DB34 T 3114-2018 超导回旋加速器 输运线束流阻断器设计准则.pdf

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1、ICS 27/120/99 F 91 DB34 安徽省地方标准 DB 34/T 31142018 超导回旋加速器 输运线束流阻断器设计准则 Superconducting cyclotron Design criteria for beam stopper of beam line 文稿版次选择 2018 - 04 - 16 发布 2018 - 05 - 16 实施 安徽省质量技术监督局 发布 DB34/T 31142018 I 前 言 本标准按照 GB/T 1.12009 给出的规则起草。 本标准由合肥中科离子医学技术装备有限公司提出。 本标准归口单位：安徽省超导回旋加速器标准化技术委员会。

2、 本标准起草单位：合肥中科离子医学技术装备有限公司、安徽省质量和标准化研究院、中国科学院 等离子体物理研究所。 本标准主要起草人：宋云涛、郑金星、韩曼芬、沈俊松、李碧、李明、王明、朱雷、曾宪虎。 DB34/T 31142018 1 超导回旋加速器 输运线束流阻断器设计准则 1 范围 本标准规定了超导回旋加速器输运线束流阻断器的术语和定义、阻断块厚度设计、气动设备设计、 焊接波纹管设计和机械装配及控制要求。 本标准适用于超导回旋加速器输运线束流阻断器的结构部件设计，从事放射技术研究、生产和临床 诊断的专业人员也可参考使用。 2 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引

3、用文件，仅所注日期的版本适用于本文 件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。 GB/T 1184 形状和位置公差 未注公差值 GB/T 1800.2 产品几何技术规范（GPS）极限与配合 第2部分：标准公差等级和孔、轴极限偏差表 GB/T 1804 一般公差、未注公差的线性和角度尺寸的公差 GB/T 2348-1993 液压气动系统及元件 缸内径及活塞杆外径 GB/T 4213 气动调节阀 GB 4793.1 测量、控制和实验室用电气设备的安全要求 第1部分：通用要求 GB/T 11345 焊缝无损检测 超声检测 技术、检测等级和评定 JB/T 5923-201

4、3 气动气缸技术条件 JB/T 6169-2006 金属波纹管 JB/T 11129-2011 气缸活塞杆技术条件 3 术语和定义 下列术语和定义适用于本文件。 3.1 输运线 beam line 由一系列不连续的磁铁元件、真空元件、束流选择元件、束流测量元件组成，实现将从加速器主机 引出的束流安全、高效、稳定的输送到输出端的束流传输系统。 3.2 束流阻断器 beam stopper 在真空环境中对束流进行快速切断，能保证输运线运行安全性的部件。 3.3 DB34/T 31142018 2 阻断块 stop block 通过与束流的物理作用实现切断束流功能的零件，是束流阻断器的主要组成部分。

5、 3.4 波纹管组件 bellows components 两端焊接刀口法兰并具有多个横向波纹可折叠的管状弹性敏感元件。 3.5 气缸 air cylinder 将压缩气体的压力能转换为机械能的圆筒型金属机件。 3.6 活塞 piston 靠压力下的流体作用，在缸径中移动并传递机械力和运动的缸零件。 3.7 活塞杆 piston rod 与活塞同轴并联为一体，传递来自活塞的机械力和运动的缸零件。 4 阻断块厚度设计 4.1 阻断块在束流方向上的厚度应符合式（1）、（2）的规定。 2 2 ln 2 11 2 2 max 222 2 2 I Tcm A Z Kz dx dE e . (1) 2 2

6、22 max /21 2 MmMm cm T ee e . (2) 式中： A 阻断块材料的原子质量，单位为 g/mol； E 束流的入射能量，单位为 MeV； x 束流在阻断块中通过的长度，单位为 cm； K 常数， K =4N A r e 2 m e c 2 =0.307075MeVcm 2 /mol； z 束流粒子的原子序数； Z 组成阻断块材料的各个元素的原子序数； 束流粒子的速度与光速的比值，无量纲； () 密度效应修正项，无量纲； T max 能量转移最大值，单位为 MeV； DB34/T 31142018 3 I 阻断块材料平均电离能，单位为 eV； M 入射粒子质量，单位为 M

