一种齿状冷缩量吸收结构、及高次模吸收器

1.本实用新型涉及电子束团加速器中的设备技术领域，特别是涉及一种齿状冷缩量吸收结构、及高次模吸收器。


背景技术：

2.在直线加速器中，电子束团激起的高梯度尾场，引起光束解体bbu(beambreakup，束流分裂)，导致丢束现象；在环形加速器中，多束团、高流强的机器，高次模会引起cbi(couple bunchinstability，耦合束团不稳定)，限制了流强增高。为了保证束流稳定运行，提高机器流强，高次模吸收器应运而生。高次模吸收器的作用就是将从超导腔内耦合出的高次模功率几乎完全吸收，随即转换成热能导走，从而达到吸收腔中高次模的目的。现有技术中的高次模吸收器中需要通入冷却流体将热能导走，但是高次模吸收器在通入冷却流体中时会出现冷缩形变，因内环、中环、外环的冷缩率不同，有可能会出现内环被外环、中环挤压变形，从而导致高次模吸收器变形失效。
3.现有技术中公告号cn111889834b公开了一种高次模吸收器，包括桶状结构的碳化硅、无氧铜环和不锈钢环，由内向外依次套设组装；在无氧铜环外壁和不锈钢环内壁上共同形成用于冷却的环形水路通道，并且，无氧铜环和不锈钢环两端结合面处形成有相配合的焊料槽和定位凸台。上述发明专利在一定程度上解决了制作流程多、结构复杂的缺陷，但在高次模吸收器在通入冷却流体出现冷缩形变的缺陷依然存在，因此需要设计一种齿状冷缩量吸收结构。


技术实现要素：

4.鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种齿状冷缩量吸收结构、及高次模吸收器，用于解决现有技术中高次模吸收器在通入冷却流体时会出现冷缩变形，外环、中环的冷缩形变量大于内环的冷缩形变量，导致内环受挤压变形，缩短高次模吸收器使用寿命的问题，高次模吸收器形变失效的问题。
5.为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种齿状冷缩量吸收结构，应用于高次模吸收器中；包括内环、中环、以及外环，所述内环外圆与中环内圆连接，所述中环外圆与外环内圆连接；所述中环外圆和中环内圆之间设置有齿状结构，所述齿状结构用于补偿外环、中环的冷缩形变量；所述外环中开设有流体流道，所述流体流道中通入冷却流体，所述外环中通入冷却流体时，所述外环、中环、内环均冷缩形变。
6.优选的，所述内环采用陶瓷材质，所述中环、以及外环采用无氧铜材质，所述外环、中环的冷缩率大于内环的冷缩率。
7.优选的，所述内环外圆与中环内圆之间通过银铜焊料片焊接连接。
8.优选的，所述中环外圆的外圆壁上开设有焊料填充槽，所述中环外圆通过焊料填充槽、及焊料填充槽中的焊料与外环内圆焊接固定；所述中环外圆的侧壁上开设有中环环形凹口，所述中环环形凹口用于中环与外环连接时的工件装配。
9.优选的，所述齿状结构沿中环的轴向设置为至少两层，所述中环外圆的数量与齿状结构的层数相同，所述中环外圆的宽度小于中环内圆的宽度。
10.优选的，所述齿状结构包括若干个斜齿，所述斜齿与中环内圆的夹角为15
°‑
80
°
之间。
11.优选的，所述外环还包括外环环形凹口、外环环形法兰刀口、以及法兰孔，所述外环环形凹口、以及法兰孔均设置在外环的侧壁上，所述外环环形凹口用于中环与外环连接时的工件装配，所述法兰孔用于将所述外环安装在高次模吸收器中；所述外环环形法兰刀口设置在外环环形凹口端面上、并与外环固定连接，使外环与高次模吸收器之间形成密封面。
12.优选的，所述外环还包括外环环形法兰盖板、以及流体循环口，所述流体循环口开设在外环的侧壁上、且流体循环口与流体流道连通，所述外环环形法兰盖板覆盖在流体流道上、并与外环固定连接，使流体流道处于封闭状态。
13.为实现上述目的或其他目的，本实用新型还公开一种高次模吸收器，包括上述的齿状冷缩量吸收结构。
14.如上所述，本实用新型涉及的齿状冷缩量吸收结构、及高次模吸收器，具有以下有益效果：
