全国产氦液化器的性能调控优化研究及其工程化应用

超导磁体一般工作在液氦温区(–269℃),需要稳定可靠的冷源为其提供保障.为满足未来高能量粒子对撞机所需高场强超导二极磁体研究的测试需求,本文针对自主研制的国内首台全国产氦液化器开展了性能调控优化研究,分别实现了冷箱和液氦杜瓦降温过程的优化控制,节省压缩机功耗分别为12.3%和25.2%,显著提高了氦液化器的经济性.在此基础上,针对用户现场不同运行工况,实现了氦液化器适应变负荷的自动控制调节功能.分析了氦液化器在各负荷状态下的运行能耗;在不考虑液氮消耗的前提下,氦液化器最低能耗为2.4 kW h/L.通过调控优化及实验测试,成功实现了氦液化器与用户端磁体测试平台的联合运行,并通过了全国产氦液化器的长时间运行可靠性测试,满足了磁体测试系统对其低温制冷系统在稳定性和可靠性方面的要求.目前,该氦液化器已累计稳定运行超过两个月,生产液氦超过35000 L,推动首台国产化加速器高场强超导二极磁体取得了12.47 T磁场强度新指标的突破.这是全国产氦液化器首次应用于超导二极磁体测试平台,该工程应用未来可进行进一步推广.