高温超导磁体液氮零蒸发冷却系统设计及性能试验

随着高温超导技术的发展,可用于交变电磁场条件下且临界温度高于77K的高温超导线材已经得到商业化应用,液氮温区的高温超导磁体冷却技术也取得了巨大进步。本文作者设计了一种高温超导磁体液氮零蒸发冷却系统,并进行了相关性能试验。结果表明,整个试验过程中,液氮无损耗,实现液氮零蒸发功能;系统液氮温度处于70K~77K之间,且温度可控,为高温超导磁体在特定温度下的性能研究提供了条件;给出了液氮温度与系统净输出冷量的关系,并与理论计算进行了比较;提出了影响系统性能的关键问题。     

AMS-02超导磁体300K-80K受控冷却系统的工艺流程设计

300K-80K受控冷却系统是AMS-02探测器的低温地面支持设备(CGSE)系统中的重要子系统,其主要作用是实现AMS-02磁体从常温(约300K)到接近液氮温度(约80K)的冷却。对该系统进行了工艺流程设计,在恒温器内设置多个调节阀和温度、压力、流量检测元件,通过自动调节手段控制经该系统冷却后前往磁体的氦气的温度和流量。同时介绍了该系统的组成及低温恒温器、HX1、HX2和HX3的结构和特点。     

基于斯特林制冷机的磁体冷却系统实验研究

为了减小磁共振成像低温超导磁体冷却过程中的液氮和液氦消耗,提高降温过程的可控性,提出基于千瓦级斯特林制冷机的氦气循环冷却系统,可将磁体快速冷却至液氮温度以下。对冷却系统建立数学物理模型并开展数值计算,在氦气平均压力为1.7 bar、流速为9.8 m/s时,系统冷却总重量为2 t的室温超导磁体至液氮温度仅需59.0 h。基于模拟结果开展实验研究,在相同条件下磁体实际降温时间为69.5 h,模拟计算与实验结果吻合良好。结果表明,该系统具备快速冷却超导磁体的能力,具有广阔的应用前景和深远的影响。     

直接冷却的高温超导磁体热稳定性有限元仿真

制冷机直接冷却超导磁体是一门新兴技术,研究超导磁体在直接冷却下的热稳定性具有重要意义。用有限元方法解决复杂边界问题的热力学问题非常有效,而有限元分析软件ANSYS能使得用有限元法解决问题更加方便。该文用有限元方法对直接冷却高温超导磁体进行了热稳定性数值仿真。仿真结果表明,在设定热负荷作用下,直接冷却的B i2223系高温超导磁体具有较好的热稳定性,磁体温度低于其临界温度。     

35kJ直接冷却高温超导储能磁体

介绍了直接冷却高温超导储能磁体的基本结构,分析了磁体的电磁特性,分析结果表明,磁体电磁设计中采用端部两对饼并联的方式,削弱了磁体端部磁场径向分量,提高临界电流,磁体表现了较好的电磁特性;仿真了磁体与电力系统进行功率交换时的热特性,仿真结果与实验结果两者温度变化总体趋势是一致的;介绍了磁体的冷却实验和磁体系统的动态模拟实验结果.实验结果表明磁体的冷却措施和低温系统的冷却方案是可行的,磁体具有较好的热稳定性.     

固氮冷却的高温超导磁体

本文介绍了高温超导磁体的固氮冷却方法.对20K下磁场为2.90T的小型Bi2223/Ag高温超导磁体进行固氮冷却实验,获得了系统冷却过程和磁体性能的实验曲线.实验结果表明:采用固氮作为冷源,是高Tc磁体一种成功的实验技术.     

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.     

零蒸发率超导磁体系统氦液化冷凝器的设计

零蒸发超导磁体系统利用制冷机作为冷源,常温氦气经预冷后直接液化为液氦。同时零蒸发超导磁体系统将冷却系统蒸发的饱和氦气或低温氦气冷凝再液化。整个试验过程无需加注液氦和补充液氦,实现液氦零损耗。其中氦气液化冷凝器是低温磁体杜瓦部分的核心部件,它的设计成败将直接影响系统能否实现液氦的零蒸发与零消耗。     

液氦温区脉管制冷的实验研究

本文研制了一台可以用于低温超导磁体冷却的液氦温区分离型二级脉管制冷机.单独测试第一级最低达到了13.8K,是单级脉管制冷机最低制冷温度新纪录;在40K温度下具有55.9W制冷量,可望在高温超导磁体冷却方面获得广泛应用.使用单压缩机单旋转阀驱动二级脉管,二级最低温度达到了2.6K,在4.2K下有590mW制冷量,同时一级在36.7K有15W的制冷量,满足小型低温超导磁体冷却的要求.     

20K氦气循环低温系统的研制北大核心

针对大冷量氦气循环低温系统的研制进行了论述,该系统由氦气循环、低温换热和监测控制三个单元组成。氦气循环单元为氦气提供循环动力,以及压力和流量的调节,氦气循环单元中的氦气压缩机由螺杆制冷压缩机进行改造,同时对螺杆压缩机的冷却、后处理进行了优化。低温换热单元为循环氦气提供冷源,该单元使用的冷源介质为液氮和液氦,先使用液氮对系统进行预冷,然后采取液氦进行降温。监测控制单元对系统中的温度、压力和流量测量点进行监测,上位机软件自动绘制温度和压力曲线,并对数据进行存储。