15.本实用新型涉及的齿状冷缩量吸收结构、及高次模吸收器，设置齿状结构，利用齿状结构对应力形变的补偿原理，陶瓷制成的内环在低温下冷缩率小形变小，无氧铜制成的中环、外环在低温下冷缩率大形变大，齿状结构可以起到增大形变补偿量，减小应力的作用。通过调整齿状结构的齿宽、齿倾斜程度以及齿密度，从而在保证足够低温的情况下，陶瓷制成的内环不会被中环、外环的冷缩破坏，大大提高了高次模吸收器的稳定性和寿命。
附图说明
16.图1为本实用新型齿状冷缩量吸收结构的空间示意图；
17.图2为本实用新型齿状冷缩量吸收结构的剖视图；
18.图3为本实用新型齿状冷缩量吸收结构的内环的空间示意图；
19.图4为本实用新型齿状冷缩量吸收结构的中环的空间示意图；
20.图5为本实用新型齿状冷缩量吸收结构的中环的空间剖视图；
21.图6为本实用新型齿状冷缩量吸收结构的中环的平面剖视图；
22.图7为本实用新型齿状冷缩量吸收结构的齿状结构的放大图；
23.图8为本实用新型齿状冷缩量吸收结构的外环的剖视图；
24.图9为本实用新型齿状冷缩量吸收结构的外环的剖视图；(去除外环环形法兰刀口)
25.图10为本实用新型齿状冷缩量吸收结构的外环环形法兰刀口的空间示意图。
26.附图标记说明：
27.1、内环；101、内环外圆；
28.2、中环；201、中环内圆；202、中环外圆；203、焊料填充槽；204、齿状结构；205、中环环形凹口；
29.3、外环；301、外环内圆；302、外环外圆；303、法兰孔；304、流体循环口；305、外环环
形凹口；306、外环环形法兰刀口；307、流体流道；308、外环环形法兰盖板。
具体实施方式
30.以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。
31.须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。
32.如图1-图10所示，本实用新型公开了一种齿状冷缩量吸收结构，应用于高次模吸收器中；包括内环1、中环2、以及外环3，内环外圆101与中环内圆201焊接连接，中环外圆202与外环内圆301焊接连接；中环外圆202和中环内圆201之间设置有齿状结构204，齿状结构204用于补偿外环3、以及中环2的冷缩形变量；外环3中开设有流体流道307，流体流道307中通入冷却流体，外环3中通入冷却流体时，外环3、中环2、内环1均冷缩形变。
33.本实用新型涉及的齿状冷缩量吸收结构，在中环内圆201和中环外圆202之间设置有齿状结构204，当外环3中通入冷却流体时，外环3、中环2、内环1在温度降低时均会出现收缩形变，又因冷却流体是直接通入到外环3中，所以外环3首先出现收缩并且冷缩形变大于内环1的冷缩形变，齿状结构204在外环3、中环2收缩过程中会产生一个应力补偿，也即齿状结构204对外环3、中环2的冷缩起到一个应力补偿，避免外环3、中环2的急剧冷缩导致内环1变形，进而导致高次模吸收器形变失效。
34.进一步的，内环1采用陶瓷材质，中环2、以及外环3采用无氧铜材质，外环3、中环2的冷缩率大于内环1的冷缩率。在本实施例中，当高次模吸收器将超导腔中的高次模功率吸收后，通过冷却流体将热能带走，冷却流体采用液氦，液氦的温度为-269
°
。当外环3中通入液氦时，由于冷缩效应，陶瓷的内环1、无氧铜的中环2、无氧铜的外环3均会向内收缩，又因陶瓷材质在低温状态下的冷缩率小于无氧铜材质在低温状态下的冷缩率，因此中环2、外环3在冷缩时会对内环1挤压，齿状结构204在中环2、外环3收缩时提供应力补偿，可以保证中环2、外环3冷缩量的同时避免对内环1破坏。
35.优选的，在本实施例中，内环外圆101与中环内圆201之间通过银铜焊料片焊接连接。内环1的直径、厚度、和宽度根据高次模吸收器的功率可以调节设定。
