低温超导强磁除铁器

摘要

本发明公开了一种低温超导强磁除铁器，是在外壳中设有低温恒温器，低温恒温器通过拉杆吊挂在外壳内壁上；所述的低温恒温器具有一室温杜瓦，室温杜瓦中设有4.2K杜瓦，室温杜瓦与4.2K杜瓦之间设有热辐射屏，室温杜瓦与热辐射屏之间、热辐射屏与4.2K杜瓦之间周边设有间隙；在4.2K杜瓦的内筒上绝缘绕制有超导线圈，由一对二元电流引线对超导线圈供电；在室温杜瓦上安装有具有二级冷头的制冷机，分别用来冷却热辐射屏、二元电流引线及4.2K杜瓦；室温杜瓦与4.2K杜瓦之间为真空状态，且4.2K杜瓦内充有液氦20。本发明磁感应强度大、能从物料内吸出细小铁磁物质，工作稳定性高。

说明书

技术领域

本发明涉及一种强磁除铁器，特别涉及一种低温超导强磁除铁器。

背景技术

中国是世界上最大的原煤生产国，年产原煤超过10亿吨。同时，中国也是最大的煤炭出口国之一。中国的高热量、低灰、低硫煤炭储量很大，这使中国及海外用户受益不少。然而，一个严重的缺陷是中国的原煤存在着杂铁和雷管。这些杂物给用户带来了严重的问题，在电厂，杂铁阻碍了碎煤机的有效运转，而雷管则在煤炭的加工、运输设备中有引起火灾和爆炸的危险。因此，当煤炭在宽皮带机上高速运行时，利用普通电磁除铁器，要从50cm厚的煤层中清除雷管和杂铁并不是一件容易的事。

依照工作方式的不同，除铁器通常可分为永磁除铁器、电磁除铁器和超导强磁除铁器。电磁除铁器可分为油浸式电磁除铁器、干式电磁除铁器以及风冷电磁除铁器等几种类型。它们虽然有其各自的优点，但也存在着一些重大的缺陷。油浸式电磁除铁器存在着燃烧的危险；干式电磁除铁器价格昂贵，绕组电流密度低，体积庞大；风冷电磁除铁器体积大，清洗麻烦。随着业界对除铁器场强指标要求越来越高，永磁除铁器、电磁除铁器已经不能满足高端市场的需要，急需开发一种新型的安全可靠且效率高的强磁除铁器。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种磁感应强度大、能从物料内吸出0.1kg以下的细小铁磁物质的低温超导强磁除铁器。

为解决上述技术问题，本发明包括外壳，其结构特点是在外壳中设有低温恒温器，低温恒温器通过拉杆吊挂在外壳内壁上；所述是低温恒温器具有一室温杜瓦，室温杜瓦中设有4.2K杜瓦，室温杜瓦与4.2K杜瓦之间设有热辐射屏，室温杜瓦与热辐射屏之间、热辐射屏与4.2K杜瓦之间周边设有间隙；在4.2K杜瓦的内筒上绝缘绕制有超导线圈，由一对二元电流引线对超导线圈供电；在室温杜瓦上安装有具有二级冷头的制冷机，分别用来冷却热辐射屏、二元电流引线及4.2K杜瓦；室温杜瓦与4.2K杜瓦之间为真空状态，且4.2K杜瓦内充有液氦。

所述的超导线圈由铜基铌钛多芯扭绞细丝组成的超导线绕制而成，该超导线圈的超导线由四段组成，每段并联二极管保护。

在拉杆的上端处安装有称重传感器。

所述的二元电流引线由上端铜电流引线、下端高温超导电流引线以及中间温度截流块连接而成，在铜电流引线上端设有电流引线室温连接头，在高温超导电流引线下端设有电流引线低温端连接头。

所述的制冷机一级冷头上设有导冷块，通过导冷块与热辐射屏和二元电流引线中间温度截流块相联接，在导冷块与4.2K杜瓦口部之间设有真空隔离罩。

所述的制冷机为两台，沿低温恒温器轴线对称设置。

在超导线圈的线圈匝间和层间都灌有石蜡。

所述的超导线圈与4.2K杜瓦内筒之间设有绝缘层，超导线圈底部与4.2K杜瓦之间设有下环氧绝缘块，超导线圈顶部设有上环氧绝缘块，上环氧绝缘块上方设有从轴线方向压紧线圈的不锈钢挡板，不锈钢挡板顶部设有线圈轴向定位装置；在超导线圈圆周方向缠绕有压紧线圈的不锈钢绑扎带。

在制冷机室温端安装有磁屏蔽罩，该磁屏蔽罩整体呈方形。

所述的4.2K杜瓦通过杜瓦上吊杆及下吊杆吊挂在室温杜瓦上；热辐射屏通过上拉杆及下拉杆吊挂在室温杜瓦上。

采用上述结构后，低温恒温器整体吊挂在一外壳中，可以有效避免受灰尘因素影响，而用于产生强磁场的超导线圈置于真空杜瓦中，采用液氦浸泡式冷却方式，通过一对二元电流引线供电，完全置于低温恒温器内，由具有二级冷头的制冷机分别用来冷却热辐射屏、二元电流引线及4.2K杜瓦，由室温通过铜电流引线等元件向低温的漏热以及铜电流引线本身的焦耳发热量，被制冷机一级冷头带走，减小外界对超导线圈所在的4.2K杜瓦的漏热，二级冷头工作温度为4.2K，用来冷凝4.2K杜瓦中由于外界漏热以及磁体运行发热而汽化的氦气。由于外界对4.2K杜瓦的漏热以及线圈接头电阻等发热引起液氦汽化所产生的氦气被制冷机重新冷凝至4.2K杜瓦内，使浸泡在液氦中的超导线圈一直工作在低温超导状态，因而，本发明具有很高的稳定性。经实验，该低温超导强磁除铁器底部表面磁感应强度达2万高斯，工作点磁感应强度在4000高斯以上，磁感应强度大、能从物料内吸出0.1kg以下的细小铁磁物质。本发明具有磁感应强度高、磁感应梯度大、除尽率高、耗能少等优点，具有广泛的应用前景。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细描述：

