一种高场超导磁体低温垂直测试系统

1.本实用新型涉及低温工程领域，具体涉及到一种高场超导磁体低温垂直测试系统。


背景技术：

2.超导体在临界温度和临界磁场以下具有零电阻特性和完全抗磁性，为测试超导体的性能，需要将其温度降至临界温度以下。测试时，待测超导磁体浸泡于液氦中，因涉及到液氦低温系统，垂直测试杜瓦中的液氦量、压力稳定等因素尤为重要。垂直测试系统的静态漏热、电流引线的漏热以及磁体加电测试时的失超都会消耗垂直测试杜瓦里的液氦，需要稳定补充液氦以实现连续测试。
3.高场超导磁体在加电测试时的失超会消耗垂直测试杜瓦里的液氦，当液氦液位低于需求液位时，低温垂直测试无法继续进行，需补充液氦。以往是通过移动液氦杜瓦补液，中间的时间间隔会让输液管温度上升，再次补充液氦时造成液氦损耗，同时补充液氦时间过长，降低测试效率。
4.以往的垂直测试系统对技术人员要求较高，因而有必要提供一套操作简单、安全可靠的高场超导磁体低温垂直测试系统。


技术实现要素：

5.鉴于上述分析，本实用新型旨在提出一种独特设计的高场超导磁体低温垂直测试系统，用于解决以上背景技术介绍的问题。
6.本实用新型的技术方案为：
7.一种高场超导磁体低温垂直测试系统，其特征在于，包括：
8.垂直测试杜瓦001，用于储存对高场超导磁体垂直测试的液氦，并在液氦面上方设置防辐射屏002，所述防辐射屏002用于降低液氦与所述垂直测试杜瓦001的顶法兰之间的热传递；
9.所述垂直测试杜瓦001上设有用于监测所述垂直测试杜瓦001内部压力的压力传感器003、用来监测所述垂直测试杜瓦001内部液位的液位计014；
10.所述垂直测试杜瓦001上设有安全阀004，用于当所述垂直测试杜瓦001内的压力达到起跳压力阈值时起跳；
11.所述垂直测试杜瓦001上设有爆破片006，用于当所述垂直测试杜瓦001内的压力达到设定的爆破压力阈值时对所述垂直测试杜瓦001顶部进行爆破；
12.所述垂直测试杜瓦001上设有回气汽化器007，其一端通过低温管线与所述垂直测试杜瓦001相连，另一端通过第一常温管线与氦气回收气囊010连接，用于将所述垂直测试杜瓦001内的低温氦气回收并加热至室温后输入到所述氦气回收气囊010；所述第一常温管线包括两条并联支路，第一支路上设有安全泄放阀009，用于快速泄压；第二支路上设有压力控制阀008，用于控制所述垂直测试杜瓦001内液氦压力；
13.第二常温管线为电流引线回气管线，其一端连接所述高场超导磁体的电流引线末端出气口，另一端连接回气汽化器出气口，所述第二常温管线设有电流引线流量控制器013，电流引线流量控制器用于控制冷却电流引线的冷氦气流量，使电流引线温度达到工作温区，所述第二常温管线的氦气与第一常温管线的氦气在回气汽化器007出口汇合，回至氦气回收气囊010；所述垂直测试杜瓦001上设有注液口005，用于向所述垂直测试杜瓦001内注入液氮或液氦；
14.所述垂直测试杜瓦001上设有排空口011和加热器015，用于排出氮气或通过排空口011连接常温氮气，将液氮从注液口005反向排出。
15.进一步的，所述垂直测试杜瓦001的顶法兰用于悬挂待测高场超导磁体，使之浸泡在液氦中。
16.进一步的，所述起跳压力阈值为1.5bara；所述爆破压力阈值为2bara；当压力达到1.3bar时所述安全泄放阀009完全开启。
17.进一步的，所述压力控制阀008的压力控制范围为1bar-1.3bara。
18.进一步的，所述防辐射屏002包括垂直分布的7层铜屏。