36.优选的，如图2、图5、图6所示，中环外圆202的外圆壁上开设有焊料填充槽203，中环外圆202通过焊料填充槽203、及焊料填充槽203中的焊料与外环内圆301焊接固定；中环外圆202的顶部侧壁上开设有中环环形凹口205，中环环形凹口205用于中环2与外环3焊接时的工件装配。
37.优选的，如图4-图6所示，齿状结构204沿中环2的轴向设置为至少两层，中环外圆202的数量与齿状结构204的层数相同，中环外圆202的宽度小于中环内圆201的宽度。在本实施例中，齿状结构204的数量为两层分别为上层齿状结构、以及下层齿状结构，上层齿状
结构、以及下层齿状结构关于两者的中心线镜像分布(即上层齿状结构的顶部侧壁上开设中环环形凹口205，下层齿状结构的底部侧壁上开设中环环形凹口205)。在其他实施例中，齿状结构204的层数可以根据内环1的宽度进行适当改变，仅需要最上层的齿状结构的顶部侧壁上开设中环环形凹口205，以及最下层齿状结构的底部侧壁上开设中环环形凹口205即可。
38.优选的，如图5、图7所示，齿状结构204包括若干个斜齿，斜齿与中环内圆201的夹角为15
°‑
80
°
之间。进一步的，中环内圆201、中环内圆201、以及斜齿为一体制成，若干个斜齿均通过线切割制成。中环内圆201为无氧铜制成的薄壁环。在本实施例中，斜齿与中环内圆201的夹角为15-80
°
(即如图5所示，若干个斜齿顺时针设置)，优选为60
°
，设置为60
°
能够在外环3、以及中环外圆202冷缩时，提供一定的反作用应力补偿避免中环2、外环3对内环1挤压变形。在其他实施例中，斜齿与中环内圆201的夹角也可以为其他角度，并且斜齿的齿宽、以及斜齿密度(斜齿的间距)也视高次模吸收器的功率而定。
39.优选的，如图1、图8-图10所示，外环3还包括外环环形凹口305、外环环形法兰刀口306、以及法兰孔303，外环环形凹口305、以及法兰孔303均开设在外环3的顶部侧壁上，外环环形凹口305用于中环2与外环3焊接时的工件装配，法兰孔303用于将外环3安装在高次模吸收器中；外环环形法兰刀口306设置在外环环形凹口305中、并与外环3焊接连接，使外环3与高次模吸收器之间形成密封面。在本实施例中，在将中环外圆202与外环内圆301焊接固定时，首先将焊料放入到焊料填充槽203中，然后将中环2卡设在外环3中，并且使中环外圆202与外环内圆301抵接，然后通过工件同时夹持外环环形凹口305、中环环形凹口205对卡设后的中环2、外环3进行钎焊，即可完成中环外圆202和外环内圆301的焊接固定。在本实施例中，外环环形凹口305的数量与中环环形凹口205的数量均为两个，外环环形凹口305分别设置在外环3的顶部侧壁和底部侧壁上，从而实现与上层齿状结构的顶部侧壁的中环环形凹口205、以及下层齿状结构的底部侧壁的中环环形凹口205一一对应。
40.进一步的，如图8所示，为保证外环3与高次模吸收器之间的密封，在将中环外圆202和外环内圆301焊接后，将外环环形法兰刀口306焊接在外环环形凹口305的顶面上，且外环环形法兰刀口306的顶面与外环3的顶面侧壁在同一水平面上。外环环形法兰刀口306采用不锈钢材质。
41.进一步的，为实现将该齿状冷缩量吸收结构安装在高次模吸收器中，外环3的顶部侧壁上沿圆心均匀分布有若干个法兰孔303，法兰孔303中设置有连接组件，通过法兰孔303、以及连接组件实现将该齿状冷缩率吸收结构安装在高次模吸收器中。
42.优选的，如图2、图8、图9所示，外环3还包括外环环形法兰盖板308、以及流体循环口304，流体循环口304开设在外环3的顶部侧壁上、且流体循环口304与流体流道307连通，外环环形法兰盖板308覆盖在流体流道307上、并与外环3焊接固定连接，使流体流道307处于封闭状态。进一步的，流体流道307的水平横截面形状为圆形，流体流道307的竖直横截面形状为“凸”型，流体流道307开设在外环3中，且与外环3的顶部侧壁上的流体循环口304连通；外环环形法兰盖板308卡设“凸”型流体流道307的较宽端面上，并与外环3的侧壁焊接固定。外环环形法兰盖板308焊接在流体流道307的底部侧壁上后，外环环形法兰盖板308的底面与外环3的底面侧壁在同一水平面上。
