40T混合磁体外超导磁体储能泄放系统的设计

FAIR收集环二极超导磁体外杜瓦泄放系统的概念设计
朱银锋
【期刊名称】《低温与超导》
【年(卷),期】2009(037)011
【摘要】对FAIR(Facility for Antiproton and Ion Research)收集环-
CR(Collector Ring)二极超导磁体外杜瓦的超压泄放系统进行了概念设计,给出了爆破片式的泄放系统结构,并基于ANSYS的结构分析初步确定了爆破片的结构参数;以及通过ANSYS对波纹管和外杜瓦进行了结构分析,分析结果表明波纹管和外杜瓦在超压状态下安全.文中的设计和分析研究,为外杜瓦的工程设计提供了有益的参考.
【总页数】5页(P29-32,65)
【作者】朱银锋
【作者单位】安徽建筑工业学院,机械与电气工程学院,合肥,230022
【正文语种】中文
【中图分类】TB6
【相关文献】
1.EAST外杜瓦泄放保护装置中爆破片的分析研究 [J], 盛道林;武松涛;朱银锋
2.FAIR收集环二极超导磁体电流引线的概念设计 [J], 朱银锋;吴维越;刘常乐
3.FAIR收集环超导二极磁体支撑设计与热负荷分析 [J], 朱银锋;武松涛;吴维越;徐厚昌;刘常乐
4.FAIR收集环二极超导实验磁体的研究 [J], 朱银锋;吴维越
5.EAST外杜瓦系统泄放装置的设计与实验研究 [J], 盛道林;武松涛;朱银锋
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考虑磁体动态特性的高温超导磁储能磁体设计徐颖;唐跃进;任丽;刘洋;廖于翔;何清;金涛【期刊名称】《南方电网技术》【年(卷),期】2015(9)12【摘要】超导磁体是超导磁储能系统(SMES)的核心部件,其优化设计可以提高SMES的经济性和运行性能。

提出了一种考虑磁体动态特性的高温超导磁储能磁体设计方法,该方法以有限元方法为基础,选取遗传算法作为优化工具,对高温超导磁体的内径、单饼匝数和双饼个数进行了优化。

该方法将超导磁体的优化分为了两个部分,一次优化以磁体的用线量为优化目标,二次优化将交流损耗低为优化目标。

最后用此方法对储能容量为150 k J的高温超导磁储能磁体进行了优化设计,经过两次优化后的150 k J磁体方案兼具低用线量和低交流损耗的优点。

【总页数】5页(P65-69)【关键词】高温超导磁体;储能系统;优化设计;临界电流【作者】徐颖;唐跃进;任丽;刘洋;廖于翔;何清;金涛【作者单位】强电磁工程与新技术国家重点实验室(华中科技大学电气与电子工程学院);国网湖北电力公司电力科学研究院【正文语种】中文【中图分类】TM725;TM471【相关文献】1.高温超导磁储能(SMES)磁体直接冷却热输运过程研究 [J], 徐虹玲;王惠龄;石零;王建;李敬东;唐跃进;汪京荣;冯勇2.G-M制冷机在高温超导磁储能磁体直接冷却中的应用研究 [J], 吴钢;王惠龄;石零;王建;唐跃进;汪京容3.40T混合磁体外超导磁体储能泄放系统的设计 [J], 徐烟红;赵涛;张浩4.基于ARPSO的高温超导分层储能磁体优化设计研究 [J], 王静;朱英伟;李兆鑫;玄永伟5.基于磁-路耦合分析法的高温超导环形储能磁体电磁优化设计 [J], 丘明;饶双全;诸嘉慧;龚珺;袁炜嘉因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

超导磁力储能工作原理超导磁力储能（Superconducting Magnetic Energy Storage，SMES）是一种高效、可靠的电力储能技术，被广泛应用于电力系统的稳定性调节、电压控制、电能品质提升等方面。

