核聚变装置用超导电缆导体绞缆外径控制装置及控制方法

摘要

本发明公开了一种核聚变装置用超导电缆导体绞缆外径控制装置及控制方法，以解决超导电缆在绞合紧压外径控制中存在的超导股线镀层脱落、超导丝断裂、空隙率不均匀的问题。绞缆外径控制装置包括并线模具、辊压轮组、整形定径模具，并线模具后设置有辊压轮，辊压轮后设置有整形定径模具，所述辊压轮组至少为6组；所述辊压轮组包括上辊压轴、下辊压轴、上滚压轮、下滚压轮和轴承，所述上滚压轮与下滚压轮之间为辊压孔，所述辊压轮组的辊压孔在一条中心线上，各组辊压轮组的辊压孔的孔径从并线模具端至整形定径模具端依次渐小；相邻辊压轮组中的辊压轴相互垂直布置。本发明超导电缆外径恒定，绞合出的超导电缆能够达到超导电缆技术规范的要求。

说明书

技术领域

本发明涉及超导线材绞缆领域，具体地说是一种核聚变装置用超导电缆导体绞缆外径控制装置及控制方法。

背景技术

超导电缆（CICC）管装电缆导体是一种多级电缆，导体的第一级子缆由若干根铜线和若干根超导线材按照一定的绞合节距绞合构成，然后将若干根子缆单元再按照一定的绞合节距绞合构成二级子缆，同理再构成三级、四级子缆，最终绞制成五级极缆。超导电缆绞合后的超导股线达1154根，每根超导股线直径为0.73±0.003mm，又有许多根极细的超导丝组成。由于各级缆外径、电缆的空隙系数对于导体的电磁性能影响较大，因此，CICC管装电缆导体绞缆过程对于电缆的外径、电缆的空隙率的控制要求是非常严格的。

由于CICC管状超导电缆的设计外径远小于电缆绞合的自然外径，在电缆的绞合中必须采取外径缩径措施，超导丝的材质比较硬，几乎没有伸率，如按常规电缆导体缩径的办法对超导电缆的外径进行控制，在缩径中超导股线表面的铌镀层极易被刮掉，位于超导电缆表层的超导股线极易变形，股线的超导丝极易断裂，位于表层股线的空隙率比里层股线的空隙率小，造成电缆空隙率不均衡，又因超导丝的弹性比较大，缩径后，超导股线反弹，造成超导电缆外径不恒定，这样绞合出的超导电缆根本达不到超导电缆技术规范的要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种核聚变装置用超导电缆导体绞缆外径控制装置。

本发明的另一个目的是提供一种超导电缆导体绞缆外径控制控制方法，以解决超导电缆在绞合紧压外径控制中存在的超导股线镀层脱落、超导丝断裂、空隙率不均匀的问题。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种核聚变装置用超导电缆导体绞缆外径控制装置，它包括并线模具、辊压轮组、整形定径模具，并线模具后设置有辊压轮，辊压轮后设置有整形定径模具，所述辊压轮组至少为6组；所述辊压轮组包括上辊压轴、下辊压轴、上滚压轮、下滚压轮和轴承，所述上滚压轮与下滚压轮之间为辊压孔，所述辊压轮组的辊压孔在一条中心线上，各组辊压轮组的辊压孔的孔径从并线模具端至整形定径模具端依次渐小；相邻辊压轮组中的辊压轴相互垂直布置。每两对辊压轮相互垂直放置，电缆在水平、垂直两个方向反复受力，内外层的股线自动找位、受压，使得电缆各方向的空隙率一致。

通过辊压轮，使得绞合的超导电缆有一个向电缆中心的径向压力，各道辊压轮孔径递减，使得电缆经过每道辊压轮时，均匀受力，电缆的外径呈阶梯逐步减小，受压的径向力逐步向内层传递，避免了常规电缆紧压时，电缆表面受压变形、内部受力很小、电缆内外空隙率不一致的问题。

作为本发明的进一步改进，所述辊压孔的孔型为椭圆型。椭圆型的孔型能够保证电缆能够充分受力而不损伤股线。

作为本发明的更进一步改进，所述辊压孔长短轴之比为1.3-1.6。

本发明所述并线模具优选为两个，两道并线钨钢模具的作用在于超导缆绞合中将绞合股线进行有规则的的合拢，第一道比电缆绞合的计算外径大2-3mm，第二道钨钢模具孔径等于电缆绞合的计算外径。第一道钨钢模具的作用是对绞合的电缆股线进行合拢，本道模孔径不能小于计算外径加2mm，否则，会造成股线表面受损，也不能大于计算外径加3 mm，否则造成股线不能规则绞合，严重时股线发生跳浜；第二道钨钢模具作用是对绞合股线进行进一步合拢，使得绞合股线在不受到损伤的条件下最大限度的紧密、规则排列。

