CN116858582A - 一种超临界氦稳压系统的验证系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超临界氦稳压系统的验证系统，包括液氦单元、液氮单元、氦气瓶、储存杜瓦、抽空泵组、复温增压装置，所述储存杜瓦为双层腔体结构，且其内外腔体之间留有间隙并形成一个真空腔体。本发明中，通过液氮单元与储存杜瓦相连并将其内的低温液氮通入储存杜瓦内可为储存杜瓦进行预冷，通过氦气瓶与储存杜瓦相连，可对预冷后的液氮进行吹扫，同时也是作为后续超临界氦储存杜瓦增压用，通过抽空泵组的设置可对双层腔体之间的间隙形成的夹层抽真空，并在储存杜瓦预冷后进行抽空置换，通过复温增加装置的设置可将用来增压的低温冷氦气变成室温氦气，以形成一套超临界氦加温增压的验证装置。

Description

一种超临界氦稳压系统的验证系统

技术领域

本发明涉及圆柱电芯气密检测设备技术领域，更具体涉及一种超临界氦稳压系统的验证系统。

背景技术

氦作为常用的增压气体，具有分子量小、化学性质稳定的特点，被广泛应用于液体运载火箭和航天器的增压系统。为了在相同的空间结构下贮存更多的氦气，超临界氦加温增压系统是最优的选择。这种增压系统是利用氦气在其临界压力和临界温度状态下液化，以低压液氦贮存，从而获得相对高的密度和轻的贮存容器。工作时，将液氦加温增压后转变为一种介于液态和气态之间的特殊形态，然后通过加温器加热汽化后送到推进剂箱增压。这种增压形式可以大幅度减轻系统重量，由于系统工作压力相比较小，从而提高了火箭和航天器的安全性。国外已经把超临界氦加温增压技术成功的应用于“阿波罗”登月舱下降级和“阿里安V”一级。

国内外液体火箭贮箱采用各种不同的增压方案,其中阿里安V火箭一级液氧箱采用了超临界氦加温增压方案。这是世界上惟一成功应用超临界氦加温增压的例子,也是阿里安V火箭主要的技术特点之一。

国外已经把超临界氦加温增压技术成功的应用于“阿波罗”登月舱下降级和“阿里安V”一级，而在我国尚未得到应用，为了将超临界氦增压技术应用到我国未来火箭，有必要对火箭超临界氦加温增压系统性能及匹配性进行研究。

现有专利公告号为CN 203616128 U的专利文献公开了一种液体火箭超临界氦增压的试验系统,包括氦气瓶、常温电磁阀、减压器、孔板前压力表、孔板后压力表、常温增压孔板、液氦贮罐、液氦贮罐压力表、液氦贮罐温度计、电子秤、加.温换热器、截止阀、增压电磁阀、置换管路、低温增压孔板、流量计、贮箱、贮箱压力表、贮箱温度计、排气电磁阀、排气孔板。

虽然该试验系统可以考核超临界氦加温增压系统的匹配性,得到超临界氦加注量与常温增压气量的关系规律实现对超临界氦稳压系统的验证，但其超临界氦储存时间无法达到实际需求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，如何提供一种超临界氦稳压系统的验证装置并提高贮存时间。

本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：一种超临界氦稳压系统的验证系统，包括液氦单元、液氮单元、氦气瓶、储存杜瓦、抽空泵组、复温增压装置，所述储存杜瓦为双层腔体结构，且其内外腔体之间留有间隙并形成一个真空腔体，所述抽空泵组分别与所述储存杜瓦的间隙和储存杜瓦内腔相连通，所述储存杜瓦顶部的输入端分别与液氦单元、液氮单元、氦气瓶相连，且其连接管路上均设有控制阀门，所述储存杜瓦的输出端分别与复温增压装置和排气管路相连；

所述储存杜瓦包括外腔组件、内腔组件、绝热组件，所述外腔包设于内腔组件外侧且外腔组件与内腔组件之间留有间隙，所述间隙内填充有绝热组件。

通过液氮单元与储存杜瓦相连并将其内的低温液氮通入储存杜瓦内可为储存杜瓦进行预冷，通过氦气瓶与储存杜瓦相连，可对预冷后的液氮进行吹扫，同时也是作为后续超临界氦储存杜瓦增压用，通过抽空泵组的设置可对双层腔体之间的间隙形成的夹层抽真空，并在储存杜瓦预冷后进行抽空置换，通过复温增加装置的设置可将用来增压的低温冷氦气变成室温氦气，以形成一套超临界氦加温增压的验证装置，通过双层腔体、绝热组件以及将间隙抽真空降低了漏热，提高了超临界氦储存杜瓦在被动绝热方式下，达到工作压力时无排放的贮存时间。