43.本实用新型涉及的齿状冷缩量吸收结构，制造步骤如下：
44.a1：选用陶瓷、无氧铜材料，根据高次模吸收器的转换功率确定如下数据：
45.内环1、中环2、外环3的尺寸规格(包括直径、厚度、宽度)，例如外环3，直径包括外环内圆301的直径、外环外圆302的直径，厚度为外环外圆302的直径与外环内圆301的直径的差值，宽度为外环3沿轴向方向的延伸长度；
46.中环2上齿状结构204的层数；
47.齿状结构204中斜齿的倾斜角度、齿厚、齿密度；
48.中环环形凹口205的位置、以及尺寸规格；
49.外环环形凹口305的位置、以及尺寸规格；
50.外环3中流体流道307的位置、以及尺寸规格；
51.外环3中流体循环口304的位置、以及尺寸规格；
52.外环3上法兰孔303的位置、数量、以及尺寸规格；
53.a2：采用陶瓷材料按照步骤a1确定的数据信息加工内环1，选用无氧铜材料按照步骤a1确定的数据信息加工外环3，选用无氧铜材料按照步骤a1确定的数据信息加工中环2，并且在中环外圆202和中环内圆201的中间部分采用线切割方式加工出若干个斜齿；
54.a3：在内环外圆101和中环内圆201之间放置银铜焊料片，然后将内环1卡设在中环2中，对银铜焊料片进行钎焊，从而使内环1和中环2焊接在一起；
55.a4：在中环外圆202的焊料填充槽203中塞入焊料，然后将中环2卡设在外环3中，此时利用工件同时夹持中环环形凹口205、外环环形凹口305，然后将中环2和外环3放入到焊接装置中，使中环2和外环3焊接在一起；
56.a5：中环2、外环3焊接完成后，再次通过工件将中环2、外环3夹持出来，此时内环1、中环2、外环3均焊接固定；操作人员根据外环环形凹口305的尺寸规格制造外环环形法兰刀口306，根据流体流道307的尺寸规格制造外环环形法兰盖板308，然后将外环环形法兰刀口306焊接覆盖在外环环形凹口305上，将外环环形法兰盖板308焊接覆盖在流体流道307上；
57.a6：通过外环3上的若干个法兰孔303、以及法兰孔303中的连接组件，将上述的齿状冷缩量吸收结构安装在高次模吸收器中，当高次模吸收器在吸收超导腔耦合处的高次模功率时，通过流体循环口304向流体流道307中通入冷却流体(液氦)从而将高次模功率吸收并转换成热能导走。
58.进一步的，步骤a5中的外环环形凹口305、外环环形法兰盖板308的制造也可以放在步骤a2中进行预制。
59.为实现上述目的或其他目的，本实用新型还公开一种高次模吸收器，包含上述的齿状冷缩量吸收结构。
60.本实用新型涉及的齿状冷缩量吸收结构、及高次模吸收器，设置有内环1、中环2、外环3，内环1采用陶瓷材质、中环2和外环3均采用无氧铜材质，并且中环内圆201和中环外圆202之间设置有若干个斜齿，若干个斜齿构成齿状结构204。当外环3的流体流道307中通入冷却流体时，无氧铜材质的外环3和中环2的冷缩率大于陶瓷材质的内环1。在中环2和外环3冷缩对内环1进行挤压时，上述的齿状结构204会施加一个反作用形变力的补偿，从而避免中环2、外环3将内环1挤压损坏导致高次模吸收器的失效。
61.本实用新型涉及的齿状冷缩量吸收结构、及高次模吸收器，设置有若干个斜齿制成的齿状结构204，齿状结构204一方面将高次模中产生的热能导走，从而解决现有技术因
高次模功率导致的束流分裂、耦合束团不稳问题的产生，另一方面避免低温状态下内环1在外环3、中环2的挤压下变形失效，保证内环1的同时增大无氧铜中环2的冷缩量，大大提高了高次模吸收器的稳定性和使用寿命。本实用新型涉及的齿状冷缩量吸收结构不局限在高次模吸收器上使用，在其他的因冷缩导致结构变形量较大的装置中都可以参考该结构。
62.所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
63.上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

