Equipo del sistema de circulación de sobrecalentamiento de nitrógeno líquido

Equipo del sistema de circulación de sobrecalentamiento de nitrógeno líquido(conocido como slncs) es un dispositivo periférico central diseñado especialmente para resonadores de imán permanente de baja temperatura (cpmu). Como inserción clave de la fuente de luz de Radiación Sincrotrón de tercera generación, el cpmu necesita trabajar en la zona de temperatura de nitrógeno líquido (unos 82 k) para aumentar el pico del campo magnético (entre un 30% y un 50% más que el resonador interno del vacío) y la fuerza coercitiva (más del 50% más), obteniendo así una luz de Radiación Sincrotrón de rayos X de mayor brillo. Slncs es un equipo técnico importante en el campo de las fuentes internacionales de Radiación Sincrotrón al proporcionar una fuente estable de frío de nitrógeno líquido subcotizado para garantizar el funcionamiento eficiente de cpmu.

II. indicadores básicos de rendimiento

1. Control de temperatura: la temperatura de trabajo de la salida de nitrógeno líquido sobrecalentado es de 78 a 80 k, la precisión de control de temperatura alcanza ± 0,2 k, y la diferencia de temperatura entre la entrada y la salida es ≤ 3k para garantizar la estabilidad de la temperatura del imán cpmu.

2. regulación del tráfico: flujo de volumen de trabajo de 9,7l / min, rango de ajuste de 2,0 a 19,4l / min, se puede adaptar con flexibilidad a diferentes necesidades de carga térmica a través del inversor de la bomba de nitrógeno líquido.

3. Control de presión: presión de trabajo 0,3 MPa (presión de medidores), rango de ajuste de 0,15 a 0,5 mpa, fluctuación de presión ≤ ± 7,5 kpa, para garantizar la estabilidad del Estado de sobreenfriamiento de una sola fase de nitrógeno líquido.

4. Capacidad de refrigeración: la capacidad máxima de refrigeración disponible es de 1300w, que puede satisfacer las necesidades de disipación de calor de cpmu bajo alta carga.

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Equipo del sistema de circulación de sobrecalentamiento de nitrógeno líquido

3. composición y principio de funcionamiento del sistema

1. estructura general

• Caja fría de baja temperatura: núcleo del sistema, integración de componentes de potencia de suministro y circulación de frío, incluyendo Dewar de caja fría, bomba de nitrógeno líquido, intercambiador de calor de sobreenfriamiento, dispositivo automático de control de presión, etc.

• Caja de válvulas: responsable de la regulación del flujo y las funciones de repuesto, a través de la válvula de baja temperatura para controlar la distribución de nitrógeno líquido, la Caja fría se puede cambiar a la fuente de nitrógeno líquido de repuesto en caso de avería, para garantizar el funcionamiento continuo de cpmu.

• Tubería aislada al vacío: conecte la Caja de frío, la Caja de válvulas y el cpmu para reducir la pérdida de frío y garantizar la eficiencia de transmisión a baja temperatura.

2. flujo de trabajo

1. El nitrógeno líquido sobrecalentado y sobrecalentado que sale del cpmu entra en la Caja fría a través de la tubería de vacío y es presurizado por la bomba de nitrógeno líquido;

2. El nitrógeno líquido presurizado entra en el intercambiador de calor de sobreenfriamiento, intercambia calor con el nitrógeno líquido atmosférico en la DEWA de la Caja fría y recupera el Estado de sobreenfriamiento (78 a 80 k);

3. El nitrógeno líquido subenfriado fluye al cpmu después de ser ajustado por la Caja de válvulas para absorber el calor del imán;

4. El nitrógeno líquido después de la absorción de calor vuelve a la Caja fría y completa el ciclo.

IV. diseño de los componentes básicos

1. Caja fría caja de válvulas Dewar

• La Caja fría es el núcleo del sistema de circulación de nitrógeno líquido, y todos los componentes importantes están integrados en la Caja fría. La función de la Caja de válvulas es distribuir el nitrógeno líquido subenfriado proporcionado por la Caja de frío, ajustando la cantidad de nitrógeno líquido subenfriado suministrado a cpmu a un valor adecuado a través de la apertura y cierre de varias válvulas de baja temperatura en la Caja de válvulas; Al mismo tiempo, la Caja de válvulas puede proporcionar a cpmu la función de separación de nitrógeno líquido atmosférico y fase Gas - líquido cuando la Caja fría falla, lo que garantiza que el flujo que entra en el ciclo sea de una sola fase para el funcionamiento temporal a baja temperatura de cpmu.

• La Caja fría consta de Dewar de la Caja fría y componentes de la cubierta superior. El componente de la placa de cubierta superior consta de la placa de cubierta superior, el intercambiador de calor de sobreenfriamiento, la bomba de nitrógeno líquido, el dispositivo automático de control de presión, la válvula de control, el sensor de medición de presión y temperatura y otros componentes de Seguridad. La Caja de válvulas se compone principalmente de contenedores de vacío, válvulas neumáticas de baja temperatura, válvulas manuales de baja temperatura, tuberías de conexión y otros componentes de medición de Seguridad. El diseño tridimensional de la Caja fría y la Caja de válvulas se muestra en la figura 4. 3.1 Dewar de la Caja fría

• La Dewar de caja fría es una estructura de Dewar de boca ancha aislada al vacío, que contiene una cierta cantidad de nitrógeno líquido atmosférico y proporciona la cantidad de frío al sistema a través de la evaporación de nitrógeno líquido atmosférico. La presión de trabajo de diseño del cilindro interior es de 0,25 mpa, el material es sus304, el tamaño es de Phi 850 mm, el espesor es de 2 mm, y la parte inferior es la estructura de la cabeza de cierre. El entrepiso es vacío, el cilindro exterior soporta una presión externa de 0,1 mpa, el material es sus304, después del cálculo del diseño y la simulación ansys, el tamaño es de Phi 950 mm, el espesor es de 4 mm, y la parte inferior es la estructura de la cabeza.

