一种便于实时监控维护的RFQ供水系统

摘要

本发明涉及加速器技术领域，尤指一种便于实时监控维护的RFQ供水系统；所述的供水系统包括安装支架、水循环系统和实时监控系统，所述的安装支架安装在RFQ加速器腔体上方，水循环系统和实时监控系统安装在安装支架上；结构上采用供水系统与腔体明显分离的形式，供水系统完全位于腔体上方，与腔体之间除软管连接外，有很大的间隙，使得结构更加明快，大大减少水系统震动对腔体的影响且便于承载工人操作维修；水系统既解决了RFQ加速器腔体及附属设备冷却，也起到了腔场调谐作用；所有的水流量开关信号的采集终端采用点‑面‑线的方式完解决数据采集和信号回传，此种数据采集方式的优点是省去控制机柜，使得控制方式轻便易实现。

说明书

技术领域

本发明涉及加速器技术领域，尤指一种便于实时监控维护的RFQ供水系统。

背景技术

射频四极场(RadioFrequencyQuadrupole，缩写为RFQ)加速器是一种强流低能离子直线加速器。因其能直接加速从离子源中引出的低能离子，并将其加速、纵向群聚、横向聚焦与匹配等多种功能汇集于一个结构之中，从而可高效率地将数十毫安、数百毫安乃至安培级的强流离子束加速至7MeV/μ左右。射频四极场加速器作为低能强流加速器的一种通用的前级加速器，在散裂中子源、加速器驱动洁净核能系统、中微子工厂等大型科学装置以及小型加速器中子源等应用装置中得到了日益广泛的应用。传统的射频四极场加速器结构包括四翼型和四杆型，其中四翼型射频四极场适合工作在在较高频率，适于高占空比及高平均射频功率情况。目前，四翼型射频四极场已成为强流加速器初始阶段(从离子源开始到能量为几MeV)普遍选择的加速结构。

当离子在射频四极场中运行时，高频电磁场在直线加速器腔体内产生较强的热效应，导致被加速的粒子热流密度大且热负荷不断波动，进而使加速器腔体的温度升高和自身固有的频率改变。尤其端部单元、电极和耦合单元的温度和频率变化最为明显，为此在建设射频四极场加速器工程期间，通常要为工程配置相应的供水循环系统，对加速器腔体进行冷却。在理论上，每个加速段的四个电极的热负荷最大，且是由热敏感元件制成，热效应最为明显，温度上升最快，是整个加速器腔体温度最高的部分，理应是最急迫需要冷却降温的，所以在实际建设中，有些工程会对供水循环系统进行区别对待，因为他们认为加速器腔体内不同部件之间的降温不一致需要冷却的要求和效果也不相同，这种同个腔体存在多组不同的供水循环系统实现冷却效果的工程，不仅建设难度大维护成本高，更重要的难以在实际意义中实现实时监控。

例如中国专利申请号为2019104191053，公开了一种四翼型射频四极场加速器腔体的配水系统，该配水系统，包括设置于加速器腔体的两侧的左配水管路和右配水管路，左配水管路和右配水管路均包括通用配水管路和电极配水管路，电极配水管路包括一根电极进水主管、多根电极进水支管、多个电极回水支路和一根电极回水主管，该技术方案虽然设置了专门用于冷却电极的电极配水管路，对加速器腔体的每个加速段两端的四个电极进行冷却降温，使得加速器腔体内不同部件之间的降温维持在同一温度，进而稳定了加速器腔体内的温度和频率，使加速器腔体得到的频率稳定的强流离子束，但是由于四段腔体分区设计，同时左配水管路和右配水管路采用同程布置的方式布置配水管路，使不同回水支路的水量分配不均衡，这样的设计使得工艺相对复杂，建设成本较高，维护起来也不方便；另外，电极回水支路和通用回水支路均将多个一级回水支路通过分水器汇集到了数量上更少的二级回水支路，在二级回水支路上设置数量更少的温度传感器和流量计，这样的设计，如不配合强大的控制系统和屏显系统，很难从实际意义上对分支水路进行温度和流量的实时监控，还会大概率存在信号误报警的情况；更重要的是该技术方案中将供水系统与RFQ安装支架混为一体，使得人为操作的维护工作不好实施。

