一种同步加速器多级串级调温冷却水系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种大型医用加速器设备的辅助系统，具体涉及一种同步加速器多级串级调温冷却水系统。
【背景技术】
[0002]冷却水系统作为大型医用加速器设备的一个重要辅助系统，在加速器系统运行过程中起着非常重要的作用。由于医用加速器是一套精密的系统化的设备，任何一个微小的环节不能达到要求，其运行就会受到非常大的影响，从而影响其引出射线的效果，进而影响肿瘤病人的治疗质量。冷却水作为整个加速器系统热量平衡的载体，关系到系统运行的各个方面，如果其运行不稳定，必然会造成诸多不良后果。
[0003]同步加速器是实现粒子多圈加速的装置，其能量可选择。在运行过程中，因为其能量变化大，从几十兆电子伏特到几百兆电子伏特，而且能量变化在几秒至十几秒的时间内完成，从而导致冷却水系统温度出现剧烈的波动，当前技术主要问题如下:
[0004]1)现有的同步加速器冷却水系统普遍采用的是单闭环控制，使用常规PID控制器控制，对同步加速器负载变化产生的冷却水的温度变化的控制普遍存在滞后性。
[0005]2)现有的同步加速器冷却水系统不能有效削除冷却水随加速器负载变化产生的峰值，从而导致温度控制精度不高。
[0006]3)系统管路设计、安装没有充分考虑负载的峰值效应，即使有比较好的控制手法也很难适用。
[0007]4)每一层循环水温度控制精度均太低，出现温度抖动。
[0008]参考西门子质子和重离子同步加速器系统运行过程中所产生的热量变化，所出现的负载峰值变化效应，结合当前系统设计中的不足之处，需采用一套新的设计方案，以达到同步加速器冷却水的控制精度。
【发明内容】
[0009]本发明的目的是为了克服现有技术存在的不足，提供一种同步加速器多级串级调温冷却水系统。
[0010]本发明是通过以下技术方案实现的:一种同步加速器多级串级调温冷却水系统，包括第一层循环水路、第二层循环水路、第三层循环水路及第四层循环水路；所述第一层循环水路的循环水流穿过同步加速器内部，所述第一层循环水路设置有一次循环水栗、第二加热器、温度传感器及压力传感器；所述第二层循环水路设置有二次循环水栗、密闭式冷却塔、第一电加热器、温度传感器及压力传感器；所述第三层循环水路设置有三次循环水栗、温度传感器及压力传感器；所述第四层循环水路设置有四次循环水栗、开放式冷却塔、温度传感器及压力传感器；所述第一层循环水路通过第二换热器、第三换热器与所述第二层循环水路换热，所述第一层循环水路通过第一换热器与所述第三层循环水路换热，所述第二层循环水路通过第四换热器与所述第三层循环水路换热，所述第三层循环水路通过冷冻机与所述第四层循环水路换热。
[0011]整个系统采用四层循环水路。第一层循环水路为同步加速器内循环水系统；第二层循环水路为通过密闭式冷却塔冷却的系统；第三层循环水路为冷冻机的低温冷冻水系统；第四层循环水路为提供冷冻机冷凝器换热的开放式冷却塔系统。第一层循环水路、第二层循环水路、第三层循环水路之间交叉换热。
[0012]在所述第一层循环水路中，所述同步加速器的出水口、所述第一换热器、所述第二换热器、所述第三换热器、所述第二电加热器及所述同步加速器的进水口通过管路依次连接，所述第一换热器的出水口管路上的监测点设置有第五温度传感器，所述第二换热器的出水口管路上的监测点设置有第六温度传感器，所述第三换热器的出水口管路上的监测点设置有第七温度传感器，所述第二电加热器的出水口管路上的监测点设置有第一温度传感器，所述同步加速器的进水口管路上的监测点设置有第一压力传感器和第二温度传感器，所述同步加速器的出水口管路上的监测点设置有第二压力传感器和第三温度传感器。
[0013]所述同步加速器的出水口与所述一次循环水栗的进水口之间还通过管路连接有闭式水箱，所述闭式水箱与所述一次循环水栗之间的管路连接有补水定压装置，所述闭式水箱的出水口管路上的监测点设置有第三压力传感器和第四温度传感器。
[0014]所述一次循环水栗的进水口与所述一次循环水栗的出水口之间通过管路连接在线抛光混床。
[0015]针对第一层循环水路的温度控制目标值26°C，采用三个换热器串联换热的方式(即三级串联温度调节)，使用三级串接PID控制器控制。第一换热器实现大负载状态时的快速降温，对于第五温度传感器，设定温度控制目标为28°C。通过PID控制器调节第一三通阀实现。第二换热器实现普通负载的削峰，对于第六温度传感器，设定温度控制目标值为
26.5°C，通过PID控制器调节第二三通阀实现。第三换热器实现精确控制，对于第七温度传感器，设定温度控制目标值为26°C，通过PID控制器调节第三三通阀实现。第二电加热器实现超调时的温度控制，即如果前侧调节过量导致温度过低时，实现加热，使第一温度传感器保持26°C。
[0016]在所述第二层循环水路中，所述第四换热器的出水口、所述密闭式冷却塔、所述二次循环水栗、所述第一电加热器的进水口从前到后通过管路依次连接，所述第四换热器的出水口与所述二次循环水栗的进水口之间通过管路连接有第六两通控制阀，所述第一电加热器的出水口、第一分流阀、所述第二换热器、第二三通控制阀、所述第四换热器的进水口通过管路依次连接，所述第一分流阀的出水口还通过管路与所述第二三通控制阀的另一入口连接，所述第一电加热器的出水口、第二分流阀、所述第三换热器、第三三通控制阀、所述第四换热器的进水口通过管路依次连接，所述第二分流阀的出水口还通过管路与所述第三三通控制阀的另一入口连接。
[0017]所述第四换热器的出水口管路上的监测点设置有第五压力传感器及第十二温度传感器，所述二次循环水栗的进水口管路上的监测点设置有第九温度传感器，所述第一电加热器的进水口管路上的监测点设置有第四压力传感器，所述第一电加热器的出水口管路上的监测点设置有第八温度传感器。
[0018]对于第二层循环水路换热需要的水流量，通过第二分流阀、第一分流阀固定分流。第二层循环水路温度控制采用两级串接控制，针对温度取样点设置的第八温度传感器、第九温度传感器和第十二温度传感器，均设定控制目标为22°C。针对第十二温度传感器，使用冷冻水实现冷却，通过PID控制器调节第四两通阀实现；针对第九温度传感器，通过PID控制器调节第六两通阀实现冷却塔自然冷却流量的调整。在第二层循环水路增加第一电加热器，实现环境温度过低时的二次水温度调节。
[0019]在所述第三层循环水路中，所述冷冻机的出水口、所述三次循环水栗、第三分流阀、所述第四换热器、第四两通控制阀通过管路依次连接，所述第三分流阀的出水口与所述第四两通控制阀的出水口之间通过管路连接有第五两通控制阀，所述三次循环水栗的出水口、第四分流阀、所述第一换热器、第一三通控制阀、所述冷冻机的进水口通过管路依次连接，所述第四分流阀与所述第一换热器之间的管路与所述第一三通控制阀的另一入口通过管路连接。