它基于超导材料的特性，利用超导体在零电阻状态下可以存储巨大的电磁能量，从而实现电力的高效储存。

本文将详细介绍超导磁力储能的工作原理及其应用。

一、超导磁力储能的基本原理超导磁力储能系统主要由超导线圈、冷却系统和功率控制系统组成。

其中，超导线圈是实现电磁能量储存的核心部件，冷却系统用于保持超导状态，而功率控制系统则用于实现能量的输入和输出控制。

1. 超导线圈：超导线圈通常采用超导材料制成，它的内部通过冷却系统维持在超导态。

超导材料具有零电阻和完全排斥磁场的特性，在零电阻状态下产生的电流可以无损地在超导线圈中流动，从而实现能量的存储。

2. 冷却系统：在超导磁力储能系统中，保持超导线圈在超导态需要低温环境的支持。

通常采用液氦冷却系统，将超导线圈冷却至临界温度以下，使其进入超导态。

通过冷却系统的维持，超导线圈的零电阻特性才能得到保证。

3. 功率控制系统：功率控制系统用于控制超导磁力储能的输入和输出。

当电网稳定时，超导线圈会接收电网输送的电能，将电能转化为磁能储存在超导线圈中。

而在电网需要补偿或发生故障时，超导线圈可以快速释放储存的磁能，将其转化为电能输出到电网中。

二、超导磁力储能的工作过程超导磁力储能的工作过程可以分为充放电两个阶段，即储能阶段和释能阶段。

1. 储能阶段：当电网供电稳定时，超导线圈会接收电网输送的电能，并将电能转化为磁能储存在超导线圈中。

在这个阶段，超导线圈处于超导态，电流可以无损地在超导线圈中循环。

2. 释能阶段：当电网发生故障或需要补偿时，超导磁力储能系统会迅速将储存的磁能转化为电能输出到电网中。

在这个阶段，超导线圈会失去超导态，电流开始在超导线圈中产生阻力，电能会迅速被释放。

40T混合磁体超导磁体失超保护系统设计的开题报告
一、背景及研究意义
混合磁体超导磁体是一种新型的超导磁体，由铜和超导线绕制而成。

其具有极高的磁场和电流稳定性，使其可以应用于如物理实验、磁共振
成像等领域。

然而，超导磁体在运行过程中，若由于某些原因使其失超，可能会引起严重的事故，甚至危及人身安全和设备安全。

因此，设计合
理的超导磁体失超保护系统，对于保障设备的安全运行具有重要意义。

二、研究目的和内容
本文旨在设计一种可靠的40T混合磁体超导磁体失超保护系统，保
证其在运行过程中失超时能够及时发现并采取相应的措施，从而确保设
备的安全运行。

具体研究内容包括：
1、制定合理的超导磁体失超保护系统方案；
2、设计超导磁体失超检测电路，实现对超导磁体失超的实时监测；
3、设计超导磁体失超保护电路，实现对失超事件的快速响应和处理。

三、研究方法
1、分析40T混合磁体超导磁体的失超机理；
2、调研国内外同类设备的失超保护系统方案及应用技术；
3、根据失超保护系统的设计原则和工作要求，制定合理的超导磁体失超保护系统方案；
4、设计失超检测电路和保护电路，并进行仿真和试验验证。

四、研究成果
本研究将设计出一种可靠的40T混合磁体超导磁体失超保护系统方案，包括失超检测电路和保护电路两部分。

保护系统实现实时监测和快
速响应，能够确保设备的安全运行。

同时，本研究也可为类似超导磁体失超保护系统的设计提供参考。

五、研究进展
目前研究进展良好，已经完成对失超机理的分析和失超保护系统方案制定。

接下来将进一步进行失超检测电路和保护电路的设计、仿真和试验验证。

40T混合磁体低温分配阀箱控制系统设计方明;欧阳峥嵘;李俊杰【摘要】40T稳态混合磁体低温分配阀箱控制系统基于S7-300系列PLC和WinCC组态软件,实现了集数据采集、数据处理、逻辑流程、泵阀控制、图形化监控以及数据记录与查询等功能于一体的自动化控制系统.该系统通过Profibus-DP 与以太网相结合,再辅以硬件上DP转光纤的方式,实现了高效稳定的系统通信网络.利用WinCC组态软件实现的图形化人机界面,实时显示系统中温度、压力、流量、液位等各种数据,增加了系统的灵活性.%Both S7-300 PLC and WinCC configuration software-based this 40T steady hybrid magnet's cryogenic distribution valve box control system can accomplish auto-control functions like data acquisition and processing,logic process,pump and valve control,graphical monitoring and data record and data query;and through the way of converting DP into fiber and combining with Profibus-DP and Ethernet,this system has a stable and efficient communication network;and through having the WinCC configuration software-based graphical man-machine interface adopted,the data such as temperature,pressure,flow and level can be displayed at real time to increase flexibility of the system.【期刊名称】《化工自动化及仪表》【年(卷),期】2017(044)007【总页数】4页(P682-685)【关键词】混合磁体;低温分配阀箱;WinCC;Profibus-DP【作者】方明;欧阳峥嵘;李俊杰【作者单位】中国科学院合肥物质科学研究院强磁场科学中心;中国科学院合肥物质科学研究院强磁场科学中心;中国科学院合肥物质科学研究院强磁场科学中心【正文语种】中文【中图分类】TH865强磁场实验装置(HMFF)项目是一个为化学、材料、物理及生命科学研究和多学科交叉研究提供理想稳态强磁场极端实验条件的装置，可最大程度地满足我国多学科前沿发展对强磁场实验条件的需求[1]。