发明内容

本发明针对现有技术中，难以实现对四翼型射频四极场加速器腔体进行实时监控和便捷维护的问题，旨在提供一种紧凑型的，便于实时监控维护的RFQ供水循环系统。

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案是：一种便于实时监控维护的RFQ供水系统，其特征在于：所述的供水系统包括安装支架、水循环系统和实时监控系统，所述的安装支架为整体呈“7”字形的悬臂梁绗架结构，安装在RFQ加速器腔体上方，水循环系统和实时监控系统安装在安装支架上。

所述安装支架的两侧竖梁设置有爬梯，横梁上吊装有水循环管道，水循环管道的正下方安装有RFQ加速器腔体。

所述的水循环系统包括N组水循环管道组，N进N出，形成N组相互独立的供水循环系统，每组水循环管道组包括进/回主管道和进/回支管道，每组水循环管道组的进/回主管道经过分支在加速器腔体正上方形成偶数个水循环单元，每个水循环单元在空间上的循环水进水和回水管道布置以腔体中心线呈镜像分布。

所述的实时监控系统包括数据采集盒、水流开关和控制中心，数据采集盒的数量与水循环单元相同，分别实时监测和收集不同水循环单元的水流量的电信号；每路循环水管道上均安装有水流开关用于实时监测该路管道中的水流量，作为该路管道的水流量开关信号的采集终端采用点，数据采集面板收集到该水循环单元中的各路管道的水流量信号后，通过各自的电缆线路将各路的水流量传感数据传输到控制中心。

所述每个水循环单元分进回管道形成多路循环水，多路的循环水中有部分用于冷却腔体，部分用于冷却其他附属设备，空间上任意一路循环水的进水管道和回水管道按照从前往后顺序一一对应。

所述的横梁和竖梁均采用槽钢，作为数据线走线线槽。

所述的数据采集盒由数据采集面板置入屏蔽盒中，数据采集盒安装在该水循环单元腔体上方对应的安装支架的横梁上。

所述的水循环系统与加速器腔体之间存在明显距离，通过软管实现连接。

所述的各个水流开关自带数据线与对应的数据采集面板各输入引脚连接，每个水流开关和数据采集面板引脚名一一对应，形成一个数据采集中心，每个数据采集面板通过一条多芯数据线将信号回传到控制中心。

所述的每个数据采集面板通过一条多芯数据线将信号回传到控制中心，包含一路开关量汇总信号和一路RS-485通讯信号。

所述的控制中心根据汇总信号做出连锁操作，并通过RS-485信号读取每个水流开关的状态或者设置屏蔽。

每组水循环管道组包括进/回主管道通过法兰连接进/回支管道形成进/回循环水路。

所述两组水循环管道组的水循环系统可以通过改变两个系统水温差实现腔体内微波场强的调谐。

本发明的有益效果是：本发明主要提供了RFQ大型供水系统，在整体结构上，采用供水系统与腔体明显分离的形式，供水系统完全位于腔体上方，与腔体之间除软管连接外，有很大的间隙，摒弃了国外将水循环系统与RFQ支架混为一体的方式，使得结构更加明快；供水系统在腔体上方，且距离适中，用软管连接，大大减少水系统震动对腔体的影响；另外本发明中的安装支架的主要功能是吊装，左右两侧是爬梯式设计和悬臂梁绗架结构，不仅可以稳固水循环管道，便于承载工人操作维修。

在水循环系统上，总共包括两套完全独立并且可实时监控的供水系统，两套水系统既解决了RFQ加速器腔体及附属设备冷却，也起到了腔场调谐作用；

在水流量的实时监控上，所有的水流量开关信号的采集终端采用点-面-线的方式完解决数据采集和信号回传，此种数据采集方式的优点是省去控制机柜，使得控制方式轻便易实现，当某路信号出线异常时，能迅速定位到水流开关位置，为排查问题节省时间和精力；并且可根据需要屏蔽任意一路水流开关的信号，对其他管路进行排查；数据采集面板连接可靠，且都位于安装支架之上，平时无人作业，安全可靠更有保障，由于线缆都集成在槽钢内，整体外观显得整齐，简洁，美观。

附图说明

图1是本发明的整体安装布局结构示意图。

图2是本发明中水循环系统与安装支架的安装结构示意图。

图3是本发明中水循环系统的布局示意图。

附图标注说明：1-安装支架，11-爬梯，12-水循环管道，13-横梁，2-水循环系统，21-进/回主管道，22-进/回支管道，23-水循环单元，3-实时监控系统，31-据采集盒，32-水流开关，4-加速器腔体。

