大型液氦杜瓦结构设计与漏热分析

为了维持较低的液氦蒸发率,对液氦杜瓦的整体结构设计及漏热要求极高。本文建立了以蒸发冷氦气作为冷屏冷源的杜瓦的结构强度设计以及绝热系统设计方法,利用三维软件建模、仿真软件进行热传导、热固耦合仿真分析,对液氦杜瓦的结构强度、漏热进行了系统分析,实现了容积为4 000 L时漏热为1.37 W、日蒸发率为1.15%气冷屏结构的液氦杜瓦,为蒸发氦气为冷屏的大型液氦杜瓦提供了设计思路。     

热阻对液氮冷屏性能的影响研究

超导元件需用液氦降温至极低工作温度才能实现超导性能,液氦温区仅靠真空多层绝热方式无法达到理想绝热效果,采用液氮冷屏隔断液氦和环境之间的传热,能够有效降低液氦系统蒸发损失和液氦用量。为研究热阻对液氮冷屏传热特性的影响,建立了液氮冷屏热阻模型,通过理论传热计算得到了不同热阻与冷屏板温度及传热量之间的关系,利用数值模拟软件对不同热导率材料和不同板厚下冷屏板的温度分布进行了分析。结果表明,最不利热阻为接触热阻和导热热阻,采用高导热系数材料及适度增加冷屏板厚度有助于提高冷屏板温度分布的均匀性,减小接触热阻和冷屏板表面发射率有助于提高冷屏隔热性能,为改善冷屏热屏蔽效果提供依据。     

BEPCⅡ超导腔垂直测试杜瓦的漏热分析与实验研究

北京正负电子对撞机重大改造工程(简称BEPCⅡ)采用了超导射频技术,超导腔设备在与低温恒温器总装之前,必须进行液氦温度下垂直位置的性能测试.测试杜瓦的绝热性能对超导腔的垂直测试性能产生直接影响,准确测算测试杜瓦的漏热量对垂直测试方案的制定、减少液氦消耗量具有重要的指导意义.对测试杜瓦的主要漏热部分进行了计算,同时以液氮...     

EAST托卡马克装置外冷屏的热负荷分析

外真空杜瓦冷屏 (简称外冷屏 )是 EAST超导托卡马克核聚变装置的重要部件之一 ,它在处于室温下的外真空杜瓦与运行在 4 .5 K温度下的超导线圈之间形成了一道隔热的屏障 ,以保证装置能够稳定高效的运行。文中运用有限元分析软件 ANSYS对外冷屏封头、中筒、底座的传热情况做了计算与分析 ,以得到在氦气入口处压强为 5 .2 bar,温度为 80 K的情况下 ,外冷屏低温面板的详细设计方案     

CFETR杜瓦冷屏初步设计与热分析

选择304LN 不锈钢作为冷屏的制作材料,将杜瓦冷屏分为16 个扇区,每个扇区由20 个子部分组成,在每一个子部分上布置相应的冷却管。选择液氦作为冷却剂。为检验杜瓦冷屏结构是否符合设计要求,分析了杜瓦冷屏的传热方式以及冷却原理,利用FLUENT 软件对设计的冷屏结构进行了热分析,得到了杜瓦冷屏面板的温度分布情况以及冷却管道进出口压力差。结果表明,杜瓦冷屏面板温度和冷却管道进出口压力差在合理范围内,验证了冷却管道布局的合理性,为后续杜瓦冷屏的设计提供了重要参考。     

低温超导磁体杜瓦装置的结构设计与传热分析

介绍了低温超导磁体杜瓦装置的结构设计和传热分析。为了获得有效的超导磁体运行的低温环境,研制了一套采用真空多层绝热、铜辐射冷屏、蛇形排气管结构形式的绝热系统,省去了传统的在内杜瓦外面添加液氮屏的结构,简化了工艺结构,操作方便,绝热效果良好。通过传热理论计算表明,液氦的损耗量小于技术要求的0.9 L/h指标,能够保证超导磁体系统能够在一定的低温环境下长时间的运行。     

