CN110993246B - 一种空间推进地面模拟环境超导磁体系统长路径冷却系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种空间推进地面模拟环境超导磁体系统长路径冷却系统，包括超导磁体、低温制冷系统、真空舱体、长路径冷却管路、超导磁体支撑。所述超导磁体固定在超导磁体支撑上，长路径冷却管路连接低温制冷系统和超导磁体，低温制冷系统与真空舱体通过密封法兰连接。所述长路径冷却系统的结构，使制冷的液氦和液氮能传输到超导磁体内，液氦波纹管连接低温制冷系统内的氦管和长路径管路下方的氦管，氦槽内通过氦管填充液氦，冷屏与氦槽之间保持真空，冷屏外侧包裹液氮盘管。所述超导磁体氦槽通过连接的氦管来输入液氦。实现超导磁体与低温制冷系统长距离跨越连接，以保证超导线圈在低温超导状态下稳定运行。

Description

一种空间推进地面模拟环境超导磁体系统长路径冷却系统
技术领域
本发明涉及空间推进地面模拟环境中超导磁体系统工程技术领域，主要涉及一种低温超导磁体系统长路径的冷却系统。
背景技术
空间推进技术是一种用电磁力作用于带电粒子来产生推力的新型电推进技术。一般采用的离子推进，是在静电场的作用下，将工质电离生成的离子加速喷出，产生推力。采用常规磁线圈或永磁体来产生需要的磁场时，磁体本身的体积过大，中心磁场强度耗散后效率降低，难以满足后续地面试验以及上星需求，而且在低磁场强度下，难以找到推力器的性能拐点。因此，超导磁体可以很好的满足，不但可以提供较高的磁场强度而且整体部件的尺寸也大幅降低。
空间推进地面模拟环境舱体是高真空环境，超导磁体在其中可以长时间稳定运行，所需功耗和冷却剂也较少，产生的磁场稳定。然而超导磁体与舱体环境口位置较远，需考虑超导磁体的冷却装置与超导磁体之间的冷却路径设计，设计一套适合空间推进地面模拟环境舱体超导磁体系统的冷却系统回路系统
发明内容
本发明的目的是提供一种空间推进地面模拟环境超导磁体系统长路径的冷却系统，以实现超导磁体的低温持续运行，并且实现液氦的零挥发，保证整个低温系统的稳定运行及超导磁体的稳定运行。
本发明是通过以下技术方案实现的：一种空间推进地面模拟环境超导磁体系统长路径冷却系统，包括超导磁体、低温制冷系统、真空舱体、长路径冷却管路、超导磁体支撑；所述超导磁体固定在超导磁体支撑上，长路径冷却管路连接低温制冷系统和超导磁体，低温制冷系统与真空舱体通过密封法兰连接。
进一步的，系统还包括长路径管路杜瓦、液氮盘管、长路径管路冷屏、长路径管路氦槽、液氦管，该系统结构从外到内分别是长路径管路杜瓦、液氮盘管、长路径管路冷屏、长路径管路氦槽、液氦管，用于使制冷的液氦和液氮能传输到超导磁体内，对整个系统进行冷却。
进一步的，长路径冷却管路冷屏位于长路径管路氦槽的外侧，长路径管路冷屏与长路径管路氦槽之间保持真空，长路径管路冷屏外侧包裹液氮盘管，并且与低温制冷系统冷屏和超导磁体冷屏连接，液氮盘管连接盘绕整个冷屏系统，对冷屏进行冷却。
进一步的，长路径管路杜瓦位于整个长路径管路的最外侧，与低温制冷系统杜瓦以及超导磁体杜瓦连接，位于真空舱体的真空环境中；长路径冷却管路系统通过超导磁体支撑顶部舱体法兰和低温制冷系统法兰来固定支撑。
进一步的，液氦管贯穿于低温制冷系统、长路径冷却管路和超导磁体，位于整个系统最内侧。
进一步的，所述长路径管路液氦波纹管是柔性结构，连接低温制冷系统杜瓦内的氦管和长路径管路下方的氦管。
进一步的，与长路径冷却管路上部连接的低温制冷系统包括制冷机、阀组件，与长路径冷却管路下部连接的超导磁体包括超导磁体支撑，整体系统处在真空舱体中，真空舱体的舱体法兰与低温制冷系统法兰连接，保证系统的封闭性。
进一步的，所述的长路径是指,制冷机液氦出口距离超导磁体线圈超过1米。
有益效果
本发明提出的一种空间推进地面模拟环境超导磁体系统长路径冷却系统，可以实现超导磁体与低温制冷系统长距离跨越连接，以保证超导线圈在低温超导状态下稳定运行，不产生失超现象，同时保证液氦挥发损耗低，保证设备稳定长时间运行。本发明对于超导磁体更广泛的应用，具有重要意义。
附图说明
图1为本发明超导磁体连接的整体系统示意图；
图2为本发明超导磁体的低温制冷系统内部结构示意图；
图3为本发明超导磁体长路径冷却系统结构示意图。
其中，附图中标号：1超导磁体；2低温制冷系统；3制冷机；4阀组件；5真空舱体；6长路径冷却管路；7低温制冷系统杜瓦；8低温制冷系统法兰；9舱体法兰；10低温制冷系统液氦槽；11液氦管；12低温制冷系统冷屏；13长路径管路杜瓦；14液氮盘管；15长路径管路冷屏；16长路径管路氦槽；17液氦波纹管；18超导磁体支撑。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅为本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
如图1、2、3所示。一种用于空间推进地面模拟环境中超导磁体系统长路径冷却管路6，包括长路径管路杜瓦13、液氮盘管14、长路径管路冷屏15、长路径管路氦槽16、液氦波纹管17、液氦管11。与长路径冷却管路6上部连接的低温制冷系统2主要包括制冷机3、阀组件4等，与长路径冷却管路6下部连接的超导磁体1包括超导磁体支撑18等，整体系统处在真空舱体5中，真空舱体5的舱体法兰9与低温制冷系统法兰8连接，保证系统的封闭性。所述的长路径是指,制冷机液氦出口距离超导磁体线圈超过1米。
液氦管11贯穿于低温制冷系统2、长路径冷却管路6和超导磁体1，位于整个系统最内侧，所述长路径管路液氦波纹管17是柔性结构，连接低温制冷系统杜瓦7内的氦管和长路径管路下方的氦管。通过低温制冷系统2上的液氦注入口注入液氦，传输到长路径冷却管路氦槽16内的液氦管11中，继续传输液氦到超导磁体1中的超导磁体氦槽内来对超导磁体线圈进行冷却，运行过程蒸发的氦气通过长路径冷却管路氦槽16传输到低温制冷系统液氦槽10内由制冷机3对其冷凝，从而实现零挥发。
长路径冷却管路冷屏15位于长路径冷却管路氦槽16的外侧，两者之间保持真空，长路径管路冷屏15外侧包裹液氮盘管14，并且与低温制冷系统冷屏12和超导磁体冷屏19连接，液氮盘管14连接盘绕整个低温制冷系统冷屏12，对其进行冷却。
长路径管路杜瓦13位于整个长路径管路的最外侧，与低温制冷系统杜瓦7以及超导磁体外杜瓦连接，位于真空舱体5的真空环境中。通过超导磁体支撑18支撑整个系统固定安装。
尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，且应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (1)

