Équipement de système de circulation de sous - refroidissement d'azote liquide

Équipement de système de circulation de sous - refroidissement d'azote liquide(slncs pour faire court) est un périphérique de base spécialement conçu pour les oscillateurs à aimants permanents cryogéniques (cpmu). Le cpmu, en tant qu'insert clé pour la source de rayonnement synchrotron de troisième génération, doit fonctionner dans la zone de température de l'azote liquide (environ 82k) pour augmenter le pic de champ magnétique (30% ~ 50% d'amélioration par rapport à l'oscillateur interne sous vide) et la coercitivité (plus de 50% d'augmentation), ce qui permet d'obtenir une lumière Synchrotron à rayons X plus lumineuse. Slncs assure le fonctionnement efficace de cpmu en fournissant une source stable de refroidissement à l'azote liquide sous - refroidi et constitue un équipement technique important dans le domaine des sources de rayonnement synchrotron internationales.

II. Indicateurs de performance de base

1. Contrôle de la température: la température de fonctionnement de sortie d'azote liquide sous - refroidie 78 ~ 80k, la précision de contrôle de la température jusqu'à ± 0.2k, la différence de température d'importation et d'exportation ≤ 3K, assurent la température stable de l'aimant cpmu.

2. Régulation du débit: débit de volume de travail 9.7l / min, plage de réglage 2.0 ~ 19.4l / min, peut être adapté de manière flexible aux différents besoins de charge thermique via le convertisseur de fréquence de la pompe à azote liquide.

3. Contrôle de la pression: pression de fonctionnement 0,3 MPa (pression manométrique), plage de réglage 0,15 ~ 0,5 MPa, fluctuation de pression ≤ ± 7,5 kPa, pour garantir la stabilité de l'état sous - refroidi monophasé de l'azote liquide.

4. Capacité de réfrigération: puissance frigorifique maximale disponible 1300W, peut répondre aux besoins de dissipation thermique de cpmu sous charge élevée.

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Équipement de système de circulation de sous - refroidissement d'azote liquide

Iii. Composition du système et principe de fonctionnement

1. Architecture générale

• Boîte froide à basse température: le noyau du système, qui intègre l'alimentation en froid et les composants de puissance de cycle, y compris le réservoir froid Dewar, la pompe à azote liquide, l'échangeur de chaleur sous - refroidi, le dispositif de pression automatique, etc.

• Boîte de valve: responsable de la régulation du débit et de la fonction de secours, contrôle de la distribution d'azote liquide via la vanne cryogénique, peut être commuté à la source d'azote liquide de secours en cas de défaillance de la boîte froide, garantissant le fonctionnement continu du cpmu.

• Tuyaux isolants sous vide: connecter la boîte froide, la boîte de vanne avec cpmu, réduire la perte de froid et assurer l'efficacité de transmission à basse température.

2. Processus de travail

1. L'azote liquide sous - refroidi de retour de température sortant du cpmu est introduit dans la boîte froide par un conduit de vide, suralimenté par une pompe à azote liquide;

2. L'azote liquide après suralimentation entre dans l'échangeur de chaleur sous - refroidi, échange de chaleur avec l'azote liquide normal de la boîte froide duvane, retour à l'état sous - refroidi (78 ~ 80k);

3. L'azote liquide sous - refroidi s'écoule dans cpmu après réglage par la boîte de vanne, absorbant la chaleur de l'aimant;

4. L'azote liquide après absorption de chaleur retourne à la boîte froide pour terminer le cycle.

Iv. Conception des composants de base

1. Boîte froide boîte de valve Dewar

• La boîte froide est le cœur du système de circulation de l'azote liquide et tous les composants importants sont intégrés dans la boîte froide. Le rôle du boîtier de vanne est de distribuer l'azote liquide sous - refroidi fourni par le boîtier froid, la quantité d'azote liquide sous - refroidi alimentant le cpmu étant régulée à une valeur appropriée par ouverture et fermeture des différentes vannes cryogéniques du boîtier de vanne; Dans le même temps, la boîte de vanne peut fournir cpmu l'azote liquide atmosphérique et le rôle de séparation de phase gaz - liquide en cas de défaillance de la boîte froide, garantissant l'entrée dans le cycle est un flux monophasique, pour le fonctionnement temporaire à basse température du cpmu.

• La boîte froide se compose de l'ensemble boîte froide Dewar et plaque supérieure de couverture. L'ensemble du couvercle supérieur se compose d'un couvercle supérieur, d'un échangeur de chaleur sous - refroidi, d'une pompe à azote liquide, d'un dispositif de pression à commande automatique, d'une vanne de commande, d'un capteur de mesure de la température de pression et d'autres composants de sécurité. La boîte de vanne se compose principalement de récipients à vide, de vannes pneumatiques cryogéniques, de vannes cryogéniques manuelles, de tuyaux de connexion et d'autres composants de mesure de sécurité. Boîte froide et boîte de valve conception 3D comme le montre la figure 4 3.1 boîte froide Dewar

• Boîte froide Dewar pour la structure de Dewar à large ouverture adiabatique sous vide, Dewar contient une certaine quantité d'azote liquide atmosphérique, par évaporation de l'azote liquide atmosphérique pour fournir du froid au système. Le cylindre intérieur est conçu pour une pression de travail de 0,25 MPa, le matériau est SUS304, la taille est φ850 mm, l'épaisseur est de 2 mm, le fond est la structure de la tête. L'intercalaire est sous vide, le cylindre extérieur est soumis à une pression extérieure de 0,1 MPa, le matériau est SUS304, a été conçu pour le calcul et la simulation ANSYS, la taille est φ950 mm, l'épaisseur est de 4 mm, le fond est la structure de la tête.