• función: almacenar nitrógeno líquido atmosférico para proporcionar una fuente de frío para el interchanger de sobreenfriamiento.

2. dispositivo automático de control de presión

• La presión de circulación de todo el sistema de circulación en el que el dispositivo de control automático de presión es el componente central del sistema de circulación de nitrógeno líquido se genera y controla, dejando el nitrógeno líquido circulante en un Estado de sobreenfriamiento de flujo de una sola fase. El dispositivo automático de control de presión incluye un recipiente de control de presión, una válvula de reposición de líquido y una válvula de descarga, un dispositivo de calefacción, medición y control de presión, una tubería de presión y un componente de Seguridad. se debe mantener una cierta presión en el dispositivo automático de control de presión. Esta presión debe ser mucho más alta que la presión de vapor saturada del nitrógeno líquido de retorno para garantizar que el nitrógeno líquido de retorno se enfríe demasiado sin burbujas. El dispositivo de control automático de presión está equipado con un calentador que mantiene una presión alta en el dispositivo de control automático de presión a través del nitrógeno líquido en el recipiente de calefacción. el dispositivo de control automático de presión está conectado al sistema de circulación a través de una tubería para transmitir la presión al sistema de circulación, con una presión de 0,15 a 0,5 MPa (presión de metro), y su temperatura de saciedad correspondiente es de 86 a 96k. la presión de trabajo normal es de 0,3 MPa (presión de metro).
  

• Durante el ciclo, debido a una cierta fuga del sistema, el nitrógeno líquido en el sistema de circulación disminuirá lentamente. Cuando el nitrógeno líquido en el dispositivo automático de control de presión se reduce al valor establecido (monitoreado por el medidor de nivel de líquido), se indica que el tanque de almacenamiento de nitrógeno líquido debe complementar el nitrógeno líquido en el dispositivo automático de control de presión. La presión de trabajo de diseño del recipiente de control de presión es de 0,15 a 0,5 mpa, la presión de trabajo común es de 0,3 MPA y la presión de trabajo de diseño es de 1,0 mpa. El material es sus304 y la capacidad es de 18 L.

• componer: incluye recipiente de control de presión 18l (material sus304, resistencia a la presión 1,0mpa), válvula de reposición / ventilación, dispositivo de calefacción y sensor de presión.

• Principio: mantener una presión de 0,15 a 0,5 MPa (0,3 MPa comúnmente utilizado) calentando el nitrógeno líquido en el recipiente para garantizar que el nitrógeno líquido circulante sea un Estado de sobreenfriamiento de una sola fase; Cuando el nivel de líquido está por debajo del valor establecido, se repone automáticamente para garantizar la estabilidad del sistema.

3. bomba de nitrógeno líquido de baja temperatura

• Selección del tipo: bomba centrífuga bncp - 30g000 con Barber - Nichols Inc de los Estados unidos, equipada con inversores para ajustar el flujo.

• Rendimiento: caudal máximo 33 L / min, elevación máxima 43 m columna de nitrógeno líquido, que puede superar la resistencia total del sistema de 63 kPa (resistencia a lo largo del recorrido 49 kPa + resistencia local 14 kpa) para satisfacer las necesidades de ajuste de flujo.

4. intercambiadores de calor de sobreenfriamiento

• Material y estructura: el tubo de cobre púrpura (phi25 × 2) se convierte en una bobina espiral, con una longitud de 27,6 M (incluido 1,3 veces el margen), un diámetro espiral de 800 mm y un total de 11 vueltas.

• Rendimiento: el área de intercambio de calor es de 1429 metros cuadrados, el nitrógeno líquido de alta presión en el tubo y el nitrógeno líquido atmosférico fuera del tubo intercambian calor de alta eficiencia, la temperatura de entrada es de 83k y la temperatura de salida es de 80k, lo que cumple con los requisitos de diferencia de temperatura de intercambio de calor de 3k.

V. verificación y fiabilidad de las pruebas

• Estabilidad de la presión: fluctuación de presión de 24h ≤ 2kpa (el nivel del líquido del recipiente de control de presión es bueno entre el 30% y el 40%), y la fluctuación de presión de prueba fuera de línea es de solo 1825kpa.

• Temperatura y caudal: la diferencia de temperatura entre la entrada y la salida es inferior a 3k, la precisión de control de temperatura es de ± 0,2k, y el rango de ajuste de flujo cubre de 2,0 a 19,4l / min.

• Redundancia de fallas: el sistema de repuesto puede cambiar sin problemas cuando la Caja fría falla para garantizar el funcionamiento ininterrumpido de cpmu.

VI. valor de la aplicación