ITER馈线系统CTB盒冷屏多层绝热结构传热性能的实验研究

线圈终端盒(CTB)是保证ITER装置可靠运行的关键部件之一,为磁体系统与低温车间、电源大厅、数据采集系统和低温控制元件提供4.5K的超低温工作环境。线圈终端盒(CTB)内部设有80K冷屏,以吸收室温环境对其内部工作空间带来的辐射热负荷,在杜瓦和冷屏中间,设有30mm的真空多层绝热夹层。首先采用量热法和称重法,对多层绝热试件进行了热性能测试,然后分别与理论分析和CTB原型件系统实验结果进行对比,得出了CTB盒中多层绝热结构的热性能参数,为下一步大规模生产提供了有力的技术支持。     

EMuS超导俘获线圈样机模型线圈的研制及测试

为了验证覆铝卢瑟福超导线缆的绕制工艺，在实验型μ子源(EMuS)超导俘获线圈样机正式生产前，须完成截面相同的300 mm短样模型线圈的研制和测试。本文介绍了EMuS超导俘获线圈样机模型线圈绕制生产线搭建、线圈绕制、线圈装配和VPI等工艺流程，并对VPI后的模型线圈进行了切割取样和测试，结果表明：模型线圈切片的线缆排列整齐、紧密，无气孔、干绝缘等缺陷；绝缘的电学性能和机械强度满足设计要求，模型线圈的绕制工艺满足EMuS超导俘获线圈样机制造的工程需求。     

超导磁体用金属液氦广口杜瓦的研制

文中较详细地介绍了超导磁体用金属液氦广口杜瓦的结构、制作工艺、绝热计算。该杜瓦外径Φ40 0 ,总高 2 5 0 0 ,内胆Φ 3 0 5 ,深 1 80 0 ;绝热方式采用多屏多层超级绝热结构 ,液氦日蒸发量 7.5升。     

超导涡流制动装置液氦容器设计及分析

液氦容器是浸泡式超导涡流制动装置稳定运行不可或缺的部件, 其漏热损耗和结构强度关系着内部超导磁体能否安全稳定的工作. 针对超导涡流制动装置的液氦容器的各类漏热进行了分析计算, 详细讨论了超导线圈励磁过程中对不同壁厚的液氦容器产生的涡流损耗, 并采用 Ansys 有限元分析软件对不同壁厚液氦容器的强度进行了计算, 结合漏热及强度计算结果获得了最优的液氦容器壁厚参数. 结果表明4 mm 壁厚下的液氦容器总漏热在励磁速度为90 A/s 时可达1 .87 W, 液氦容器在各类综合力作用下的最大应力为393 MPa, 最大变形为2.2 mm,可满足所选材料的漏热及强度需求, 为超导涡流制动器装置总体设计提供了有力保证.     

高温超导磁悬浮环形杜瓦的漏热分析

对高温超导磁悬浮环形杜瓦进行了漏热分析。在杜瓦内部采用真空多层绝热结构,并在整个外表面包裹了玻璃微纤维深冷绝热纸,工艺简单,绝热效果良好。通过传热学理论分析和计算,得到杜瓦的漏热量及液氮的损耗量。结果表明,固体传导漏热为主要的漏热来源,液氮维持的时间能达到技术要求的10小时,整个杜瓦装置的绝热性能良好。     

超导同步调相机低温系统设计与试验研究

超导同步调相机是一种用于电力系统的新型动态无功补偿设备, 具有高效、 快速响应等优点. 本文描述了10 Mvar 高温超导同步调相机的总体结构, 励磁绕组采用 YBCO 高温超导带材绕制而成, 通过循环的20 K 冷氦气进行冷却. 低温系统主要包含3 台制冷机、1 台氦气泵、 冷头换热器及其他辅助设备, 通过旋转密封装置与电机转子部分进行连接. 本文重点介绍了低温系统的设计方法, 包括转子、 绝热力矩管和电流引线等关键部位漏热和氦气管路流阻的计算方法, 并通过多次降温试验进行实验验证. 通过对带负载试验结果分析得出: 存在最优的氦气压力和氦气泵转速运行参数, 使得电机转子部分获的最佳冷却效果. 通过与300 kvar 高温超导同步调相机的耦合测试发现, 所研制的低温系统可将转子系统冷却至22.4 K, 满足调相机应用中对低温环境的要求.     

