ITER CC导体接头测试装置设计与研制

根据国际热核实验反应堆(ITER)校正场线圈(CC)导体接头低温电阻的测试要求,设计并研制了一套用于超导导体接头的低温测试装置。该装置主要包括10 kA超导变压器、低温测试杜瓦、磁体失超保护系统和数据采集系统等。超导变压器的初级线圈及次级线圈采用LHe浸泡的方式进行冷却。超导变压器初级线圈电流引线采用常规铜电流引线,为增加铜的传热面积,采用编织铜引线代替铜棒引线。初级线圈外接磁体电源,利用电磁感应原理,在次级回路感应出超导导体接头测试所需的电流。已经成功进行了一次CC导体接头的低温实验,接头电阻的测试结果分别为8.4纳欧姆和9.3纳欧姆。     

ITER高温超导电流引线测试杜瓦设计与分析

为了满足国际热核聚变反应堆计划(ITER)高温超导电流引线测试需要的低温及真空工作环境,根据杜瓦设计的各项技术指标要求,设计了ITER高温超导电流引线的测试杜瓦结构。通过对外筒体进行了结构强度校核分析,确定了外筒体的结构设计方案。对冷屏及其冷却管进行了设计、选型及压差计算,确定了冷屏设计方案。通过对冷屏绝热支撑结构设计及热负荷计算,确定了冷屏的各项热负荷情况。各项计算结果均满足要求,同时并对该ITER高温超导电流引线测试杜瓦成功进行了制造和测试。     

ITER 68kA高温超导特大电流引线的冷端漏热

ITER高温超导电流引线载流能力最大要达到68 kA,其试验件于2008年底加工完成并进行了低温试验,在载流能力、接头电阻、漏热和安全性等关键参数上取得了重要进展.讨论了ITER高温超导电流引线超导段冷端(5 K)漏热的理论值计算,并用热导率积分法进行了低温漏热测试,结果表明理论值与试验值基本吻合,试验件冷端漏热满足ITER国际组要求.     

50 kA超导变压器杜瓦及高温超导电流引线的设计与优化

CICC超导导体性能测试用50 kA超导变压器由初级线圈和次级线圈组成,初级线圈浸泡在4.2 K液氦低温杜瓦中,次级线圈为CICC导体采用4.2 K/354 637 Pa超临界氦迫流冷却,液氦和超临界氦均由500 W/4.5 K制冷机提供,变压器低温杜瓦的理论液氦蒸发率为1.52 L/h。为减少电流引线漏热,超导变压器采用B i-2223/AgAu高温超导(HTS)二元电流引线,并且在颈管中部设计了一个新型的直接用液氮冷却的热截流装置来截断电流引线高温端的热流;最后对铜电流引线部分进行了尺寸优化计算,得到最佳截面积和直径分别为28 mm2和6 mm。     

薄膜光电性能表征用小型液氮低温恒温器

本文介绍了一种高真空低温环境下用于薄膜光电性能研究的小型液氮低温恒温器,它能提供稳定低温并与外界隔绝的真空环境,可广泛用于薄膜材料的光学、磁热、超导和电学性能研究领域.系统通过液氮杜瓦和基片加热装置使样品维持在所需的低温高真空条件下,既能通过外接光源将光线引入真空室并辐照在样品上或通过真空电极引线测试样品的电学特性,也可实现薄膜的光电性能表征.热负荷计算与分析表明,该系统可长时间保持所需的低温真空环境,且该装置具有结构简单、体积小和温控稳定等优点,适于薄膜器件的真空低温变温研究.     