作为优选的技术方案，所述外腔组件顶部设有法兰盘，所述内腔组件悬吊设于法兰盘底部，所述法兰盘顶部设有颈管组件，所述颈管组件底部贯穿法兰盘并与储存杜瓦顶部的输入端相连。

作为优选的技术方案，所述内腔组件顶部设有连接吊耳，所述连接吊耳包括水平段和竖直段，所述水平段两端分别垂直固定有一个竖直段并形成U型结构，所述连接吊耳的两个竖直段的自由端均与内腔组件外壁固定，其水平段通过螺栓与法兰盘连接紧固。

作为优选的技术方案，所述颈管组件包括外管、内管、中间过渡法兰、顶部过渡法兰，所述外管固定连接在法兰盘顶部，所述内管通过中间过渡法兰固定设于外管内，所述外管顶部固定连接有顶部过渡法兰，所述顶部过渡法兰、外管内壁、中间过渡法兰围合形成第一密闭腔体结构，所述内管通过伸缩波纹管与内腔组件连通，所述中间过渡法兰、外管内壁、内管外壁形成第二密闭腔体结构且与外腔组件与内腔组件之间的间隙相连通。

作为优选的技术方案，所述顶部过渡法兰顶部固定连接有注液接头。

作为优选的技术方案，所述颈管组件内还设有伸入内腔组件的液位计组件，所述液位计组件用于测量内腔组件液位。

作为优选的技术方案，所述复温增压管路、第一抽真空管路、氦气加注管路，所述复温增压管路、第一抽真空管路、氦气加注管路均与第一密闭腔体结构相连通。

作为优选的技术方案，所述储存杜瓦底部还设有重量检测装置，所述外腔组件底部通过多个等角度分布的底座支撑与重量检测装置相连。

作为优选的技术方案，所述绝热组件包括多层绝热膜。

作为优选的技术方案，所述储存杜瓦内外腔体壁厚均为3mm，用于承受2.5MPa压力。

一种超临界氦稳压系统的验证系统的控制方法，包括如下步骤：

S1、抽空、液氮预冷降温；系统降温前，通过抽空泵组对将储存杜瓦夹层抽空至优于0.1Pa；抽空完成后，将液氮单元的管道插入储存杜瓦中，并将液氮杜瓦中存贮的液氮输送至储存杜瓦中，用于对储存杜瓦进行预冷；为防止储存杜瓦内有液氮积液，当储存杜瓦内腔温度低于100K时，拔出液氮单元的管道；

S2、抽空置换；在液氮预冷降温后，将储存杜瓦内腔增压，并排出至空气中；排出液氮后对储存杜瓦及相关管路进行抽空置换：通过抽空泵组对储存杜瓦内腔抽真空至1mbar时停止，向储存杜瓦内通入高纯氦气至微正压；

S3、加氦、复温；抽空置换结束后向储存杜瓦内加注液氦，注入液氦完毕后，进行储存杜瓦增压测试；测试结束后，通过复温装置将低温氦气升温至200K以上。

本发明的优点在于：

(1)本发明中，通过液氮单元与储存杜瓦相连并将其内的低温液氮通入储存杜瓦内可为储存杜瓦进行预冷，通过氦气瓶与储存杜瓦相连，可对预冷后的液氮进行吹扫，同时也是作为后续超临界氦储存杜瓦增压用，通过抽空泵组的设置可对双层腔体之间的间隙形成的夹层抽真空，并在储存杜瓦预冷后进行抽空置换，通过复温增加装置的设置可将用来增压的低温冷氦气变成室温氦气，以形成一套超临界氦加温增压的验证装置，通过双层腔体、绝热组件以及将间隙抽真空降低了漏热，提高了超临界氦储存杜瓦在被动绝热方式下，达到工作压力时无排放的贮存时间。