1.一种空间推进地面模拟环境超导磁体系统长路径冷却系统，其特征在于：
包括超导磁体、低温制冷系统、真空舱体、长路径冷却管路、超导磁体支撑；所述超导磁体固定在超导磁体支撑上，长路径冷却管路连接低温制冷系统和超导磁体，低温制冷系统与真空舱体通过密封法兰连接；
系统还包括长路径管路杜瓦、液氮盘管、长路径管路冷屏、长路径管路氦槽、液氦管，该系统结构从外到内分别是长路径管路杜瓦、液氮盘管、长路径管路冷屏、长路径管路氦槽、液氦管，用于使制冷的液氦和液氮能传输到超导磁体内，对整个系统进行冷却；
长路径管路冷屏位于长路径管路氦槽的外侧，长路径管路冷屏与长路径管路氦槽之间保持真空，长路径管路冷屏外侧包裹液氮盘管，并且与低温制冷系统冷屏和超导磁体冷屏连接，液氮盘管连接盘绕整个低温制冷系统冷屏，对整个低温制冷系统冷屏进行冷却；
长路径管路杜瓦位于整个长路径冷却管路的最外侧，与低温制冷系统杜瓦以及超导磁体杜瓦连接，位于真空舱体的真空环境中；长路径冷却管路通过超导磁体支撑顶部舱体法兰和低温制冷系统法兰来固定支撑；
液氦管贯穿于低温制冷系统、长路径冷却管路和超导磁体，位于整个系统最内侧；
长路径管路液氦波纹管是柔性结构，连接低温制冷系统杜瓦内的氦管和长路径管路下方的氦管；
与长路径冷却管路上部连接的低温制冷系统包括制冷机、阀组件，与长路径冷却管路下部连接的超导磁体包括超导磁体支撑，整体系统处在真空舱体中，真空舱体的舱体法兰与低温制冷系统法兰连接，保证系统的封闭性；
所述的长路径是指,制冷机液氦出口距离超导磁体线圈超过1米。
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