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高能同步辐射光源(HEPS)低温氦制冷机、氮循环制冷机顺利通过最终验收

仪表网 2024-02-22
        2024年01月28日,中国科学院高能物理研究所在北京怀柔“高能同步辐射光源(HEPS)”项目现场,对葛锐研究员率领的项目组负责的HEPS低温氦制冷机和氮循环制冷机进行最终验收。验收专家组由来自上海科技大学、中国科学院近代物理研究所、中国科学技术大学、合肥工业大学、浙江光电子研究院和中国科学院高能物理研究所的8位专家组成。专家组审议通过了HEPS低温氦制冷机、氮循环制冷机及附件的测试大纲,听取了验收测试报告,现场见证了低温制冷量的测试结果,并进行了质询、讨论。专家组一致认为,HEPS低温氦制冷机和自主研制的氮循环制冷机的验收测试方案合理,测试结果达到合同验收指标,同意HEPS低温氦制冷机、氮循环制冷机通过最终验收。
 
  HEPS主储存环首期采用5台166.6MHz超导腔低温恒温器模组和2台499.8MHz超导腔低温恒温器模组,超导腔采用液氦浸泡冷却方式,对氦池内液氦压力和液位的稳定性要求较高。此外,HEPS作为第四代同步辐射光源对防微振动要求极高,因此带有振动和噪声的低温氦制冷机压缩机组、氦气回收和纯化系统均放置在环外低温厅,而液氦冷箱,液氦杜瓦,低温分配阀箱等低温设备要尽可能靠近超导腔低温恒温,致使低温系统传输管线距离长达500多米,如何选取合适的低温冷却方案和传输管线管径,减少冷量损失、克服长距离的低温流体传输分配带来的大阻力具有较大难点。
 
  为此,葛锐研究员率领的项目组历经3~4年,进行HEPS低温系统详细的流程设计计算、低温设备布局优化和非标设备设计优化等工作,并为超导腔长期稳定可靠的液氦低温环境需求而配备了一套低温氦制冷机。经过性能测试,在有液氮预冷的情况下,低温氦制冷机的制冷量为2066W@4.5K+214.5L/h(合同验收指标:2000W@4.5K+150L/h);在有液氮预冷的情况下,液化模式下低温氦制冷机的液化率为917L/h(合同验收指标:800L/h),测试指标均达到并大幅超过了合同验收测试指标;HEPS低温氦制冷机压缩机组低压侧的压力稳定性可以达到±1.50mbara,这对于保障超导腔低温恒温器的工作压力稳定有很重要的意义!
 
  为了降低外购槽车液氮输运对HEPS储存环地基振动的影响,提升超导腔低温恒温器模组的氮低温冷量的利用效率,满足低温氦制冷机的液氮冷量需求。HEPS低温系统联合杭州杭氧低温液化设备有限公司,自主研制了一套氮循环制冷机。在多年的技术攻关中,项目组成员敢于创新,采用增压式透平膨胀机技术,降低了氮循环制冷机的能耗,克服了长距离高品质液氮输送和整机自动控制等技术难点,在满足制冷量要求的基础,进行分单元设计,以确保氮循环制冷机的运行稳定性。经过测试,氮循环制冷机的制冷能力可以达到7.4kW@83K+100Nm^3/h(合同验收指标:7kW@90K+85Nm^3/h),可实现自动降温、积液、复温和停机等运行操作,自动化程度高,并实现整机和主要部件国产化。
 
  历时3~4年时间,低温氦制冷机、氮循环制冷机圆满完成各项测试任务离不开项目组成员的不懈努力,感谢指挥部、加速器部领导们的指导,感谢通用设施部、工程办、安环办等部门的大力支持!高能同步辐射光源低温氦制冷机、氮循环制冷机通过最终验收对整个低温系统的建设调试奠定了坚实的基础。
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