高熵合金凝固用高精度低温超导磁体的研制

根据高熵合金凝固用高精度低温超导磁体的技术要求,研制1套磁场可达10 T,室温直径为100 mm的高精度传导冷却超导磁体。该超导磁体由1组Nb3Sn和4组Nb Ti线圈组成,同时设计并制造了直径650 mm、高612 mm的杜瓦。为降低磁体运行过程中漏热,采用1对150 A高温超导电流引线为磁体供电。磁体总质量388 kg,通过1台1.5 W@4.2 K的G-M制冷机作为冷源,经过62 h,将超导磁体冷却至2.92 K,磁体正常运行电流119.95 A,工作磁场10.001 T,励磁过程中未发生失超,运行稳定。同时,对强磁场下高熵合金的凝固进行实验研究,详细介绍了该超导磁体装置的设计、制造和测试过程。     

基于减压降温原理的过冷液氮冷却系统研制

随着超导技术的迅速发展,为超导材料提供低温环境的制冷系统得到了越来越多的关注。本文详细介绍了一种基于减压降温原理的高温超导电机过冷氮冷却系统,包括技术指标及相关要求、总体结构、关键技术、热负荷分析与计算等。系统采用减压降温获得过冷液氮,冷却电机中超导线圈。液氮进口温度68K,出口温度72K。主要由供液杜瓦、过冷箱、抽空泵、超导线圈杜瓦、返液杜瓦、低温管路及温度仪表组成。试验证明,该冷却系统设计合理、操作方便,成功实现了超导电机的加载运行。     

1.8K常压超流氦低温系统的设计与分析

中国科学院等离子体物理研究所ITER CC导体测试装置背景超导磁体,由4.2 K液氦浸泡冷却,能够提供7 T背景场,为了满足超导导体测试需要更大背景场(10 T)的要求,将采用1.8 K超流氦浸泡冷却。针对该测试装置的低温系统设计了一种1.8 K常压超流氦低温系统,给出了该系统的关键组成部分并对获取1.8 K常压超流氦的流程进行了分析。针对预冷与节流相结合获取1.75 K超流氦方案进行了分析和计算,同时针对此方案给出了其物理过程的T-s图,计算了1.75 K超流氦液体得率。     

1.8 K常压超流氦低温系统漏热分析及真空泵抽速计算

给出了1.8K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He Ⅰ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.     

10米10.5kV/1.5kA三相交流高温超导电缆低温系统

低温系统是该试验装置的一个主要分系统,采用增压过冷液氮冷却高温超导电缆及其电流引线,是国内首次采用过冷液氮循环冷却高温超导电缆的低温系统.低温系统包括两大部分:过冷液氮循环部分和制冷部分.在过冷液氮循环部分,以低温泵的扬程作为循环流动动力,液氮通过与制冷部分的热交换,获取冷量,被输送到高温超导电缆低温容器和终端,液氮通过与电缆的换热释放其冷量,最后回到气液分离器,进入下一个循环过程.制冷部分采用液氮减压降温获取冷量,其最大制冷量3.3kW,液氮消耗72 L/h.     

液氮温区低温回路热管的实验研究——第一部分：结构设计和实验系统

由于回路热管是近20年内发展起来的新技术,因而除理论研究外在实验研究方面仍需要进一步深入研究.此外,为改善制冷机与被冷却器件的集成关系,需要发展能够工作在深低温区的低温回路热管.为此,搭建了低温回路热管的实验台,并设计了一种结构简单的低温回路热管,为下一步研究低温回路热管的启动特性和传热特性做准备.     

低温推进剂长时间在轨的蒸发量控制关键技术分析

介绍了国外低温推进剂应用需求,从被动防护和主动制冷等方面对低温推进剂长时间在轨蒸发量控制关键技术进行了归纳分析,对国外低温推进剂长时间在轨蒸发量控制系统技术方案进行了研究,对低温推进剂蒸发量控制技术进行了总结和展望.     

高温超导电缆低温系统数据实时监控

介绍自行研制的高温超导电缆低温系统的实时监控系统.该系统包括温度测量、压力测量、流量测量、液位测量4部分.该系统基于计算机和MCGS组态软件,具有操作简便、运行可靠、采集高效精确等优点,并通过与高温超导电缆的通电实验.结果表明,这套数据实时监控系统能满足高温超导电缆低温系统的各项参数的测量要求.该监控系统的成功研制,为类似的超导低温工程项目中数据的采集和控制提供了参考.     

