Оборудование системы циркуляции жидкого азота с переохлаждением

Оборудование системы циркуляции жидкого азота с переохлаждением(SLNCS) является основным периферийным устройством, разработанным специально для криогенных магнитных осцилляторов с постоянным магнитом (CPMU). В качестве ключевой вставки источника синхронного излучения третьего поколения CPMU должен работать в температурной зоне жидкого азота (около 82K) для повышения пикового магнитного поля (на 30 - 50% больше, чем у вакуумного волнового аппарата) и коэрцитивной силы (более чем на 50% больше), чтобы получить более яркое рентгеновское синхронное излучение света. SLNCS обеспечивает эффективную работу CPMU, обеспечивая стабильный источник охлаждения жидкого азота, и является важным техническим оборудованием в области международных источников синхронного излучения.

II. Основные показатели эффективности

1. Регулирование температуры:: Рабочая температура на выходе из переохлажденного жидкого азота 78 ~ 80K, точность контроля температуры ± 0,2K, разница температур на входе и выходе 3K, чтобы обеспечить стабильность температуры магнита CPMU.

2. Регулирование расхода:: Рабочий объёмный расход 9,7 л / мин, регулируемый диапазон 2,0 ~ 19,4 л / мин, может гибко адаптироваться к различным требованиям тепловой нагрузки через преобразователь частоты жидкого азотного насоса.

3. Управление давлением:: Рабочее давление 0,3 МПа (манометрическое давление), диапазон регулирования 0,15 ~ 0,5 МПа, колебания давления ± 7,5 кПа, чтобы обеспечить стабильность однофазного переохлаждения жидкого азота.

4. Холодильная мощностьМаксимальное количество охлаждения 1300 Вт для удовлетворения потребностей CPMU в охлаждении при высоких нагрузках.

5. 
   

Оборудование системы циркуляции жидкого азота с переохлаждением

III. Состав и принцип работы системы

1. Общая структура

• криогенный холодильник:: ядро системы, интегрированная подача холода и циркулирующие силовые компоненты, включая холодный бак Duva, жидкий азотный насос, переохлаждающий теплообменник, устройство автоматического управления давлением и так далее.

• Клапанная коробка:: Отвечает за регулирование расхода и резервную функцию, через криогенный клапан для управления распределением жидкого азота, холодный ящик может быть переключен на резервный источник жидкого азота, чтобы обеспечить непрерывную работу CPMU.

• вакуумный адиабатический трубопровод:: Подключите холодный ящик, клапанный ящик и CPMU, чтобы уменьшить потерю количества охлаждения и обеспечить эффективность передачи при низких температурах.

2. Рабочий процесс

1. Обратный перегретый жидкий азот, вытекающий из CPMU, поступает в холодный ящик через вакуумный трубопровод и нагнетается насосом жидкого азота;

2. После наддува жидкий азот поступает в теплообменник переохлаждения, с охлаждающей камерой Duvane с нормальным гидравлическим азотом для теплообмена, восстановление переохлаждения (78 ~ 80K);

3. Переохлажденный жидкий азот, регулируемый клапанной коробкой, поступает в CPMU и поглощает тепло магнита;

4. После поглощения тепла жидкий азот возвращается в холодный ящик и завершает цикл.

IV. Проектирование основных компонентов

1. Холодный ящик

• Холодный ящик является ядром системы циркуляции жидкого азота, и все важные компоненты интегрированы в холодный ящик. Роль клапанной коробки заключается в распределении охлажденного жидкого азота, подаваемого в холодную коробку, путем открытия и закрытия каждого криогенного клапана в клапанной коробке, чтобы регулировать количество охлажденного жидкого азота, подаваемого в CPMU, в правильном значении; В то же время клапанная коробка может в случае отказа холодного ящика обеспечить CPMU эффект разделения жидкого азота при постоянном давлении и газовой и жидкой фазы, чтобы гарантировать, что вход в цикл является однофазным потоком для временной низкотемпературной работы CPMU.

• Холодный ящик состоит из охлаждающего бака Дьюара и компонентов верхней крышки. Компонент верхней крышки состоит из верхней крышки, теплообменника переохлаждения, насоса жидкого азота, устройства автоматического управления давлением, клапана управления, датчика измерения температуры давления и других компонентов безопасности. Клапанная коробка состоит в основном из вакуумного контейнера, низкотемпературного пневматического клапана, ручного криогенного клапана, соединительного трубопровода и других компонентов измерения безопасности. Трехмерная конструкция холодильного ящика и клапанного ящика, показанная на рисунке 4

• Холодный бак Duva представляет собой вакуумную адиабатическую конструкцию с широким отверстием Duva, Duvane содержит определенное количество гидроазота постоянного давления, обеспечивая охлаждение системы путем испарения гидроазота постоянного давления. Конструктивное рабочее давление внутреннего цилиндра составляет 0,25 МПа, материал - SUS304, размер - Фи 850 мм, толщина - 2 мм, нижняя часть - крышка. Мезослой вакуум, наружный цилиндр выдерживает внешнее давление 0,1 МПа, материал SUS304, спроектирован и рассчитан и смоделирован ANSYS, размер - Фи 950 мм, толщина - 4 мм, нижняя часть - крышка.