19.进一步的，所述安全泄放阀009打开时，所述注液口005向所述垂直测试杜瓦001内注入液氦，停止注液后关闭所述安全泄放阀009。
20.本实用新型的高场超导磁体低温垂直测试系统，包括垂直测试杜瓦001、杜瓦内防辐射屏002、压力传感器003、安全阀004、注液口005、爆破片006、回气汽化器007、压力控制阀008、安全泄放阀009、氦气回收气囊010、排空口011、电流引线流量控制器013、阀门012、液位计014、杜瓦内液氦加热器015等，阀门012的开度根据电流引线流量控制器13设定的流量自动控制。
21.本实用新型一较佳的实施方式中，通过压力控制阀008来控制垂直测试杜瓦内的压力003，可以根据测试需求精确控制压力范围为1bara-1.3bara，该压力为液氦的饱和蒸汽压，压力越低温度越低，利于磁体测试，但是压力太低会导致冷却电流引线的冷氦气流量降低，进而失去冷却作用，温度升高，所以需要通过压力控制阀008精确控制杜瓦内液氦压力。
22.本实用新型一较佳的实施方式中，冷氦气回气通过外置汽化器007加热至室温回至氦气回收气囊010，该汽化器使用并联方式，减少压力损失，有利于垂直测试杜瓦内压力在异常情况下升高时的排放。
23.本实用新型一较佳的实施方式中，设置安全泄放阀009，其设定压力为1.3bara，大于该压力或者磁铁失超连锁触发时该安全泄放阀009的阀门打开，该阀门通径较大，用于快速泄压。同时具备手动功能，在系统调试时可以手动开启。
24.本实用新型一较佳的实施方式中，设置机械式的安全阀004和爆破片006，用于极端情况下对垂直测试杜瓦的保护。
25.本实用新型一较佳的实施方式中，垂直测试杜瓦内安装超导液位计014，用来观察垂直测试杜瓦内部液氦液位高度，液位达到一定高度后，液氦液位超过磁体悬挂高度方能进行加电测试。
26.本实用新型一较佳的实施方式中，通过注液口005连接液氦制冷机的液氦存储杜瓦，给垂直测试杜瓦，测试时停止注液，注液阀门维持小开度防止输液管温度升高，当液氦
液位降低需要补充液氦时，开大注液阀门开度，给垂直测试杜瓦补液到所需液位。
27.本实用新型一较佳的实施方式中，在垂直测试杜瓦外围的真空夹层中布置了一层液氮冷屏，在垂直测试杜瓦降温之前通入液氮，使液氮冷却维持在液氮温区，以降低垂直测试杜瓦内部的液氦向室温的漏热。
28.本实用新型一较佳的实施方式中，因高场超导磁体冷质量较大，单纯用液氦降温对液氦的消耗非常大，可以通过先用液氮降温，降到液氮温区并积液后通入高压常温氮气，从伸入到垂直测试杜瓦底部的输液管排出液氮，至底部的温度传感器上升到饱和液氮温区以上，完成磁体从常温到接近液氮温区的降温。
29.本实用新型一较佳的实施方式中，在靠近垂直测试杜瓦底部的挂件上、电流引线的超导段和常温端设置温度传感器。
30.相较于现有技术，本实用新型提供的高场超导磁体低温垂直测试系统具有如下优点：
31.第一，设置压力控制阀008，用于垂直测试杜瓦内液氦的压力控制，实现了压力的精确控制，且压力控制精度较高；
32.第二，设置大通径安全泄放阀009，用于压力快速升高或者磁体测试时发生失超后的压力泄放，以达到运行安全的目的；
33.第三，设置回气汽化器007，使垂直测试杜瓦内排出的冷氦气加热至常温，防止主回气管道沿途结冰结霜；
34.第四，回气连接氦气回收装置，通过纯化系统纯化后循环使用。
附图说明
35.图1为高场超导磁体低温垂直测试系统的示意图。
具体实施方式
36.为了更清楚的来说明本实用新型的技术方案，下面将结合附图对本实用新型的实施例进行进一步的说明，显然的，下面附图中的实施例仅是本实用新型的一些实施例，对本领域的技术人员来讲，可以在不付出创造性劳动的情况下，可以根据这些附图获得其它附图。