40 T混合磁体低温分配阀箱真空系统设计
刘烨芒;欧阳峥嵘;李洪强;曲继坤
【期刊名称】《低温工程》
【年(卷),期】2013(000)004
【摘要】根据40 T稳态混合磁体低温分配阀箱对真空的要求,对低温分配阀箱真空系统进行了设计,设计结果如下:选择阀箱真空室的壳体形状,通过计算确定出真空室壳体壁厚为12 mm;选择封头形状,对封头强度进行校核,确定封头壁厚为16 mm;对整个真空系统抽真空泵机组进行选型,选出粗抽泵机组由一套ZJ-150罗茨泵和2XZ-30旋片式真空泵组成,主抽泵由一套F-100/ll0分子泵和2X-4旋片式机械泵组成,可达到阀箱对真空度的要求.
【总页数】4页(P38-40,59)
【作者】刘烨芒;欧阳峥嵘;李洪强;曲继坤
【作者单位】中国科学院强磁场科学中心合肥230031;中国科学院强磁场科学中心合肥230031;中国科学院强磁场科学中心合肥230031;中国科学院强磁场科学中心合肥230031
【正文语种】中文
【中图分类】TB611
【相关文献】
1.40T混合磁体低温分配阀箱多层绝热传热分析 [J], 曲继坤;欧阳峥嵘;李洪强;刘烨芒
2.40T混合磁体外超导磁体杜瓦真空系统设计 [J], 孟秋敏;欧阳峥嵘;李洪强
3.40T混合磁体低温分配阀箱控制系统设计 [J], 方明;欧阳峥嵘;李俊杰
4.基于PLC的40T混合磁体低温分配阀箱压力控制系统 [J], 方明;欧阳峥嵘
5.WinCC在40T混合磁体低温分配阀箱r控制系统中的应用 [J], 方明;欧阳峥嵘;周辰飞
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40T混合磁体冷屏热分析及测试张帅;欧阳峥嵘;李俊杰;孟秋敏【摘要】由中国科学院强磁场科学中心承建的40 T混合磁体装置由外超导磁体与内水冷磁体组成,在超导磁体杜瓦与超导线圈之间设置液氮冷屏.介绍了冷屏结构及冷却流程,并对冷屏热负荷进行了理论计算.对冷屏进行了降温测试,高场下稳定性测试及冷屏热负荷的测定.测试结果表明,冷屏满足降温要求,并可在高场下工作.就冷屏测试结果进行了分析,分析结果可用于冷屏设计及冷屏热负荷计算.【期刊名称】《低温工程》【年(卷),期】2018(000)003【总页数】5页(P14-17,23)【关键词】40 T混合磁体;冷屏;测试【作者】张帅;欧阳峥嵘;李俊杰;孟秋敏【作者单位】中国科学院强磁场科学中心合肥230031;中国科学技术大学合肥230026;中国科学院强磁场科学中心合肥230031;中国科学院强磁场科学中心合肥230031;中国科学院强磁场科学中心合肥230031;中国科学技术大学合肥230026【正文语种】中文【中图分类】TB661 引言由中国科学院强磁场科学中心承担的“十一五”国家大科学工程“稳态强磁场装置”的标志性装置—40 T混合磁体实验装置于2016年11月13日首次运行并达到40 T中心最高场强。

正常运行状态下，混合磁体中心场强分别由外部超导磁体11 T，内水冷磁体提供29 T构成 [1]，如图1所示，其中超导磁体采用4.5 K超临界氦迫流冷却。

为了降低超导磁体的热负荷，将超导磁体置于真空环境中，同时在磁体真空杜瓦中设置液氮冷屏。

液氮冷屏处于超导磁体与磁体杜瓦之间，冷屏维持在80 K左右。

为了保证超导磁体的正常运行，冷屏需要顺利降温，并稳定运行，因此对冷屏进行了降温测试。

同时冷屏工作于高场环境下，磁场的突变会对冷屏造成冲击，在冷屏内部形成感应涡电流，因此在磁场突变的极端情况下对冷屏进行了稳定性测试。

图1 混合磁体结构图Fig.1 Structure of hybrid magnet2 冷屏结构及冷却流程混合磁体冷屏处于磁体杜瓦中，磁体杜瓦内部动态真空度维持在2×10-5 Pa，其结构如图1所示。