低温二次电子产额测试系统设计与研究

在合肥先进光源（HALF）建设中,由低温超导材料组成的真空部件被大量使用,尤其是超导高频腔。超导腔以高加速梯度、低束流阻抗、高无载品质因数和低运行成本等特点,成为21世纪国际上拟建的大型加速器的首选。而超导腔和低温真空室内表面的二次电子发射可能会引发电子云（EC）现象。超剂量的二次电子倍增功率沉积会引起低温区域热负载增加、超导腔失超等现象,因此降低超导高频腔内二次电子发射成为合肥先进光源设计过程中的巨大挑战。在常温材料二次电子产额（SEY）测试系统的基础上,作者自主研发设计低温样品架结构,使液氦流经样品台并通过热传导冷却样品,计算漏热来反推所需要的制冷量和液氦的消耗速率。在系统集成调试后进行降温性能测试,搭建了低温材料二次电子测试系统。     

ADS注入器Ⅱ10MeV加速器液氦分配系统设计

ADS注入器Ⅱ超导加速段的运行需要在4.2K(液氦)超低温环境下进行,针对注入器Ⅱ10MeV加速器低温恒温器的运行要求设计了一套液氦分配系统,该系统在满足加速器的低温恒温器工作的同时还具备给超导腔水平测试、垂直测试、磁铁测试等试验终端供液以及调节流量的功能。系统已应用于5 MeV加速器液氦的分配与调节以及超导腔垂直测试系统中,运行良好。重点介绍了液氦分配系统的工艺流程、阀箱的结构设计及调试运行情况。     

ITER 超导馈线系统的设计

ITER( 国际热核试验堆) 采用超导馈线系统传输磁体线圈所需电流、冷却液及数据信号, 并在失超等异常情况, 通过馈线转移磁体能量, 以保护整个磁体系统。介绍了国际热核试验堆超导馈线系统的结构及设计情况, 为同类型超导磁体的馈线设计提供了有益的参考。     

高温超导磁体试验装置设计

在高温超导磁体试验装置设计中,冷却方式有制冷机传导冷却和液氮浸泡冷却两种。制冷机传导冷却是将磁体通过一种热导率高的材料与制冷机冷头相连。该方式为保证绝缘、冷量传递、温场均匀性等指标,对磁体的结构设计要求较高;液氮浸泡冷却是将高温超导磁体浸泡在液氮中,该方式虽然对磁体结构设计要求有所降低,但在试验过程中需定期补充蒸发掉的液氮,试验过程较繁琐。有鉴于此,我们设计了一套利用热虹吸原理的零蒸发液氮浸泡冷却高温超导磁体试验装置,超导磁体吊装在杜瓦上盖板法兰下,液氮浸泡超导磁体,带GM制冷机的液氮再冷凝杜瓦与超导磁体分开,用一根真空绝热管道将两者连接起来,利用热虹吸原理构成自循环系统。     

35kV/90MVA高温超导限流器低温系统

35kV/90MVA高温超导限流器的低温系统是一个开放式的液氮制冷系统,包括一个环形不锈钢杜瓦、真空绝热管、压力及温度传感器、低温阀门以及监控系统.高温超导磁体放置在杜瓦中;监控系统检测杜瓦内液氮的液面,并控制往杜瓦内进行补液.杜瓦内蒸发的氮气通过真空绝热管道直接排放到大气中.分别对不同工况下的液氮蒸发量进行了测量.进...     

Progress in Switching Technology for Mets Systems

Three distinct sets of switching requirements have emerged from design optimization studies of large superconducting magnetic energy storage systems, such as the METS system to power the adiabatic plasma compression field in the proposed ?-pinch SFTR. Extremely low joule loss cryogenic disconnects are required between storage coils in the liquid helium environment to allow charging the coils in series over a prolonged time, then to isolate the coils for parallel fast discharging into the load. Another switch must break the current in the series charging loop and absorb the energy from the stray inductance. This action will allow the subsequent opening of the cryogenic disconnects under near zero current condition. The current now has been transferred to the many paralled circuits, each containing a high current, high voltage interrupter. The opening and arc commutation of the interrupter starts the energy transfer into the load. The primary activities associated with the cryogenic disconnect have been testing and development of contact materials, configurations, and closing forces for carrying 26 kA with a resistance less than 40 n?, and development of an actuating system that is both reliable and fast acting in a liquid helium environment. The charging loop switch will include a continuous duty switch and a vacuum interrupter. The continuous duty switch resistance can be an order of magnitude larger than that of the cryogenic disconnect because it does not present a refrigeration load.