37.参考图1，本实用新型第一实施例提供一种高场超导磁铁低温垂直测试系统000，包括垂直测试杜瓦001，在其内部顶端悬挂杜瓦内防辐射屏002，通过液位计工装悬挂液位计014，并在底部放置液氦加热器015，垂直测试杜瓦001的顶部有端盖法兰，法兰上开孔，安装压力传感器003、安全阀004、注液口005、爆破片006、排空口011等附属部件。主回气管线即低温管线回气通过回气汽化器007以及并联的压力控制阀008、安全泄放阀009进入氦气回收气囊010，冷却电流引线的氦气回气通过电流引线流量控制器013进入氦气回收气囊010。本实施例中，待测的高场超导磁体测试浸泡在4.2k温区的液氦中进行加电测试，通过注液口005进行加注液氦，液氦存储于垂直测试测试杜瓦001内，压力传感器003和液位计014用来监测垂直测试杜瓦内的压力和液位，压力控制阀008根据压力设定来控制垂直测试杜瓦内压力，压力升高时开大阀门开度，反之则关小开度。
38.本实施例中，安全泄放阀009设定压力1.3bara，大于该压力或者磁铁失超连锁触
发时该阀门打开，用于快速泄压。与压力控制阀相同，流经该阀的氦气先通过汽化器007加热到室温，流经阀门后进入氦气回收气囊。另外还有安全阀004起跳压力1.5bara，安全阀004起跳后会泄压，确保垂测杜瓦内压力不持续升高；爆破片006爆破压力2bara，与安全泄放阀009共同组成三级安全联锁；高场超导磁体测试时压力大于1.3bara，安全泄放阀009开启后仍无法泄压，当压力达到1.5bara时，安全阀004开启，若继续升高到2bara时，爆破片006爆破，氦气排向大气，以保护垂直测试杜瓦安全。
39.本实施例中，高场超导磁铁低温垂直测试系统使用过程中，首先要进行液氮冷屏降温，同时通过注液口005加注液氮，用液氮预冷，待底部温度传感器达到液氮温度后停止注液，充分浸泡后用高压常温氮气排出液氮，直至底部温度传感器大于液氮温区，确保液氮完全排出。本技术先使用液氮预冷，以达到减少液氦的消耗。
40.实施例中，待液氮完全排出后，通过排空口011用真空泵对垂直测试杜瓦进行氦气置换，充分置换后手动打开安全泄放阀009，使垂直测试杜瓦和氦气回收气囊010联通，通过注液口005加注液氦，直至液氦液位达到磁体测试所需液位。
41.本实施例中，停止注液后，关闭安全泄放阀009，调至自动连锁状态，通过压力控制阀008控制垂直测试杜瓦内液氦压力，同时调整电流引线流量控制器013，使电流引线温度达到工作温区，此时待测超导磁体具备测试条件。
42.本实施例中，在磁体加电测试过程中会引发失超，产生的热量消耗液氦，并带来压力升高，压力控制阀008自动调节压力，全开后压力若继续升高将打开安全泄放阀009快速泄压。消耗液氦过多，液氦液位不满足磁体测试所需液位后可以打开补液阀补充液氦。
43.本实施例中，测试结束后需要将剩余液氦蒸发成氦气进入氦气回收气囊010，停止液氮冷屏的液氮注入，打开杜瓦内液氦加热器015，通过加热器蒸发液氦。待杜瓦内底部温度高于液氦温度时可关闭与气氦气回收气囊的连接阀，打开排空口011，通过吹入常温氮气加速垂直测试杜瓦复温。
44.以上所述，仅用于说明本实用新型的技术方案，并非对实用新型的做出限制，虽然上述实施例做出了详细的说明，但本领域的技术人员可以在不脱离本技术方案的范围内，对其进行替换、修饰和简单更改，而这些替换、修饰和简单更改并不能使相应技术方案的本质脱离本使用新型实施例的范围。