空间低温流体贮存的压力控制技术进展

分析了空间微重力条件对低温流体贮存的影响,重点介绍了亚临界空间低温流体贮存压力控制技术的主要内容和技术发展情况,并简要展望了空间低温流体贮存技术在未来空间系统中的应用。     

BEPC Ⅱ超导腔低温氦制冷压缩机压力控制

结合双螺杆变频调速压缩机在BEPCⅡ低温系统上的应用,研究压缩机吸气压力和排气压力控制方法。根据制冷机控制系统的PLC程序,得出压缩机吸气压力和排气压力的控制方法,并通过BEPCⅡ低温系统的实际运行情况对研究结论进行验证。     

EAST低温系统超临界氦循环泵的自动控制

为确保EAST超导磁体安全、稳定地进行降温,通过分析超导磁体氦迫流冷却回路并结合低温系统降温操作流程,在低温控制系统中设计并实现了氦循环泵的自动启动和失超处理等顺序控制流程;采用选择性控制结构和改进的增量式PID控制算法,实现了氦循环泵入口压力的自动控制.经过降温实验验证,氦循环泵的自动控制策略满足低温系统的运行要求,在一定程度上提高了系统的自动化程度.     

Operational Characteristics of the 200-m Flexible Cryogenic Transfer System

A proper cryogenic environment is essential for the operation of superconducting devices. A test area for the superconducting radio-frequency modules (SRF) has been established in the RF laboratory at National Synchrotron Radiation Research Center in Taiwan; these modules require much liquid helium during conditioning and performance tests; a cooling capacity of 120 W is expected for the acceptance test of the SRF module. The cryogenic environment of the test area is completed on transferring the liquid helium over a remarkable length of 205 m from the two cryogenic plants at Taiwan Light Source, with a valve box located at each end to control and to measure the cryogenic flow. Flexible cryogenic transfer lines of concentric four-tube type are chosen for both the supply of liquid helium and the return of cold helium gas. Functional examination of this long transfer system was first achieved with a 500-L Dewar in the radio-frequency laboratory; an SRF module was then installed in the test area for practical operation. The primary concern about the cryogenic transfer system is the heat loss; a measurement technique based on the principle of thermodynamics is developed and proposed herein. With the available sensors inside the valve boxes and the heaters inside the 500-L Dewar and the test SRF module, this technique has proved promissing from the measured results.     

低温真空腔体结构设计及传热分析

为适应未来航天低温光学系统的需要，研制了1套测量光学元件低温场和低温变形的系统。该系统由真空机组、低温真空腔体、防振系统、测量装置等主要部分组成。其中低温真空腔体是该系统中关键的装置，为光学元件的低温真空实验提供了必要的条件。对低温真空腔体的结构设计、真空度和传热进行了分析探讨，并且对梯形薄壁绝热支撑进行了详细结构热分析和COSMOSWORK软件的传热分析，结果表明可以满足低温真空的实验要求。     

The fast alternative cryogenic experiment testbed

Subsystems for a “proof of concept” cryogenic payload have been developed to demonstrate the ability to accommodate low temperature science investigations within the constraints of the Hitchhiker siderail (HH-S) carrier on the Space Shuttle. These subsystems include: a hybrid solid neon – superfluid helium cryostat, a multi-channel Versa Modular European (VME) architecture Germanium Resistance Thermometer (GRT) readout and heater control servo system, and a multiple thermal isolation stage “probe” for thermal control of helium samples. The analysis and tests of these subsystems have proven the feasibility of a cryogenic HH-S carrier payload.     

低温气体调节器仿真技术

建立了低温气体调节器动态数学模型及仿真模型.引入汽化比参数,分析了汽化比对低温气体调节器性能的影响.从动态特性研究中得出:改进喷嘴性能,提高雾化程度和汽化比,降低填料高度,对提高控制性能,简化结构至关重要.研究结果为低温气体调节器优化设计和整个气氮系统的控制研究奠定了基础.