CN206075980U - 一种可控速率超导磁体降温实验装置 - Google Patents
一种可控速率超导磁体降温实验装置 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型公开了一种可控速率超导磁体降温实验装置，在真空容器内设有超导磁体，在超导磁体的上下端分别设有温度计一和温度计二，液氮罐的顶部和底部分别通过截止阀一和截止阀二与电加热器的进口连接，液氮罐的底部和顶部之间通过盘管连接，且在盘管上连接有截止阀三，电加热器的出口分别通过截止阀四和截止阀五与空气浴式气化器一和真空容器的进口连接，空气浴式气化器一连接有流量控制器一，真空容器的出口依次连接空气浴式气化器二和流量控制器二。本实用新型在冷源处设置两路输出通道，一路输出冷氮气，一路输出液氮。通过主回路和旁回路双通道互相辅助冷却管道的设计，有效的稳定主回路冷氮气流量在一定值。
Description
技术领域
本实用新型涉及超导磁体实验方法技术领域，尤其涉及一种可控速率超导磁体降温实验装置。
背景技术
在超导托卡马克装置中，超导磁体作为其重要的必不可少的一部分，其运行的稳定直接关系到整个聚变装置的安全运行。
大型超导磁体在实际运行过程中，一般都处于强磁场、超低温和大电流等多场并存环境下，且多场之间存在相互影响和相互作用。超导磁体绝缘层一般包括匝间绝缘，饼间绝缘和对地绝缘。绝缘材料一般是由环氧胶、玻璃纤维和聚酰亚胺复合构成。在超导磁体正式运行前，需要按照一定的降温梯度对其进行降温。为了确保超导磁体的安全使用，避免磁体绝缘受到由于降温过快而产生的热应力的威胁，采用合理可控的降温策略成了至关重要的环节。
实用新型内容
本实用新型目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种可控速率超导磁体降温实验装置。
本实用新型是通过以下技术方案实现的：
一种可控速率超导磁体降温实验装置，包括有液氮罐和真空容器，在真空容器内设有超导磁体，在超导磁体的上下端分别设有温度计一和温度计二，液氮罐的顶部和底部分别通过截止阀一和截止阀二与电加热器的进口连接，液氮罐的底部和顶部之间通过盘管连接，且在盘管上连接有截止阀三，电加热器的出口分别通过截止阀四和截止阀五与空气浴式气化器一和真空容器的进口连接，空气浴式气化器一连接有流量控制器一，真空容器的出口依次连接空气浴式气化器二和流量控制器二，所述的电加热器的出口还连接有温度计三，温度计三依次与温控仪、电力调整器和电加热器的进口连接。
在冷源处设置两路输出通道，一路输出冷氮气，一路输出液氮。采用了以主回路和旁回路双通道互相辅助的冷却结构，每一冷却通道均配有相应的截止阀、空气浴式气化器和流量控制器。同时在主回路上布置了温控仪、电力调整器和电加热器，在电加热器后低温管道内各布置一个温度计，且电加热器、温控仪、电力调整器和温度计构成一个闭合回路。超导磁体放置在真空容器中，并在超导磁体表面布置一组温度计。
提供了两种冷源（冷氮气和液氮），其中液氮直接由灌内压入输出管路，而冷氮气是充分利用自增压液氮罐自身的结构原理获得，将液氮由灌底压入盘管后与空气换热，加热后得到冷氮气回到灌内，存于灌内液面之上以备输出使用。实验前期使用冷氮气将超导磁体降温至90 K左右，之后将冷源输出通道切换为液氮通道，将超导磁体降温至77K。
为了能够有效控制所述超导磁体的降温速率，所述主回路中冷氮气的流量必须保持在一定的稳定值内，设计了主回路与旁回路双通道互相辅助的冷却结构，并使用两套流量控制系统分别对所述双通道流量进行有效的控制，使得主回路和旁回路中冷氮气流量互相配合工作，确保实验过程中流经超导磁体的冷氮气流量稳定在一定范围内。
主回路上布置的电加热器、电力调整器、温控仪以及温度计形成闭环回路，作为超导磁体降温控制系统，所述的温度计布置在加热器与真空容器之间的管道内，通过所述的温度计实时采集超导磁体入口温度，并与温控仪中预先设定值进行比较，将所得控制信号反馈到电力调整器上，通过调节电加热器的功率来调节降温速率和冷氮气的温度。在整个降温过程中，监视布置在超导磁体表面的一组温度计。确保超导磁体各部位最大温度梯度不超过要求值。如最大温度梯度超过要求值，需降低降温速率。
本实用新型的优点是：本实用新型在冷源处设置两路输出通道，一路输出冷氮气，一路输出液氮。通过主回路和旁回路双通道互相辅助冷却管道的设计，有效的稳定主回路冷氮气流量在一定值；通过一套加热系统精确的控制超导磁体进口冷氮气温度，使超导磁体温度从室温按一定速率进行降温，同时通过布置在超导磁体表面的一组温度计，监控超导磁体各部位的温度梯度，确保其最大温度梯度在设定值之内。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，一种可控速率超导磁体降温实验装置，包括有液氮罐8和真空容器10，在真空容器10内设有超导磁体11，在超导磁体11的上下端分别设有温度计一4.1和温度计二4.2，液氮罐8的顶部和底部分别通过截止阀一3.1和截止阀二3.2与电加热器7的进口连接，液氮罐8的底部和顶部之间通过盘管9连接，且在盘管9上连接有截止阀三3.3，电加热器7的出口分别通过截止阀四3.4和截止阀五3.5与空气浴式气化器一2.1和真空容器10的进口连接，空气浴式气化器一2.1连接有流量控制器一1.1，真空容器10的出口依次连接空气浴式气化器二2.2和流量控制器二1.2，所述的电加热器7的出口还连接有温度计三4.3，温度计三4.3依次与温控仪5、电力调整器6和电加热器7的进口连接。
实验具体实施步骤如下：
检查确保所述液氮罐8内部压力具有一定的压力。关闭主回路截止阀四3.4与流量控制器一1.1，打开旁回路截止阀五3.5和流量控制器二1.2；
关闭液氮罐8液氮输出通道截止阀二3.2，打开冷氮气输出通道截止阀一3.1；控制旁回路流量在设定值范围内，设置温控仪5参数，开启电加热器7使氮气温度已较快的速度升至室温；
打开主回路截止阀四3.4，调节主回路流量控制器一1.1，控制主回路流量达到要求值以内，同时监测所述超导磁体表面各部位温度计数据，并控制最大温度梯度不超过要求值。直至所述超导磁体温度降至90 K左右；
关闭所述液氮罐8冷氮气输出通道截止阀一3.1，缓慢打开所述液氮罐液氮输出通道截止阀二3.2，直至所述超导磁体降温至80 K。
Claims (1)
1.一种可控速率超导磁体降温实验装置，其特征在于：包括有液氮罐和真空容器，在真空容器内设有超导磁体，在超导磁体的上下端分别设有温度计一和温度计二，液氮罐的顶部和底部分别通过截止阀一和截止阀二与电加热器的进口连接，液氮罐的底部和顶部之间通过盘管连接，且在盘管上连接有截止阀三，电加热器的出口分别通过截止阀四和截止阀五与空气浴式气化器一和真空容器的进口连接，空气浴式气化器一连接有流量控制器一，真空容器的出口依次连接空气浴式气化器二和流量控制器二，所述的电加热器的出口还连接有温度计三，温度计三依次与温控仪、电力调整器和电加热器的进口连接。
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