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为图1中超导除铁器的结构示意图；

图3为图1中超导线圈的剖面结构示意图；

图4为图1中二元电流引线的结构示意图；

图5为制冷机与杜瓦连接结构图。

具体实施方式

参照附图，该低温超导强磁除铁器包括外壳120，外壳120整体呈圆形，外壳120内壁上设有承重座，在外壳120中设有低温恒温器60，低温恒温器60通过拉杆100吊挂在外壳120内壁的承重座上，拉杆100下端连接在低温恒温器60外侧支座上，在拉杆100的上端处安装有称重传感器110，称重传感器110用来测量被吸在圆形外壳120底部的杂铁重量，在圆形外壳120内壁上安装一个梯子90供设备维护人员使用。所述是低温恒温器60具有一室温杜瓦601，室温杜瓦601中设有4.2K杜瓦603，室温杜瓦601与4.2K杜瓦603之间设有热辐射屏602，室温杜瓦601与热辐射屏602之间、热辐射屏602与4.2K杜瓦603之间周边设有间隙，4.2K杜瓦603通过杜瓦上吊杆701及下吊杆702吊挂在室温杜瓦601上；热辐射屏602通过上拉杆801及下拉杆802吊挂在室温杜瓦601上，室温杜瓦采用不锈钢材料制成，热辐射屏采用铝合金材料制成，4.2K杜瓦采用不锈钢材料制成，定位与支撑的吊杆及拉杆采用环氧玻璃纤维材料制成。在4.2K杜瓦603的内筒上绝缘绕制有超导线圈30，由一对二元电流引线40对超导线圈30供电。超导线圈30与4.2K杜瓦603内筒之间设有绝缘层304，超导线圈30底部与4.2K杜瓦603之间设有下环氧绝缘块303，超导线圈30顶部设有上环氧绝缘块306，上环氧绝缘块306上方设有从轴线方向压紧线圈的不锈钢挡板305，不锈钢挡板305顶部设有线圈轴向定位装置307，该线圈轴向定位装置307为安装在不锈钢挡板305上方4.2K杜瓦603内壁上的轴向定位块；在超导线圈30圆周方向缠绕有压紧线圈的不锈钢绑扎带302。在室温杜瓦601上安装有具有二级冷头的制冷机10，分别用来冷却热辐射屏602、二元电流引线40及4.2K杜瓦603；室温杜瓦601与4.2K杜瓦603之间为真空状态，且4.2K杜瓦603内充有液氦20，超导线圈30浸泡在液氦中。所述的超导线圈30由铜基铌钛多芯扭绞细丝组成的超导线绕制而成，该超导线圈的超导线由四段组成，每段并联二极管保护，超导线圈30的线圈匝间和层间都灌有石蜡，防止磁体运行时导线可能产生扰动而引发失超，以稳定磁体；在制冷机一级冷头102上设有与其密封连接的导冷块105，通过导冷块105与热辐射屏602和二元电流引线40中间温度截流块403相联接，在导冷块105与4.2K杜瓦603口部之间密封连接有真空隔离罩106，使4.2K杜瓦603内外呈真空隔离状态；热辐射屏602和二元电流引线40高温端由制冷机一级冷头以传导方式来冷却；杜瓦603中的氦气由制冷机二级冷头冷凝成液氦。制冷机10为两台，沿低温恒温器60轴线对称设置，制冷机10与室温杜瓦601之间密封连接。本发明采用的二级制冷机，正常运行时，一级冷头工作温度为40K，用来冷却低温恒温器的热辐射屏和二元电流引线高温端，减小外界对超导线圈所在的4.2K杜瓦的漏热；二级冷头工作温度为4.2K，用来冷凝4.2K杜瓦中由于外界漏热以及磁体运行发热而汽化的氦气，使超导线圈30工作在4.2K环境温度中。在制冷机10室温端101安装有磁屏蔽罩107，以屏蔽超导线圈产生的磁场对制冷机电机性能的影响，电磁屏蔽罩为方形。所述的二元电流引线40由上端铜电流引线402、下端高温超导电流引线404以及中间温度截流块403连接而成，在铜电流引线402上端设有电流引线室温连接头401，在高温超导电流引线404下端设有电流引线低温端连接头405。本发明的二元电流引线由高温段的铜电流引线和低温段的高温超导电流引线组成。由室温通过铜电流引线等元件向低温的漏热以及铜电流引线本身的焦耳发热量，被制冷机一级冷头带走。低温段的电流引线由热导率低的高温超导线制成。整个二元电流引线结构可靠、性能优良，对超导线圈所在的4.2K杜瓦的漏热小，保证了系统的稳定性。在4.2K杜瓦中设有超导液氦液面计50，超导液氦液面计以铌钛超导丝为元件，采用四引线法，利用铌钛超导线在液氦中为超导态、在氦气中为正常态的特性，通过测量其电阻，可以简单而有效的确定液面的位置。

本发明装置工作时，由于外界对4.2K杜瓦的漏热以及线圈接头电阻等发热引起液氦汽化所产生的氦气被制冷机重新冷凝至4.2K杜瓦内，因而，本发明具有很高的稳定性。