技术特征：
1.一种齿状冷缩量吸收结构，应用于高次模吸收器中；其特征在于：包括内环(1)、中环(2)、以及外环(3)，所述内环(1)的内环外圆(101)与中环(2)的中环内圆(201)连接，所述中环(2)的中环外圆(202)与外环(3)的外环内圆(301)连接；所述中环外圆(202)和中环内圆(201)之间设置有齿状结构(204)，所述齿状结构(204)用于补偿外环(3)、中环(2)的冷缩形变量；所述外环(3)中开设有流体流道(307)，所述流体流道(307)中通入冷却流体，所述外环(3)中通入冷却流体时，所述外环(3)、中环(2)、内环(1)均冷缩形变。2.根据权利要求1所述的齿状冷缩量吸收结构，其特征在于：所述内环(1)采用陶瓷材质，所述中环(2)、以及外环(3)采用无氧铜材质，所述外环(3)、中环(2)的冷缩率大于内环(1)的冷缩率。3.根据权利要求1所述的齿状冷缩量吸收结构，其特征在于：所述内环外圆(101)与中环内圆(201)之间通过银铜焊料片焊接连接。4.根据权利要求1所述的齿状冷缩量吸收结构，其特征在于：所述中环外圆(202)的外圆壁上开设有焊料填充槽(203)，所述中环外圆(202)通过焊料填充槽(203)、及焊料填充槽(203)中的焊料与外环内圆(301)焊接固定；所述中环外圆(202)的侧壁上开设有中环环形凹口(205)，所述中环环形凹口(205)用于中环(2)与外环(3)连接时的工件装配。5.根据权利要求1所述的齿状冷缩量吸收结构，其特征在于：所述齿状结构(204)沿中环(2)的轴向设置为至少两层，所述中环外圆(202)的数量与齿状结构(204)的层数相同，所述中环外圆(202)的宽度小于中环内圆(201)的宽度。6.根据权利要求1所述的齿状冷缩量吸收结构，其特征在于：所述齿状结构(204)包括若干个斜齿，所述斜齿与中环内圆(201)的夹角为15
°‑
80
°
之间。7.根据权利要求1所述的齿状冷缩量吸收结构，其特征在于：所述外环(3)还包括外环环形凹口(305)、外环环形法兰刀口(306)、以及法兰孔(303)，所述外环环形凹口(305)、以及法兰孔(303)均设置在外环(3)的侧壁上，所述外环环形凹口(305)用于中环(2)与外环(3)连接时的工件装配，所述法兰孔(303)用于将所述外环(3)安装在高次模吸收器中；所述外环环形法兰刀口(306)设置在外环环形凹口(305)端面上、并与外环(3)固定连接，使外环(3)与高次模吸收器之间形成密封面。8.根据权利要求1所述的齿状冷缩量吸收结构，其特征在于：所述外环(3)还包括外环环形法兰盖板(308)、以及流体循环口(304)，所述流体循环口(304)开设在外环(3)的侧壁上、且流体循环口(304)与流体流道(307)连通，所述外环环形法兰盖板(308)覆盖在流体流道(307)上、并与外环(3)固定连接，使流体流道(307)处于封闭状态。9.一种高次模吸收器，其特征在于：包括权利要求1-8任一项所述的齿状冷缩量吸收结构。

技术总结
本实用新型提供一种齿状冷缩量吸收结构、及高次模吸收器；包括内环、中环、以及外环，所述内环外圆与中环内圆连接，所述中环外圆与外环内圆连接；所述中环外圆和中环内圆之间设置有齿状结构，所述齿状结构用于补偿外环、中环的冷缩形变量；所述外环中开设有流体流道，所述流体流道中通入冷却流体，所述外环中通入冷却流体时，所述外环、中环、内环均冷缩形变。本实用新型设置有齿状结构，利用齿状结构对应力形变的补偿原理，陶瓷制成的内环在低温下冷缩率小形变小，无氧铜制成的中环、外环在低温下冷缩率大形变大，齿状结构可以起到增大形变补偿量，减小应力的作用，大大提高了高次模吸收器的稳定性和寿命。器的稳定性和寿命。器的稳定性和寿命。


技术研发人员：黄亚威 刘以勇 殷立新 翟延飞
受保护的技术使用者：上海科技大学
技术研发日：2023.02.16
技术公布日：2023/9/1