具体实施方式：

以下结合说明书附图，以水循环系统中有两组水循环管道组的例子作为具体实施例，详细说明本发明的具体实施方式：

一种便于实时监控维护的RFQ供水系统，所述的供水系统包括安装支架1、水循环系统2和实时监控系统3，所述的安装支架1为整体呈“7”字形的悬臂梁绗架结构，安装在RFQ加速器腔体4上方，水循环系统2和实时监控系统3安装在安装支架1上；所述的水循环系统2与RFQ加速器腔体4之间存在明显距离，通过软管实现连接。

所述安装支架1的两侧竖梁设置有爬梯11，横梁13上吊装有水循环管道12，所述的横梁13和竖梁均采用槽钢，作为数据线走线线槽；水循环管道12的正下方安装有RFQ加速器腔体4，RFQ加速器腔体4分成四节机械腔。

所述的水循环系统2包括两组水循环管道12组，两进两出，为两组相互独立的供水循环系统2，两组水循环管道12组的水循环系统2可以通过改变两个系统水温差实现腔体内微波场强的调谐；每组水循环管道12组包括进/回主管道21和进/回支管道22，能提供多路循环水，水循环系统2在空间上排布位于加速器腔体4的正上方，每组水循环管道12组的进/回主管道21经过分支在加速器腔体4正上方形成四个水循环单元23，为四个机械腔提供水冷，每个水循环单元23在空间上的循环水进水和回水管道布置以腔体中心线呈镜像分布；所述每个水循环单元23分进回管道形成多路循环水，多路的循环水中有部分用于冷却腔体，部分用于冷却其他附属设备，空间上任意一路循环水的进水管道和回水管道按照从前往后顺序一一对应；每组水循环管道12组包括进/回主管道21通过法兰连接进/回支管道22形成进/回循环水路。

所述的实时监控系统3包括数据采集盒31、水流开关32和控制中心，数据采集盒31有四个，分别实时监测和收集四个水循环单元23的水流量的电信号，所述的数据采集盒31由数据采集面板置入屏蔽盒中，数据采集盒31安装在该水循环单元23腔体上方对应的安装支架1的横梁13上；每路循环水管道上均安装有水流开关32用于实时监测该路管道中的水流量，作为该路管道的水流量开关信号的采集终端采用点，数据采集面板收集到该水循环单元23中的各路管道的水流量信号后，通过各自的电缆线路将各路的水流量传感数据传输到控制中心；所述的各个水流开关32自带数据线与对应的数据采集面板各输入引脚连接，每个水流开关32和数据采集面板引脚名一一对应，形成一个数据采集中心，每个数据采集面板通过一条多芯数据线将信号回传到控制中心；所述的每个数据采集面板通过一条多芯数据线将信号回传到控制中心，包含一路开关量汇总信号和一路RS-485通讯信号；所述的控制中心根据汇总信号做出连锁操作，并通过RS-485信号读取每个水流开关32的状态或者设置屏蔽。

实施例：共有137路的水冷循环管道

本实施例中的便于实时监控维护的RFQ供水系统，作为高功率RFQ加速器腔体4大型水系统，是一个水路繁多，结构庞杂的水冷分水系统，总共包括两套完全独立并可实时监控的水循环系统2，两套水系统总共提供137路循环水，同时解决腔体及附属设备的冷却，和腔场调谐作用。

本实施例中供水系统主要包括安装支架1、水循环系统2和实时监控系统3，其中安装支架1的主要功能是吊装，稳固水循环管道12，由于腔体上水管排布密度很高而不规律，且需要方便安装和维护，所以安装支架1的左右两侧采用爬梯11式设计结合悬臂梁绗架结构，不仅吊装水循环管道12，还承载工人操作维修；另外左右两侧是爬梯11式设计，悬臂梁绗架结构是主要受力结构，在其上搭建横梁13，横梁13作为水循环管道12的吊装着力基体，竖梁为结构连接件，作为梁的槽钢可以作为数据线走线线槽，竖支撑和斜支撑做为受力辅助支撑。