本发明一种核聚变装置用超导电缆导体绞缆外径控制方法，它为下列步骤：

A、首先各股线先经过并线模具合拢；

B、合拢的股线经过至少六道辊压轮进行辊压；

C、经过辊压的电缆进入整形定径模具，整形定径模具（10）的孔径比超导电缆的外径小0.2-0.5mm；

所述并线模具和整形定径模具分为入口区、变形区、定径区和出口区，入口区的角度为40-50°角，入口区长度为6-8mm，变形区的角度为30-40°角，变形区长度为8-10mm，定径区长度为2-3mm,出口区长度为1-1.5mm；

所述整形定径模具入口区的角度为40-50°角，入口区的长度为3-5 mm，变形区角度为20-30°，变形区的长度5-8mm，定径区长度为3-5 mm，出口区长度为1-1.5mm。主要因为超导丝有反弹现象，作用是进一步提高辊压后超导电缆的圆整度，使得超导电缆的外径均匀一致，符合外径公差要求。

本发明超导电缆外径恒定，绞合出的超导电缆能够达到超导电缆技术规范的要求。

附图说明

图1为超导电缆导体绞缆外径控制装置的结构示意图； 

图2本发明并线模具和整形定径模具的结构示意图；

图3为本发明辊压轮的结构示意图；

图4是本发明超导电缆导体绞缆外径控制装置绞缆状态图。

具体实施方式

本发明一种核聚变装置用超导电缆导体绞缆外径控制装置，包括并线模具9、辊压轮组、整形定径模具10，并线模具9后设置有辊压轮，辊压轮后设置有整形定径模具10，辊压轮组至少为6组；辊压轮组包括上辊压轴23、下辊压轴24、上滚压轮21、下滚压轮22和轴承3，上滚压轮21与下滚压轮22之间为辊压孔4，辊压轮组的辊压孔4在一条中心线上，各组辊压轮组的辊压孔4的孔径从并线模具端至整形定径模具端依次渐小；相邻辊压轮组中的辊压轴相互垂直布置。

本发明实施方式中辊压孔4的孔型为椭圆型，辊压孔4长短轴之比为1.3-1.6。孔为光滑过度，不应出现棱角。

本发明实施方式中并线模具9为两个。 

本发明一种核聚变装置用超导电缆导体绞缆外径控制方法，为下列步骤：

A、首先各股线先经过并线模具9合拢，并线模具优选为两个，第一道并线模具的孔径比电缆绞合的计算外径大2-3mm，第二道并线模具的孔径等于电缆绞合的计算外径。

B、合拢的股线经过至少六道辊压轮进行辊压；

C、经过辊压的电缆进入整形定径模具10，整形定径模具10为钨钢模具，整形定径模具10的孔径比超导电缆的外径小0.2-0.5mm；

并线模具9和整形定径模具10分为光滑过度的入口区5、变形区6、定径区7和出口区8，各区不应出现棱角；入口区5的角度为40-50°角，入口区长度a为6-8mm，变形区6的角度为30-40°角，变形区长度b为8-10mm，定径区长度c为2-3mm,出口区长度d为1-1.5mm；

整形定径模具入口区5的角度为40-50°角，入口区的长度为3-5 mm，变形区角度为20-30°，变形区的长度5-8mm，定径区长度为3-5 mm，出口区长度为1-1.5mm。

实施例1     以PF5超导缆为例，

超导电缆绞缆时，首先各股线先由绞轮17到达孔径为38.5mm的第一道并线模具91，再经过孔径为37.5 mm的第二道并线模具92合拢，绞合后超导缆进入第一辊压轮11孔径为36.5 mm，第二辊压轮12孔径为36.3 mm，第三辊压轮13孔径为36.0 mm，第四辊压轮14孔径为35.8 mm、第五辊压轮15孔径为35.6 mm，第六辊压轮16孔径为35.4 mm进行辊压，使超导缆的外径达到35.4±0.4 mm。经过六道辊压轮进行辊压，辊压轮的表面经过硬化、打磨处理，使得辊压时不因辊压轮表面不光滑致使电缆股线表面镀层脱落、受损。之后电缆进入孔径为35.4 mm的钨钢整形定径模具10，使得电缆的外径达到35.4+0.2-0.3 mm,经电缆牵引架18至收线架19收卷。实践证明上述模具的组合紧压能够有效地实现超导电缆绞缆的外径控制。