Numerical modelling of a superconducting coil winding process with Rutherford type Nb3Sn cable

• Autorzy: Pulikowski D. , Lackner F. , Scheuerlein C. , Pajor M.

Warianty tytułu

PL

Modelowanie numeryczne procesu uzwajania cewek nadprzewodnikowych z użyciem przewodu Nb3Sn typu Rutherford

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The upgrade of the Large Hadron Collider at CERN requires a new generation of superconducting magnets. In order to obtain very high magnetic fields, Nb3 Sn superconductors will be used. The use of this material brings new challenges to the production process of accelerator magnets for High Energy Physics application. The prototype windings of a large aperture quadrupole (MQXF) and high field two-in-one dipole (11 T) coils were performed in the Large Magnet Facility at CERN. A study was lunched in order to identify the origin of mechanical cable winding instabilities and to develop a method for further improving winding parameters. This paper focuses on a theoretical analysis of the coil winding process with use of Finite Element Method.

PL

Modernizacja Wielkiego Zderzacza Hadronów (LHC) znajdującego się w Europejskiej Organizacji Badań Jądrowych (CERN) wymaga zastosowania nowej generacji magnesów nadprzewodnikowych. Wysokie pole magnetyczne zostanie osiągnięte przy użyciu nadprzewodnika Nb3 Sn, którego krucha struktura wiąże się z koniecznością wykorzystania techniki wind-and-react. W Zakładzie Wielkich Magnesów (LMF) przeprowadzono prototypowe uzwajanie cewek magnesu czterobiegunowego (MQXF) oraz dwubiegunowego (11 T), podczas których zaobserwowana została niestabilność mechaniczna przewodu typu Rutherford. W artykule zaprezentowano analizę teoretyczną procesu uzwajania przewodu typu Rutherford z wykorzystaniem Metody Elementów Skończonych, mającą na celu identyfikację źródła niestabilności jak i w przyszłości dostarczenie narzędzi umożliwiających optymalizację parametrów procesu.

Słowa kluczowe

EN

winding process; Rutherford cable; multibody FEA simulation; superconducting magnets

PL

proces uzwajania; przewód typu Rutherford; symulacja MES; magnes nadprzewodnikowy

• Wydawca: Wydawnictwo Naukowe Instytutu Technologii Eksploatacji - Państwowego Instytutu Badawczego
• Czasopismo: Journal of Machine Construction and Maintenance - Problemy Eksploatacji
• Rocznik: 2017
• Tom: no. 3
• Strony: 13--19
• Opis fizyczny: Bibliogr. 11 poz., rys., tab., wykr., zdj.

Twórcy

autor

Pulikowski D.

• Department of Mechanical Engineering and Mechatronics, West Pomeranian University of Technology, Szczecin, Poland

autor

Lackner F.

• European Organisation of Nuclear Research CERN, Geneva, Switzerland

autor

Scheuerlein C.

• European Organisation of Nuclear Research CERN, Geneva, Switzerland

autor

Pajor M.

• Department of Mechanical Engineering and Mechatronics, West Pomeranian University of Technology, Szczecin, Poland

Bibliografia

• 1. Rossi L. and Bottura L., Superconducting Magnets for Particle Accelerators, Reviews of Accelerator Science and Technology, vol. 5, pp. 51-89, 2012.
• 2. Ferracin P., Ambrosio G., Anerella M., Borgnolutti F., Bossert R., Cheng D., Dietderich D.R., Felice H., Ghosh A., Godeke A., Bermudez S.I., Fessia P., Krave S., Juchno M., Perez J.C., Oberli L., Sabbi G., Todesco E., and Yu M., Magnet Design of the 150 mm Aperture Low-beta Quadrupoles for the High Luminosity LHC, IEEE Trans. Appl. Supercond., vol. 24, no. 3, pp. 1-6, 2014.
• 3. Karppinen M., Andreev N., Apollinari G., Auchmann B., Barzi E., Bossert R., Kashikhin V.V., Nobrega A., Novitski I., Rossi L., Smekens D., and Zlobin A.V., Design of 11 T twin-aperture Nb3 Sn dipole demonstrator magnet for LHC upgrades, IEEE Trans. Appl. Supercond., vol. 22, no. 3, pp. 3-6, 2012.
• 4. Cheggour N., Goodrich L.F., Stauffer T.C., Splett J.D., Lu X.F., Ghosh A.K., and Ambrosio G., Influence of Ti and Ta doping on the irreversible strain limit of ternary Nb3 Sn superconducting wires made by the restacked-rod process, vol. 23, no. 5, 2010.
• 5. Lackner F., Bourcey N., Ferracin P., Jozwiak P., Ohnweiler T., Revilak P., Savary F., and Triquet S., Analysis of Temperature Uniformity During Heat Treatment of Nb3 Sn Coils for the High-Luminosity LHC Superconducting Magnets, IEEE Trans. Appiled Supercond., vol. 26, no. 4, 2016.
• 6. Roy S.S., Potluri P., Canfer S., and Elwood G., Braiding Ultrathin Layer for Insulation of Superconducting Rutherford Cables, Journal of Industrial Textiles, 2016.
• 7. Pulikowski D., Lackner F., Scheuerlein C., Meinel D., Savary F., Tommasini D., and Pajor M., Testing Mechanical Behavior of Nb3Sn Rutherford Cable During Coil Winding, IEEE Trans. Appl. Supercond., vol. 27, no. 4, 2017.
• 8. Manil P., Mouzouri M., and Nunio F., Mechanical Modeling of Low Temperature Superconducting Cables at the Strand Level, IEEE Trans. Appl. Supercond., vol. 22, no. 3, 2012.
• 9. ArbelaezD.,PrestemonS.O.,FerracinP.,GodekeA., Dietderich D.R., and Sabbi G., Cable deformation simulation and a hierarchical framework for Nb3 Sn Rutherford cables, J. Phys. Conf. Ser., vol. 234, no. 2, 2010.
• 10. Cabanes J., Garlasche M., Bordini B., and Dallocchio A., Simulation of the cabling process for Rutherford cables: An advanced finite element model, Cryogenics (Guildf)., vol. 80, no. 3, 2016.
• 11. “ANSYS® Academic Research, Release 17.1, Help System, MechanicalTM, ANSYS, Inc.”

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018).