(2)本发明中，将储存杜瓦的壁厚设置为3mm，干质比小，厚度减薄之后杜瓦重量得以减轻，更小的质量就可承载更多的液氦，同时通过设计等角度分布的支撑结构，储存杜瓦内腔设计为双层腔体结构，且夹层形成真空腔体结构，并包设绝热材料，极大的减小了漏热，将内腔组件通过U型连接吊耳悬吊设置于外腔组件顶部，缩小了接触面积，减小了接触漏热，增加了液氦储存时间。

(3)本发明中，将颈管组件的长度延长，减少了漏热。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种超临界氦稳压系统的验证系统的整体结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种超临界氦稳压系统的验证系统的储存杜瓦结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种超临界氦稳压系统的验证系统的内部结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种超临界氦稳压系统的验证系统的第一密闭腔体结构示意图；

图5为本发明实施例提供的一种超临界氦稳压系统的验证系统的输液管接头组件结构示意图；

图6为本发明实施例提供的一种超临界氦稳压系统的验证系统的输液管接头组件剖面结构示意图；

图7为本发明实施例提供的一种超临界氦稳压系统的验证系统的外腔组件结构示意图；

图8为本发明实施例提供的一种超临界氦稳压系统的验证系统的内腔组件结构示意图；

图9为本发明实施例提供的一种超临界氦稳压系统的验证系统的内腔组件漏热仿真示意图；

图10为本发明实施例提供的一种超临界氦稳压系统的验证系统的储存杜瓦漏热仿真示意图；

图11为本发明实施例提供的一种超临界氦稳压系统的验证系统的液位计安装接头的结构示意图；

图12为发明实施例提供的一种超临界氦稳压系统的验证系统的液位计安装接头的剖面结构示意图；

图13为发明实施例提供的一种超临界氦稳压系统的验证系统的运输工装内部结构示意图；

图14为发明实施例提供的一种超临界氦稳压系统的验证系统的外腔下半球仰视结构示意图；

图15为发明型实施例提供的一种超临界氦稳压系统的验证系统的螺杆结构示意图；

附图标号：1、液氦杜瓦；11、液氦加注管；2、液氮杜瓦；21、液氮加注管；3、氦气瓶；31、氦气加注管；311、加注球阀；4、空浴换热器；5、抽空泵组；6、储存杜瓦；61、外腔组件；611、外腔上半球；612、外腔下半球；613、底座支撑；62、内腔组件；621、内腔上半球；622、内腔下半球；63、法兰盘；64、绝热组件；65、连接吊耳；651、水平段；652、竖直段；66、运输工装；661、螺杆；662、固定工装法兰盘；663、密封法兰盘；664、法兰连接管；7、颈管组件；71、外管；72、内管；73、中间过渡法兰；74、顶部过渡法兰；75、输液管接头组件；751、管座；7511、对接圆台；752、螺帽；7521、环形孔；753、压环；7531、凹槽；754、橡胶圈；76、液位计组件；761、液位计；762、液位计封装头；763、安装管；7631、第一安装管；7632、第二安装管；7633、连通孔；764、连接波纹管；765、液位计安装接头；7651、对接管；7652、密封螺帽；7653、压垫；7654、液位计密封圈；76511、梯形凹孔；8、电子磅秤；9、加热器；10、注液管；101、第一抽真空管路；1011、第一球阀；1012、真空隔膜球阀；1013、安全阀；102、第二抽空管路；1021、第二球阀；103、复温增压管路；1031、复温管路球阀；1032、压力传感器；1033、排气阀门；104、排气管路；1041、排气球阀；1042、开关球阀。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参阅图1，一种超临界氦稳压系统的验证系统，包括液氦单元、液氮单元、氦气瓶3、储存杜瓦6、抽空泵组5、复温增压装置、电子磅秤8，储存杜瓦6为双层腔体结构，且其内外腔体之间留有间隙并形成夹层，夹层为真空腔体，将夹层设置为真空腔体可减小漏热，抽空泵组5分别与储存杜瓦6的夹层和储存杜瓦6内腔相连通，储存杜瓦6顶部的输入端分别与液氦单元、液氮单元、氦气瓶3相连，且其连接管路上均设有控制阀门，储存杜瓦6的输出端分别与复温增压装置和排气管路104相连，储存杜瓦6底部还设有重量检测装置，外腔组件61底部通过多个等角度分布的底座支撑613固定在电子磅秤8顶部。