7、eV/c 2 ； m e 电子静质量，单位为 MeV/c 2 ； c 光速。 4.2 对于化合物类型的阻断块材料，厚度计算应根据化合物内所有元素的比例及种类分别进行计算后 求和得到。 4.3 阻断块厚度实际取值应为计算所得的束流在阻断块中通过的长度 x 与安全系数的乘积，通常安全 系数取值为 1.21.5。 5 气动设备设计 5.1 气缸 5.1.1 介质 进入气缸的压缩空气应经过干燥处理，空气中不应含有有机溶剂成分。 5.1.2 缸体内径 缸体的内径尺寸应按 GB/T 2348-1993 中表 1 执行。缸筒与活塞杆的运动配合精度应按 G B/T 1800.2 执行。 5.1.3 性能 气缸

8、性能应按 JB/T 5923-2 013 中第 5 章执行。 5.1.4 技术条件 5.1.4.1 气缸上不应安装磁性开关，应通过机械限位装置触发阻断块到位信号。 5.1.4.2 气缸排气口应连接有用于增大无杆腔和有杆腔压差的减压阀。 5.1.4.3 气缸竖直安装时，活塞杆的轴线应与连接杆及阻断块轴线一致，不应受横向载荷及偏心负载。 5.2 活塞杆 5.2.1 尺寸 5.2.1.1 活塞杆直径尺寸应根据缸体内径得出，推荐活塞杆直径为缸体内径的 0.50.55，0.60.7 倍，计算后按 GB/T 2348-1993 中表2圆整得出。 5.2.1.2 活塞杆长度尺寸应按式（3）计算。 HABLL

9、 . (3) 式中： L 活塞杆长度，单位为 mm； L 活塞行程，单位为 mm； B 活塞厚度，通常取值为缸体内径的 0.61.0 倍，单位为 mm； A 导向套滑动面长度，单位为 mm； H 最小导向长度，取值应满足 220 DL H ，单位为 mm； DB34/T 31142018 4 D 缸体内径，单位为 mm。 5.2.2 几何公差 按 JB/T 11129-2011 中 5.4 执行。 5.2.3 表面质量 5.2.3.1 活塞杆表面粗糙度为 Ra 0.8，表面不应有裂纹、锈迹等缺陷。 5.2.3.2 活塞杆外圆表面应镀硬铬或由供需双方商定。 5.2.4 稳定性校核及强度校核 5.

10、2.4.1 当活塞杆长度大于其直径的 10 倍时，应进行稳定性校核及强度校核。 5.2.4.2 活塞杆稳定性校核应符合式（4）的要求。 K K P n F F 0 . (4) 式中： Fp0 活塞杆承受的最大轴向压力，单位为 N； Fk 纵向弯曲极限力，单位为 N； nK 稳定性安全系数，一般取 24。 5.2.4.3 活塞杆强度校核应符合式（5）、（6）的要求。 0 4 P F d . (5) n b . (6) 式中： d 活塞杆直径，单位为 mm； n 安全系数，一般取 5； 材料的许用应力，单位为 MPa； b 材料的抗拉强度，单位为 MPa。 5.3 电磁阀 5.3.1 电磁阀流量系

11、数，应符合式（7）、（8）的要求。 P 2 0.5 P 1 的低压差流动，流量系数应按式 （7）计算， P 2 0.5 P 1 的高压差流动，流量系数应按式（8）计算。 )273( 287 2 2 2 1 TG PP Q C v . (7) DB34/T 31142018 5 1 249 )273( P TGQ C v . (8) 式中： CV 电磁阀流量系数； Q 标准状况下（760 mmHg ,15.6）下气体最大流量，单位为 m 3 /h； G 气体的相对密度（空气时 G=1）； P1 阀进口压力，单位为 kgf/cm 2 abs； P2 阀出口压力，单位为 kgf/cm 2 abs；

