大中型超导组件测试平台的900W/4.5K氦低温系统设计与试验研究

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900W/4.5K氦低温测试系统主要用于ITER Feeder馈线68/55/10kA的高温超导电流引线低温性能测试,以及新型超导导体/磁体等组件的性能测试。它可提供并分配液氦、4.5K超临界氦、50K氦气、80K氦气等冷媒,也具有一对52kA高温超导电流引线用于超导组件测试的电连接。该系统是等离子体所大型超导组件进行测试的重要条件。为我国未来聚变堆大型低温系统和超导组件预研做技术储备。本文开展900W/4.5K氦低温系统及相关低温设备/组件设计、建造与测试研究,主要内容如下:  1)900W/4.5K氦低温系统设计。优化设计了各子系统流程,包括:氦制冷/液化流程,分配系统流程,回收纯化系统流程,氮气源系统流程及冷却水系统流程。确定了各子系统配套设备参数。  2)分配阀箱设计。开展对分配阀箱及内部组件结构设计,通过有限元软件对真空室和冷屏进行应力和传热分析,结果表明结构设计满足应用要求。对低温阀门选型,给出了选型方法。提出盘管换热器的分析方法和结构特点及低温孔板流量计的设计计算方法。对低温传输线的设计结构及特点进行了描述。  3)低温喷射器设计。低温喷射器结构简单、漏热量小,在低温过冷方面有很好的应用价值。本文基于一维气体动力学原理,对喷射器在工作状态下进行理论分析,设计相应的试验件和探索了关键的制造工艺,采用氮气对其进行试验研究以探索氦低温喷射器的性能。氮气试验较好反映了喷射器性能,为设计工况下进一步测试提供了实验基础及数据参考。  4)低温系统的工艺布局设计、建设及制冷量测试。完成低温系统工艺布局的优化设计及整个系统建设,本文重点是分配阀箱的装配及检漏。低温系统在不带分配系统条件下进行试运行,开展了制冷机稳定运行及制冷量的测试,在900W加热功率下,系统稳定运行超过12小时,满负荷运行的制冷量大于1050W/4.5K,系统运行效果良好。
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