参阅图2和图3，储存杜瓦6包括外腔组件61、内腔组件62、法兰盘63、绝热组件64，外腔组件61包设于内腔组件62外侧且外腔组件61与内腔组件62之间留有间隙并形成夹层，夹层内填充有绝热组件64，本实施例中，绝热组件64为绝热包扎层，包括40层绝热膜，储存杜瓦的内腔组件62内腔为真空腔体；外腔组件61、内腔组件62均为球型，壁厚均为3mm；

本实施例中，储存杜瓦6内腔内径650mm，壁厚3mm；颈管长500mm，内径25.4mm，壁厚2mm，通过延长颈管组件7的长度，减小了漏热；外腔内径850mm，壁厚3mm，储存杜瓦6内腔。

参阅图9、图10，杜瓦内腔漏热统计参阅下表

杜瓦内腔6存储时间计算：

球型容器的液氦装到颈管处时的容积143.7L，假设初始状态T1＝4.5K，压力P1＝1.29bara，液体密度为118.81g/L，焓值1.575kJ/kg，总质量为16kg；当状态2压力P2＝22bara，温度T2＝9.66K时，密度仍为118.81g/L，焓值为35.23kJ/kg；状态2和状态1的焓差值为：33.63kJ/kg，氦热容量为：Cp1＝639kJ；查询NIST网站，得到铝材料由4.5K升温至9.66K积分热容为18.7J/kg，内容器球形腔总质量34.95kg，则内腔总热容量为：Cp2＝653J；存储时间T＝(Cp2+Cp1)/Q＝61.44小时。

参阅图7，外腔组件61包括外腔上半球611、外腔下半球612、底座支撑613，外腔上半球611上焊接固定连接有法兰盘63，外腔上半球611与外腔下半球612围合后焊接固定形成一个密闭的球型腔体结构，外腔下半球612底部焊接固定有三个底座支撑613，外腔组件61通过底座支撑613固定在电子磅秤8顶部；

参阅图8，内腔组件62包括内腔上半球621、内腔下半球622，内腔上半球621和内腔下半球622围合后焊接固定形成一个密闭的球型腔体结构，内腔组件62悬吊设于法兰盘63底部并位于外腔组件61内；内腔上半球621顶部设有连接吊耳65，连接吊耳65包括水平段651和竖直段652，水平段651两端分别垂直的固定连接有一个竖直段652并形成U型结构，连接吊耳65的两个竖直段652的自由端均与内腔上半球621的外壁固定，其水平段651通过螺栓与法兰盘63连接紧固。

参阅图13、图14、图15，还包括运输工装66，运输工装66包括螺杆661、固定工装法兰盘662、密封法兰盘663、法兰连接管664；外腔下半球612外壁固定连接有三个等角度分布法兰连接管664，法兰连接管664的自由端固定连接有固定工装法兰盘662，固定工装法兰盘662上旋合连接有螺杆661，三个螺杆661均与内腔下半球622抵接，运输到现场时，旋出三个螺杆661，密封法兰盘663通过螺栓与固定工装法兰盘662固定连接，密封法兰盘663与固定工装法兰盘662之间还设置有铜垫。

储存杜瓦6的焊接包括如下步骤：

(1)先将内腔组件62与颈管组件7和液位计组件76进行连接：

将内腔上半球621与内管72和安装管763焊接固定，并将连接吊耳65焊接固定在内腔上半球621顶部，并将内腔下半球622与内腔上半球621固定连接；

(2)将外腔上半球611与内腔组件62组装焊接：

外腔上半球611顶部焊接法兰盘63，法兰盘63顶部焊接第二抽空管路102，并设置第二球阀1021、真空规和电阻规，法兰盘63顶部焊接固定颈管组件7；内腔组件62的连接吊耳65通过螺栓与法兰盘63连接紧固；

