺寸确定应强度均匀度应满足4.2.2的要求，磁轭内部的磁场未出现严重磁饱和现象且最大磁感应强度应达到4.2.1中的要求，否则应对磁极宽度、安匝数等进行调整，并重新校核直至满足要求。4.3.12在二维磁场分布满足要求情况下，根据磁铁的结构模型分析其三维磁场分布，考虑端部效应，对磁极端面进行削斜处理，三维纵向磁感应强度在有效场区的积分均匀度应满足4.2.3的要求。44.4电参数及水冷参数设计4.4.1电参数及水冷设计理论公式参见附4.4.3磁铁一并线圈应布置一个水路，即线圈的冷4.4.4冷却水的流速应满足取值范围1∆P——线圈的水压降，宜选用的范围为(3～6)kg/cm2；L——单路水路长度，单位为m。4.4.5线圈冷却水进口位置温度宜取值范围为10℃~25℃。4.4.6线圈设计的温升应不超过25℃,如温升过高，应调整线圈设计方案，使其达到合适值。4.4.7励磁线圈导体内水流要求应为湍流，根据雷诺数可判断是否为湍流状态，雷诺数范围为5.1物理设计要求5.1.2磁铁的二维横向中心线上有效场区的磁感应强度梯度均匀度的范围应为-5×10-4～5×10-4。5.1.3磁铁的三维纵向磁感应强度5.2.1理想的纯垂直四极场极面形状应满足双曲面方程，见式(5)。xy..........................................(5)x——平面坐标系横坐标变量；a——双曲面的内接圆半径，单位为m5.2.2双曲面的内接圆半径由束流包络尺寸决定，宜取值的范围为束流包络半宽度的1.5.2.3极面宽度的取值范围应为双曲面内接圆半径的566.2.3线圈绝缘结构宜采用真空环氧浇注工艺，线圈固化后应适用于高辐射环境下，对地耐压7A.1结构设计理论公式A.1.1磁极延伸距离a0——磁极延伸距离，单位为mm；——磁感应强度均匀度，由物理设计要求确定，宜不大于0.0005。有效场区宽度根据束流包络尺寸确定，宜满足式（A.b——有效场区宽度，单位为mm；A.1.3磁极极面宽度PW=b+2a0..........................PW——极面宽度，单位为mm。A.1.4磁铁有效长度和磁极极面面积磁铁有效长度和磁极极面面积应分别满足式（A.4）和式（A.Leff=ΦR.................S极=10-3×PWLeff........Leff——磁铁有效长度，单位为m；A.1.5磁铁铁芯长度Liron=Leff-k1g×10-3.............................8Liron——铁芯长度，单位为m；k1——差值系数，在铁芯未发生严重磁饱和的情况下，范围应为1～1.15；在铁芯发生严重磁饱A.1.6磁铁线圈每极匝数Ndip......................................(A.7)J——导线的电流密度，单位为A/mm2；S0——所选导线的截面面积，单位为mm2。X=(X1+δ0)×N0....................................(A.8)Y=(Y1+δ0)×N1....................................(A.9)X——线圈的径向宽度，单位为mm；Y——线圈的轴向宽度，单位为mm；X1——导线径向宽度，单位为mm；N0——每极线圈每层的匝数；N1——每极线圈的层数。A.1.8磁极高度h=Y+μ......................................(Aμ——极面与线圈底面距离，单位为mm，取值范围宜为25mm～30mm。A.1.9线圈窗口的径向尺寸考虑线圈径向的不平度误差等，线圈窗口的径向尺寸应满足式（A.11）L径=X+2β.....................................(A.11)L径——线圈窗口的径向尺寸，单位为mm；Β——线圈窗口径向预留的安装间隙，单位为mm，取值范围宜为8mm～50mm。9A.1.10磁轭厚度h轭=.................h轭——磁轭厚度，单位为m；A.1.11磁柱宽度和高度磁芯回路中磁柱宽度和磁柱高度应满足式（A.13）和（A.14w柱=h轭×103.........h柱=2h+g......................A.2电参数及水冷设计公式A.2.1线圈电阻率ρt=ρ201+αt-20...........Α——线圈的电阻温度系数，单位为℃-1，取值参见电工手册；T——线圈的工作温度，单位为℃,取值范围宜为65℃~75℃。A.2.2线圈电阻L——每极线圈导线长度，单位为m，可由线圈最终尺寸计算确定。A.2.3线圈电压U——每极线圈电压，单位为V。A.2.4线圈两端功率P=J2S02Rcoil....................................(A.18)P——每极线圈功率，单位为W。A.2.5线圈温升ΔT=.....................................(A.19)q——每路冷却水的流量，单位为L/s，可由冷却水流速和内水冷导体的孔径计算得出。=..................