1.8K常压超流氦低温系统漏热分析及真空泵抽速计算

2013-06-10 郝强旺 中国科学院等离子体物理研究所

  给出了1.8 K 常压超流氦低温系统的工作原理。对HeⅡ腔的漏热进行了分析和计算,包括环氧隔热板、安全阀、支撑杆以及测量线与电流引线底座同HeⅠ腔的导热,真空夹层之间的残余气体导热以及HeⅡ腔内杜瓦与其外周冷屏的辐射换热。根据漏热值,对所需真空泵的抽速进行了计算,同时给出了预冷与节流相结合获取1.75 K 超流氦方案物理过程的温-熵图。

摘要   中国家数系等阳阴阴离子体物理性学习所超导安装电工合理化学检测室的设计用以ITER( 国际金热核聚变合理检测室堆提升传动设备) CC( 校核场磁圈) 超导公测提升传动设备的历史历史题材图图片场磁体高湿杜瓦那样用以英国TORUS II Supra 托卡马克提升传动设备高湿超导导体耐腐蚀性公测,2002 英国将其领取给中国家数系等阳阴阴离子所,等阳阴阴离子所其次对正个提升传动设备使用了高湿设计、磁体电源线、大数据在测量与终端采集、磁体掌握和保护性等领域的创新, 2009 年使用高湿通电合理检测室时用4.2 K 液氦浸水散热历史历史题材图图片电磁波,在4.2 K 液氦浸水散热要有7 T 的历史历史题材图图片场,为了能符合往后超导导体公测须要更多历史历史题材图图片场的让,须要用1.8K 超流氦浸水散热历史历史题材图图片磁体。   背景图案场磁体杜瓦架构图如下图1 下图,杜瓦机体富含HeⅠ、HeⅡ的两种温低腔,当磁体选择4.2 K 液氦泡发冷凝塔时,的两种腔温一致有的是4. 2 K 液氦; 当磁体因为得到极高的磁场程度程度可以选择1. 8 K 自然压( 要求典雅压) 超流氦泡发冷凝塔时,HeⅠ、HeⅡ腔差别配有4.2 K 液氦和1.8 K 超流氦,此情此景的两种腔体彼此须要用隔热功能板离婚。

背景场磁体杜瓦结构图

图1 蓝本场磁体杜瓦设备构造图   1. 水环真空泵泵 2. 达到饱和状态HeⅡ液面计 3. 倒流热变换器  4. 节流增加阀 5. 静脉输液阀 6. 杜瓦罐体 7. 磁体很空压机健康很阀门 8. 脖子热变换器 9. 很健康很安全冷阀 10. 紧急救援很空压机健康很阀门 11. 热膨胀档板 12. HeⅡ热变换器 13. 超导磁体电机转子 14. 不锈钢板内杜瓦

1. 8 K 常压超流氦低温系统

  1. 8 K 卧式储罐超流氦温度整体核心由蒸空泵、HeⅡ液面计、横流热交換器、节流增长阀、HeⅡ热交換器等根据,组成部分右图2 图甲中。当杜瓦运转在4.2 K 温区时,HeⅡ冷库安装小编整体不参与者作业,磁体电感线圈可以由HeⅠ浸过降温水; 当磁体可以运转在1.8 K 温区时,HeⅠ腔的HeⅠ由小到大通过HeⅡ冷库安装小编整体的横流热交換器、节流增长阀冷库安装小编后得以1.75 K 的HeⅡ; 1.75 K的HeⅡ在HeⅡ热交換器中热传递,将HeⅡ腔中的HeⅠ开始降温水为1.8 K 的超流氦。与此互相在蒸空泵的作下,HeⅡ热交換器内的1.75 K 液氦不停的减压蒸馏制取制冷设备量,互相减压蒸馏的温度氦回气通过横流热交換器时又将HeⅠ预冷,才能做好了一个由HeⅠ到HeⅡ的冷库安装小编反复的。

超流氦制冷系统结构图

图2 超流氦压缩机控制系统结构类型图

真空泵抽速计算

  真空泵是获得超流氦的关键设备,超流氦低温循当超流氦的质量流量小于20 g /s 时,常采用室温泵作为超流氦的流动动力,而当超流氦的质量流量超过100 g /s 时,通常采用低温压缩机构成的超流氦低温循环。本设计选用室温泵,即预冷换热器中出来的氦气通过加热装置,加热到常温( 300 K) 后,再经过室温泵将其抽出。HeⅡ的冷却能力和真空泵的抽速有关,抽速越快则超流氦可以提供的制冷量越大。一般来讲,真空泵的抽速越大,则相应的成本也会增加。为了降低真空泵组的成本,在满足系统真空度的条件下,对于该低温系统可以通过降低氦气流量来实现该目标。

  图5 为超流氦间歇阶段中 中,HeⅡ板换器中拥有1.75 K 超流氦所进行的配有预冷的节流阶段中 的温-熵图,动态3、4 相应的的电力参数指标:

 预冷节流方式获取1.75 K 超流氦

图5 预冷节流形式了解1.75 K 超流氦   6 点:T = 1.75 K,P = 1.37 kPa,h6 = 705.6 J /kg( 饱满点超流氦);4 点:T = 1.75 K,P = 1.37 kPa,h4 =23 990 J /kg( 饱满点氦水蒸汽) 。饱满点超流氦在吸收率发热量后的转变为冷的氦水蒸汽,液化蒸发热:r = h4 - h6 = 23 990- 705.6 J /kg = 23 284.4 J /kg = 23.28 J /g。确认节流阀荣获的超流氦的流体率约为72%,当模式稳定可靠后,HeⅡ腔的漏热为1.655 W,   在算出漏热值的基本条件上品以人身安全公式2 来备选算出重力作用泵的抽速。所有,依据J-T 阀的呈现饱和状态超流氦其展示 的空调功率为3.31 W。

结论

  针对用于ITER( 国际热核聚变实验堆装置) CC( 校正场线圈) 超导测试装置的背景场磁体低温杜瓦给出了1.8 K 常压超流氦低温系统部分工作原理,就设备的尺寸,对1.8 K 超流氦循环部分的漏热做了分析和计算,并通过漏热值计算了所需真空泵的抽速,对后期真空泵的选型提供参考。环中真空泵类型主要有液环泵罗茨泵旋片泵等。