(3)将外腔上半球611与外腔下半球612及底座支撑613组装焊接；

(4)焊接外部管路：

将复温增压管路103、第一抽真空管路101、排气管路104与第一密闭腔体结构连接。

参阅图2、图4、图8，法兰盘63顶部固定连接有颈管组件7，颈管组件7底部贯穿法兰盘63并与储存杜瓦6的内腔组件62顶部的输入端相连，颈管组件7包括外管71、内管72、中间过渡法兰73、顶部过渡法兰74、输液管接头组件75、液位计组件76，外管71固定连接在法兰盘63顶部，外管71为两端贯通周向闭合的管状结构，外管71底部与法兰盘63固定，外管71顶部与顶部过渡法兰74固定连接后形成一个密闭的腔体结构，内管72通过中间过渡法兰73固定设于外管71内，并将其分为上下两个密闭的腔体结构，其中，顶部过渡法兰74、外管内壁71、中间过渡法兰73围合形成第一密闭腔体结构，中间过渡法兰73、外管内壁71、内管72外壁形成第二密闭腔体结构且与夹层相连通，内管72通过伸缩波纹管与内腔组件62连通，以抵消低温对内管72造成的冷缩变形；第一密闭腔体结构通过内管72、伸缩波纹管与内腔组件62的内腔相连通，颈管组件7内还设有伸入内腔组件62内的液位计组件76，液位计组件76用于测量内腔组件62内液氮、液氦的液位。

参阅图1、图2、图5，顶部过渡法兰74顶部通过连接球阀(以下记为V23)固定连接有输液管接头组件75，连接球阀一端与顶部过渡法兰74相连，另一端与输液管接头组件75相连，输液管接头组件75包括管座751、螺帽752、压环753、橡胶圈754，管座751固定连接在连接球阀顶部，管座751顶部固定连接有对接圆台7511，对接圆台7511外侧成型有螺纹，螺帽752为宝塔接头螺帽，螺帽752与对接圆台7511旋合连接，螺帽752与对接圆台7511之间还设置有压环753和橡胶圈754，螺帽752、压环753、橡胶圈754中心处均开设有与注液管10相适配的通孔，便于注液管10插入管座751内，螺帽752内开设有与压环753相适配的环形孔7521，压环753底部开设有凹槽7531，凹槽7531高度小于橡胶圈754截面直径，将注液管10插入管座751后，旋转螺帽752即可带动压环753挤压橡胶圈754，使橡胶圈754发生形变，进而使橡胶圈754实现对注液管10的密封，由于凹槽的7531的开设，使压环753外沿形成台阶，不仅可对形变进行导向，还可以控制压缩量，防止O型的橡胶圈754被压坏失效。

参阅图8，液位计组件76包括液位计761、液位计封装头762、安装管763、连接波纹管764、液位计安装接头765，参阅图6，顶部过渡法兰74上固定连接有液位计安装接头765，其中，安装管763包括第一安装管7631和第二安装管7632，第一安装管7631顶端与液位计安装接头765固定连接，为防止低温冷缩产生的变形造成结构损坏，第一安装管7631与中间过渡法兰73固定连接，第一安装管7631与液位计安装接头765搭接，留有缝隙，第一安装管7631底端通过连接波纹管764与第二安装管7632焊接固定，连接波纹管764抵消低温变形，第二安装管7632底部与内腔上半球621连通，液位计761穿过液位计安装接头765、第一安装管7631、连接波纹管764、第二安装管7632进入内腔组件62的内腔，并伸入其底部，进行液位测量，测量完成时，通过液位计封装头762旋合连接在液位计安装接头765上实现对安装管763的密封，在安装管763和对接管7651之间还设有液位计密封垫，液位计密封垫形状与安装管763顶部相适配。

参阅图11、图12，液位计安装接头765包括对接管7651、密封螺帽7652、压垫7653、液位计密封圈7654；对接管7651、密封螺帽7652、压垫7653、液位计密封圈7654中心处均开设有与液位计761相适配的安装孔，对接管7651固定连接在顶部过来法兰74顶端，并与第一密闭腔体结构连通，对接管7651外侧成型有螺纹，且旋合连接有密封螺帽7652，对接管7651顶部成型有梯形凹孔76511，密封螺帽7652与对接管7651之间留有空隙，并配合安装有T型的压垫7653，液位计密封圈7654位于压垫7653底部与梯形凹孔76511之间，旋转密封螺帽7652，密封螺帽7652通过挤压压垫7653带动液位计密封圈7654进行形变，通过梯形凹孔76511的设置，液位计密封圈7654沿梯形凹孔76511的斜边朝向液位计761进行移动，并实现对液位计761周向的侧密封；

第一安装管7631贯穿中间过渡法兰73，且第一安装管7631位于中间过渡法兰73和顶部过渡法兰74之间的一端开设有连通孔7633，使得安装管763与第一腔体结构联通，防止氦气进入安装管763内产生憋压风险。