• функция:: Хранение жидкого азота постоянного давления, обеспечивающего источник охлаждения для переохлажденных теплообменников.

2. Автоматическое устройство управления давлением

• Здесь создается и контролируется циркуляционное давление всей циркуляционной системы, которая является основным компонентом системы циркуляции жидкого азота, в результате чего циркулирующий жидкий азот находится в переохлажденном состоянии однофазного потока. Устройство автоматического управления давлением включает в себя сосуд управления давлением, клапан регидратации и клапан выпуска воздуха, нагревательное устройство, измерение и управление давлением, трубопровод давления и блок безопасности, устройство автоматического управления давлением должно поддерживать определенное давление. Это давление должно быть намного выше давления насыщенного пара обратного жидкого азота, чтобы гарантировать, что обратный жидкий азот слишком холодный и не производит пузырьков. В устройстве автоматического управления давлением имеется нагреватель, который поддерживает высокое давление в устройстве автоматического управления давлением через жидкий азот в нагревательном контейнере, устройство автоматического управления давлением соединяется с циркуляционной системой через трубопровод и передает давление в систему циркуляции, давление составляет 0,15 ~ 0,5 МПа (манометрическое давление), соответствующее наполнению и температуре 86 ~ 96K. Нормальное рабочее давление составляет 0,3 МПа (манометрическое давление).
  

• Во время цикла жидкий азот в циркуляционной системе медленно уменьшается из - за утечки определенной системы. Когда жидкий азот в устройстве автоматического управления давлением уменьшается до заданного значения (контролируемого уровнемером), резервуар для хранения жидкого азота рекомендуется пополнять в устройстве автоматического управления давлением жидким азотом. Конструктивное рабочее давление сосуда управления давлением составляет 0,15 ~ 0,5 МПа, общее рабочее давление - 0,3 МПа, расчетное давление - 1,0 МПа. Материал - SUS304, емкость - 18 л.

• состав:: Содержит 18L сосуд под давлением (материал SUS304, стойкость к давлению 1.0 МПа), вентиль регидратации / выпуска воздуха, нагревательное устройство и датчик давления.

• принцип:: поддержание давления 0,15 ~ 0,5 МПа жидким азотом в нагревательном контейнере (обычно 0,3 МПа) для обеспечения того, чтобы циркулирующий жидкий азот находился в однофазном состоянии переохлаждения; Автоматическая регидратация жидкости, когда уровень жидкости ниже заданного значения, обеспечивает стабильность системы.

3. Низкотермические жидкие азотные насосы

• Выбор:: центробежный насос BNCP - 30G000 компании Barber - Nichols Inc, США, оснащенный преобразователем частоты для регулирования потока.

• Свойства: Максимальный расход 33 л / мин, максимальный напор 43 м жидкого азотного столба, может преодолеть общее сопротивление системы 63 кПа (сопротивление по дальности 49 кПа + местное сопротивление 14 кПа) для удовлетворения потребностей регулирования расхода.

4. Переохлаждаемый теплообменник

• Материал и структура:: Фиолетово - медная труба (25×2) изготовлена из спирального змеевика длиной 27,6 м (с 1,3 - кратным запасом), диаметр спирали 800 мм, всего 11 кругов.

• Свойства:: Площадь теплообмена 1429m², высоковольтный жидкий азот в трубе и наружный гидроазот высокого давления эффективный теплообмен, температура на входе 83K, температура на выходе 80K, чтобы соответствовать требованиям теплообмена 3K.

V. Проверка и надежность

• Стабильность давления:: Колебания давления в 24 ч < 2 кПа (при хорошем уровне жидкости в сосуде управления давлением 30% ~ 40%), колебания давления в автономном режиме только 1825 кПа.

• Температура и расход:: Разница температур на входе и выходе < 3K, точность контроля температуры ± 0,2K, диапазон регулирования потока покрывает 2,0 ~ 19,4 L / мин.

• Резервирование отказов:: Резервная система может легко переключаться в случае отказа холодного ящика, обеспечивая бесперебойную работу CPMU.

VI. Применительная ценность