• fonction: stocke l'azote liquide atmosphérique, fournit une source froide pour l'échangeur de chaleur sous - refroidi.

2. Dispositif de pression de contrôle automatique

• La pression de circulation de l'ensemble du système de circulation, dont le dispositif de pression à commande automatique est l'un des composants centraux du système de circulation d'azote liquide, est ici générée et contrôlée de manière à ce que l'azote liquide en circulation soit sous - refroidi par un flux monophasé. Le dispositif de contrôle automatique de la pression comprend le récipient de contrôle de la pression, la vanne de réhydratation et la vanne de dégonflage, le dispositif de chauffage, la mesure et le contrôle de la pression, le conduit de pression et l'ensemble de sécurité, une certaine pression doit être maintenue dans le dispositif de contrôle automatique de La pression. Cette pression doit être bien supérieure à la pression de vapeur saturante de l'azote liquide de reflux pour assurer un sous - refroidissement de l'azote liquide de reflux sans génération de bulles. Il y a un appareil de chauffage dans l'unité de pression de contrôle automatique, en chauffant l'azote liquide dans le récipient pour maintenir une pression élevée dans l'unité de pression de contrôle automatique, l'unité de pression de contrôle automatique est reliée au système de circulation par un tuyau pour transmettre la pression au système de circulation, la pression est de 0,15 ~ 0,5 MPa (pression manométrique), sa température de satiété correspondante est de 86 ~ 96k. La pression de fonctionnement normale est de 0,3 MPa (pression manométrique).
  

• Pendant le cycle, l'azote liquide dans le système circulatoire diminue lentement en raison d'une certaine fuite du système. Lorsque l'azote liquide est réduit à une valeur de consigne dans l'unité de pression à commande automatique (surveillée par un hydratomètre), le réservoir de stockage d'azote liquide est invité à recharger l'azote liquide à l'intérieur de l'unité de pression à commande automatique. La pression de travail de conception du récipient à pression contrôlée est de 0,15 ~ 0,5 MPa, la pression de travail commune est de 0,3 MPa et la résistance à la pression de conception est de 1,0 MPa. Le matériau est SUS304 et la capacité est de 18 L.

• Composition: contient un récipient de pression contrôlée 18l (matériau SUS304, résistant à la pression de 1,0 MPa), une vanne de réhydratation / dégonflage, un dispositif de chauffage et un capteur de pression.

• Le principe: maintenir la pression de 0,15 ~ 0,5 MPa (0,3 MPa couramment utilisé) par le chauffage de l'azote liquide à l'intérieur du récipient pour s'assurer que l'azote liquide circulant est un état de sous - refroidissement monophasique; Réhydratation automatique lorsque le niveau est inférieur à la valeur de consigne, garantissant la stabilité du système.

3. Pompe à azote liquide à basse température

• Type de sélection: pompe centrifuge modèle bncp - 30g000 de Barber Nichols Inc., USA, avec convertisseur de fréquence adapté pour réguler le débit.

• Performance: débit maximal 33l / min, colonne maximale d'azote liquide 43m, peut surmonter la résistance totale du système 63kpa (résistance longitudinale 49kpa + résistance locale 14kpa), pour répondre aux besoins de régulation du débit.

4. échangeur de chaleur sous - refroidi

• Matériaux et structure: tube en cuivre violet (φ 25 × 2) en serpentin hélicoïdal, longueur 27,6 m (avec une marge de 1,3 x), diamètre de la spirale 800 mm, 11 Tours au total.

• Performance: zone d'échange de chaleur 1429m², l'azote liquide à haute pression à l'intérieur du tube et l'azote liquide à pression normale à l'extérieur du tube pour un échange de chaleur efficace, la température d'entrée 83k, la température de sortie 80k, pour répondre aux exigences de différence de température d'échange 3K.

V. Vérification et fiabilité des essais

• Stabilité de la pression: 24h fluctuation de pression ≤ 2kpa (bonne à 30% ~ 40% de niveau de réservoir de pression contrôlée), la fluctuation de pression de test hors ligne est seulement 1825kpa.

• Température et débit: différence de température d'importation et d'exportation < 3K, précision de contrôle de la température ± 0.2k, plage de régulation du débit couvrant 2.0 ~ 19.4l / min.

• Redondance des défaillances: le système de secours peut être commuté de manière transparente en cas de défaillance de la boîte froide, assurant un fonctionnement ininterrompu de la cpmu.

Vi. Valeur des applications