参阅图2，连接管路包括复温增压管路103、第一抽真空管路101、第二抽空管路102、氦气加注管路，复温增压管路、第一抽真空管路101、氦气加注管路均与第一密闭腔体结构相连通，第二抽空管路102与夹层相连通，其中，氦气加注管路包括氦气加注管31，注液管10包括液氦加注管11、液氮加注管21，液氦单元包括液氦杜瓦1；液氮单元包括液氮杜瓦2，氦气瓶3通过与管座751相连，液氦杜瓦1通过液氦加注管11与输液管接头组件75的管座751相连，液氮杜瓦2通过液氮加注管21与输液管接头组件75的管座751相连，氦气瓶3通过氦气加注管31与第一密闭腔体结构相连，其中，液氦杜瓦1、液氮杜瓦2、氦气瓶3均为市购件且自带加压装置以将其内储存的介质输入储存杜瓦6内；液氦加注管11设有液氦球阀，以下记为V20；液氮加注管21上设有液氮球阀，以下记为V21；

复温增压装置包括空浴换热器4，空浴换热器4通过复温增压管路103与第一密闭腔体结构连通，抽空泵组5通过第一抽真空管路101与第一密闭腔体结构连通，抽空泵组5还通过第二抽空管路102与储存杜瓦6的夹层连通，氦气加注管31上设置有氦气加注球阀311，以下记为V22；氦气加注管31上还连接有排气管路104，排气管路104上设置有开关球阀1042(图未示出)、排气球阀1041，以下记为V24和V25；第一抽真空管路101上设有压力传感器、压力表、安全阀1013、第一球阀1011、真空隔膜球阀1012，以下记为PT200、PG200、PSV200、HV222、HV223，复温增加管路103上依次设有复温管路球阀1031、压力传感器1032、排气阀门1033，以下记为HV231、PT200、HV232；第二抽空管路102上设有第二球阀1021、真空规和电阻规，以下记为HV224、PT200、PT200；

需要说明的是，注液管10外径小于内管72内径，注液管10在注液(液氮或液氦或氦气)时由于注液管10和内管72之间存在间隙，气体通过该间隙进入第一密闭腔体结构，通过排气管路104上的控制阀门可排出。

使用方法，包括如下步骤：

S1、抽空、液氮预冷降温；

系统降温前，关闭所有阀门，打开阀门HV224，通过抽空泵组5对储存杜瓦6夹层抽空至优于0.1Pa；抽空完成后，关闭阀门HV224，将液氮加注管21从颈管组件7的输液管接头组件75顶部插入储存杜瓦6中，通过旋拧螺帽752，螺帽752向下移动并通过压环753压紧O型橡胶圈754实现对液氮加注管21的密封固定，打开阀门V23，打开阀门HV231及HV232，打开液氮球阀V21并将液氮杜瓦2中存贮的液氮输送至储存杜瓦6中，对储存杜瓦6进行预冷，相比于直接使用液氦进行冷却降温，大大降低了成本；此处需要说明的是，为防止储存杜瓦6内有液氮积液，当储存杜瓦6内腔温度低于100K时，反向旋拧螺帽752，解除O型橡胶圈754对液氮加注管21的密封固定，拔出液氮加注管21，关闭阀门V23；

S2、抽空置换；

在液氮预冷降温后，如储存杜瓦6内腔内有液氮积液，打开球阀V22，将储存杜瓦6内腔增压，并通过阀门V25将残余液氮排出至空气中；排出液氮后对储存杜瓦6及相关管路进行抽空置换：依次关闭阀门HV224，V22，HV232，依次打开阀门HV222，HV223、HV231；随后开启抽空泵组5，当压力低于1mbar时关闭HV223及抽空泵组5，打开阀门V-22及减压阀DPV221，向储存杜瓦6内通入高纯氦气至微正压；此过程至少进行两次；

S3、加氦、复温；

抽空置换结束后向储存杜瓦6内加注液氦，注入液氦完毕后，进行储存杜瓦6增压测试；测试结束后，通过复温装置将低温氦气升温至200K以上。

抽空置换结束后关闭阀门V22，打开液氦球阀V20及排气阀HV232，通过阀门V20及HV232开关大小控制液氦输液速率及储存杜瓦6内压力，维持压力在1.1～1.2bara范围内，注液过程中通过电子磅秤8监测储存杜瓦6内液氦存储量；