12、T 气体温度，单位为。 5.3.2 气缸进气口处连接的电磁阀应具有常闭功能，气缸排气口处连接的电磁阀应具有常开功能。 5.3.3 电磁阀应符合 GB/T 4213 的规定，与电磁阀连接的管路规格应按电磁阀的管径确定。 6 焊接波纹管设计 6.1 材料和尺寸 6.1.1 制造焊接波纹管的材料宜采用 316L 不锈钢。 6.1.2 波纹管厚度应在下列尺寸系列中选择：0.05 mm、0.06 mm、0.08 mm、0. 10 mm、0.12 mm、0.15 mm、0.20 mm、0.25 mm、0.30 mm、0.50 mm。 6.1.3 波纹管几何尺寸允许偏差应按 JB/T 6169-2 006

13、中表 6 执行。 6.2 外观 波纹管外观应光滑，内外壁不应有飞边、毛刺、裂口、硬块等影响使用的缺陷。 6.3 焊接 6.3.1 焊接接头直径的公差应与焊接波纹管波片相应直径的公差一致，焊接接头厚度与波片厚度之比 应取 1.53.0。焊接的技术条件应符合 JB/T 6 169-2006 中 7.2 的规定。 6.3.2 波纹管与两端法兰的焊接宜采用钨极惰性气体保护焊，电弧保护气体为 99.99Ar，焊后采用 304 不锈钢钢丝刷刷洗焊缝，并用酒精清洗焊缝。 6.4 气密性 6.4.1 当束流阻断器的工作环境有真空度要求时，应做气密性试验，试验气体压力不小于公称压力， 不应出现泄露或大于泄露率规

14、定值的现象。 6.4.2 气密性试验应按 JB/T 6169 -2006 中 8. 6.1.2 的规定执行。 6.5 外加轴向集中力 波纹管与真空腔体相连，内部处于真空状态，外加轴向集中力由外部的大气压力、气缸所提供的压 力以及弹簧阻尼作用组成，应符合公式（9）、（10）要求。 tc FFFF . (9) xkF tt . (10) DB34/T 31142018 6 式中： F 外加轴向集中力，单位为 N； FC 气缸所提供的压力，单位为 N； F 外部的大气压力，单位为 N； Ft 弹簧阻尼作用力，单位为 N； kt 波纹管的弹性系数，单位为 N/mm； x 波纹管的压缩量，单位为 mm。

15、 7 机械装配及控制要求 7.1 机械装配要求 7.1.1 装配完成后阻断块在阻断状态下与束流中心的同轴度误差应不大于 0.1 mm，未注尺寸公差和未 注形位公差应按照 GB/T 1804、GB/T 1184 执行。总体组装完成后应进行真空检漏，整体检漏漏率应小 于整体输运线漏率的设定值，焊缝检测应按 GB/T 11345 的规定执行和评定。 7.1.2 宜选择产品基体或主干零件为装配基准件。装配基准件应有足够支承面，满足陆续装入零件时 的作业要求和稳定性要求。 7.1.3 应制定操作规范。 7.2 控制要求 7.2.1 从控制系统发出指令开始到切断质子束所需时间应不大于 120 ms。 7.2.2 系统应配置 UPS 应急电源，并为阻断块位置、气源压力等监测装置提供合适的构件或接头。 7.2.3 压缩空气供断时，触发紧急连锁程序，电磁阀关闭使束流阻断器进入阻挡状态。 7.2.4 电磁阀断电时，束流阻断器应处于切断束流状态。 7.2.5 束流阻断器所使用的电气产品额定电压为 220 V。 7.2.6 控制系统的设计和选型宜参照 GB 4793.1。 _