本实施例中，采用水循环系统2与RFQ加速器腔体4分离的形式，水循环系统2完全位于腔体上方，与腔体之间除软管连接外，有很大的间隙，摒弃了国外将水循环系统2与RFQ支架混为一体的方式，使得结构更加明快；水循环系统2在腔体上方，且距离适中，用软管连接，比之前同类产品用铜管连接相比，大大减少水系统震动对腔体的影响；水循环管道12分为两组，两进两出，作为两个独立的水循环系统2，空间设计上排布于腔体正上方，在腔体正上方形成四个水循环单元23，为四个机械腔提供水冷；每个单元分进回，共32路循环水，其中20路冷却腔体，空间上任意一路循环水的进管道和回水管道以腔体中心线成镜像分布，利于工人在维护过程中的辨认操作；剩余12路冷却其他附属设备，空间上任意一路循环水进水回水按照从前往后顺序一一对应，此种方式大大减小了操作难度和出错率，减少的人力成本和时间成本，实现在有限的空间里高密度高集成更有效的水循环系统2。

本实施例中，实时监控系统3视为RFQ大型供水系统数据控制系统，包括数据采集面板、水流开关32和控制中心，数据采集面板有四块，分别实时监测和收集四个水循环单元23的水流量的电信号；每路循环水管道上均安装有水流开关32用于实时监测该路管道中的水流量，作为该路管道的水流量开关信号的采集终端采用点，数据采集面板收集到该水循环单元23中的各路管道的水流量信号后，通过各自的电缆线路将各路的水流量传感数据传输到控制中心；其中137路水冷循环管道的水流量开关信号的采集终端采用点-面-线的方式完解决数据采集和信号回传，即每路水冷循环管道均安装有水流开关32，由水流开关32的传感器分别向负责的数据采集面板发送信号，即共计水流开关32有137个；由于RFQ加速器腔体4由四节机械腔组成，将该137路循环水管道分别设置成四个水循环单元23，每个水循环单元23分别设计成有39路，32路，32路，34路循环管道，分别由四个数据采集面板一一对应四个水循环单元23。将数据采集面板放入屏蔽盒中，屏蔽盒安装在机械腔体正对上方的安装支架1的横梁13上，每个水流开关32自带数据线与数据采集面板各输入引脚连接，形成一个数据采集中心，每个水流开关32和数据采集面板的引脚名一一对应，每个数据采集面板通过一条多芯数据线将信号回传到控制中心，包含一路开关量汇总信号和一路RS-485通讯信号，控制中心根据汇总信号做出连锁操作，并可通过RS-485信号读取每个水流开关32的状态或者设置屏蔽，此种数据采集方式的优点是省去控制机柜，使得控制方式轻便易实现，当某路信号出线异常时，能迅速定位到水流开关32位置，为排查问题节省时间和精力；并且可根据需要屏蔽任意一路水流开关32的信号，对其他管路进行排查；数据采集面板连接可靠，且都位于安装支架1之上，平时无人作业，安全可靠更有保障，由于线缆都集成在槽钢内，整体外观显得整齐，简洁，美观。

本实施例实现水流冷却过程如下：去离子水从两个入水口a，b进入，然后各自一分为四，分别进入四个单元形成四个水循环单元23，进/回主管道21通过法兰连接进/回支管道22形成进/回循环水路，共组成两个完全独立的水循环系统2a和b，a和b两个水循环系统2的供水单元，位于腔体上方的左侧，组成四个腔体单元的进水单元；a和b两个系统的回水单元，位于腔体上方的右侧，组成四个腔体单元的回水单元，每个水循环单元23分进回，共32路循环水其中20路冷却腔体，剩余12路冷却其他附属设备，其中四个相同的腔体的20路水进回水单元全部采用14mm管径的管道；另外12路水采用8mm管径的管道，由32路水完成腔体及附属器件的冷却，每节腔体的支管道的水流通过两个主管道最后都形成各自的进水回水系统；即14mm管径的管道有20进20回，8mm的有12进12回；各腔体的进水回水系统都位于各腔之上，且都处于对称位置，方便操作；空间上采用错层设计，使操作方便；每路都有带数字输出的水流开关32，a和b两个循环系统可以通过改变两个系统水温差实现腔体内微波场强的调谐。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明的技术范围作任何限制，本行业的技术人员，在本技术方案的启迪下，可以做出一些变形与修改，凡是依据本发明的技术实质对以上的实施例所作的任何修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。