向储存杜瓦6内注入液氦完毕后，关闭注液阀V20，并拔出液氦加注管11，关闭阀门V23、HV231、HV222、HV223。开始储存杜瓦6的增压测试；测试结束后，开启阀门HV231、HV232，调节两阀门开度大小，通过空浴换热器4将低温氦气升温至200K以上。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种超临界氦稳压系统的验证系统，其特征在于，包括液氦单元、液氮单元、氦气瓶、储存杜瓦、抽空泵组、复温增压装置，所述储存杜瓦为双层腔体结构，且其内外腔体之间留有间隙并形成一个真空腔体，所述抽空泵组分别与所述储存杜瓦的间隙和储存杜瓦内腔相连通，所述储存杜瓦顶部的输入端分别与液氦单元、液氮单元、氦气瓶相连，且其连接管路上均设有控制阀门，所述储存杜瓦的输出端分别与复温增压装置和排气管路相连；

所述储存杜瓦包括外腔组件、内腔组件、绝热组件，所述外腔包设于内腔组件外侧且外腔组件与内腔组件之间留有间隙，所述间隙内填充有绝热组件。

2.根据权利要求1所述的一种超临界氦稳压系统的验证系统，其特征在于，所述外腔组件顶部设有法兰盘，所述内腔组件悬吊设于法兰盘底部，所述法兰盘顶部设有颈管组件，所述颈管组件底部贯穿法兰盘并与储存杜瓦顶部的输入端相连。

3.根据权利要求2所述的一种超临界氦稳压系统的验证系统，其特征在于，所述内腔组件顶部设有连接吊耳，所述连接吊耳包括水平段和竖直段，所述水平段两端分别垂直固定有一个竖直段并形成U型结构，所述连接吊耳的两个竖直段的自由端均与内腔组件外壁固定，其水平段通过螺栓与法兰盘连接紧固。

4.根据权利要求2所述的一种超临界氦稳压系统的验证系统，其特征在于，所述颈管组件包括外管、内管、中间过渡法兰、顶部过渡法兰，所述外管固定连接在法兰盘顶部，所述内管通过中间过渡法兰固定设于外管内，所述外管顶部固定连接有顶部过渡法兰，所述顶部过渡法兰、外管内壁、中间过渡法兰围合形成第一密闭腔体结构，所述内管通过伸缩波纹管与内腔组件连通，所述中间过渡法兰、外管内壁、内管外壁形成第二密闭腔体结构且与外腔组件与内腔组件之间的间隙相连通。

5.根据权利要求4所述的一种超临界氦稳压系统的验证系统，其特征在于，所述顶部过渡法兰顶部固定连接有注液接头。

6.根据权利要求4所述的一种超临界氦稳压系统的验证系统，其特征在于，所述颈管组件内还设有伸入内腔组件的液位计组件，所述液位计组件用于测量内腔组件液位。

7.根据权利要求4所述的一种超临界氦稳压系统的验证系统，其特征在于，还包括复温增压管路、第一抽真空管路、氦气加注管路，所述复温增压管路、第一抽真空管路、氦气加注管路均与第一密闭腔体结构相连通。

8.根据权利要求1所述的一种超临界氦稳压系统的验证系统，其特征在于，所述储存杜瓦底部还设有重量检测装置，所述外腔组件底部通过多个等角度分布的底座支撑与重量检测装置相连。

9.根据权利要求1所述的一种超临界氦稳压系统的验证系统，其特征在于，所述绝热组件包括多层绝热膜。

10.根据权利要求1-9任意一项所述的一种超临界氦稳压系统的验证系统的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、抽空、液氮预冷降温；系统降温前，通过抽空泵组对将储存杜瓦夹层抽空至优于0.1Pa；抽空完成后，将液氮单元的管道插入储存杜瓦中，并将液氮杜瓦中存贮的液氮输送至储存杜瓦中，用于对储存杜瓦进行预冷；为防止储存杜瓦内有液氮积液，当储存杜瓦内腔温度低于100K时，拔出液氮单元的管道；

S2、抽空置换；在液氮预冷降温后，将储存杜瓦内腔增压，并排出至空气中；排出液氮后对储存杜瓦及相关管路进行抽空置换：通过抽空泵组对储存杜瓦内腔抽真空至1mbar时停止，向储存杜瓦内通入高纯氦气至微正压；

S3、加氦、复温；抽空置换结束后向储存杜瓦内加注液氦，注入液氦完毕后，进行储存杜瓦增压测试；测试结束后，通过复温装置将低温氦气升温至200K以上。