40T混合磁体外超导磁体杜瓦真空系统设计孟秋敏;欧阳峥嵘;李洪强【摘要】Based on the vacuum requirement of the cryostat, the vacuum system for the Cryostat for 40 T hybrid magnet was designed. The vacuum system includes roots pumping sets consisting of two ZJ-70 and 2XZ-15 pumps which can achieved 1 Pa, and turbo-molecular pumping sets consisting of two F250/1500 and 2X-30 pumps which can achieved 0.01 Pa.%根据40 T稳态混合磁体外超导磁体杜瓦对真空的要求,对杜瓦真空系统进行了设计计算,计算结果如下:杜瓦真空系统包括粗抽泵机组和主泵机组,其中粗抽泵机组由两套ZJ-70罗茨泵和2XZ-15直联式旋片真空泵组成,可将杜瓦真空抽至1 Pa；主泵机组由两套F250/1500涡轮分子泵和2X-30旋片式机械泵串联组成,可将杜瓦真空抽至0.01Pa.【期刊名称】《低温工程》【年(卷),期】2012(000)005【总页数】3页(P19-21)【关键词】40 T 混合磁体;杜瓦;真空系统【作者】孟秋敏;欧阳峥嵘;李洪强【作者单位】中国科学院强磁场科学中心合肥230031;中国科学院强磁场科学中心合肥230031;中国科学院强磁场科学中心合肥230031【正文语种】中文【中图分类】TB6111 引言为开展凝聚态物理、化学、材料科学、地学、生物学、生命科学和微重力等，国家“十一五”大科学工程稳态强磁场实验装置拟建一台具有国际先进水平的40 T稳态混合磁体实验装置。

40 T混合磁体由11 T学科的前沿研究提供强磁场平台，外超导磁体和29 T内水冷磁体组成。

图1 SHMFF氦低温系统示意图氦低温系统运行氦低温系统运行流程主要包括氦气液化、液氦供应、氦气回收、氦气纯化、氦气储存等部分。

氦制冷机要求氦气的纯度为99.999%，首先，将100m³罐中的纯氦气经压缩机压缩、油气分离器去除氦气中的油后输送入氦制冷机，氦气在制冷机内经过与液氮和主路回流氦气换热、膨胀机对外做功、节流阀等焓图2 制冷机流程示意图图3 移动杜瓦输液示意图1.3 氦气的回收与纯化氦回收系统含有两台回收压机，回气系统回收率高，回收量大，回收系统流程具体见图4。

各用户实验室均布置有回收管道并接至50m³气袋，当气袋达到60%的高度时，第一台回收压机启动，将气袋内的氦气压入高压钢瓶组内，当气袋高度上涨至75%的高度时，第二台回收压机启动，当气袋内的氦气高度降至台压机停止工作。

储存回收氦气的高压钢瓶组压力超过图5 回收系统回收率回到回收系统的实验用户氦气纯度约为100PPM，由于氦低温系统对氦气纯度的要求，需要通过纯化器纯化得到5PPM的纯氦气，因此氦气纯化工作至关重要。

氦气纯化器工作压力约为20bar，纯化量为100m³/h。

来自高压钢瓶组的脏氦气经过减压阀减压过后进入纯化器，氦气进排气压差应控制在1bar左右，纯化速度不能过快，以使纯化器充分的吸收氦气中的杂质。

纯化器纯化2000m³的脏氦气后，需要进行纯化器的再生操作，首先放空纯化器内的液氮，用加热后的氮气将纯化筒和干燥筒吹至室温以上，使活性炭在低温下吸附的N2、O2等杂质释放出来，然后抽纯化器管路真空，将液氮重新输入纯化筒，使纯化筒冷却至液氮温度，纯化器的再生过程需要8小时。

随着实验用户液氦需求的增加，氦低温系统原有的一台纯化器无法满足纯化需求，因此，又研制了一台纯化能力相当的纯化器，图4 回收系统流程示意图图6 扩散泵（左）和分子泵（右）回收氦气油含量过高存在的问题：经过长时间的运行，发现回收氦气中的水和油的含量偏高，影响纯化器纯化量。