制冷系统总体方案优化设计

制冷系统的总体方案设计可以简单地进行初步分类与选择。从对液氮的冷却是否使用过冷箱进行分类，有直接冷却法和间接冷却法；从杜瓦液氮是否有外加补充进行分类，有空间相连和空间独立；从液氮循环使用为闭式系统还是开式系统进行分类，有制冷机与机械泵的选择。这些元素组合起来，具体的方案有以下4种：

（1）间接冷却，空间相连，制冷机。

（2）间接冷却，空间独立，制冷机。

（3）直接冷却，制冷机。

（4）直接冷却，机械泵。

对于电力设备而言，第一要求是可靠性，然后是免维护。优先考虑可靠性的情况下，第四种方案更简洁、更可靠，对应的示意图如图4.19所示。

如图4.20所示，实际设计的整个制冷系统由超导绕组杜瓦和补液系统两大部分构成。超导绕组杜瓦包含杜瓦、水环真空泵、汽化器三个主要设备和温度计、压力计两种测量仪；补液系统由液氮储槽、输液管、排气管三个主要设备和它们各自的控制阀门，以及液位计、压力计两种测量仪。(www.xing528.com)

超导绕组置于超导绕组杜瓦内，杜瓦与超导绕组的固定结构能承受短路电动力、运输冲击。液氮储槽和杜瓦之间由输液管连接，通过阀门控制液氮定期从储槽向杜瓦补充。杜瓦蒸发的氮气直接通过真空输液管，经过汽化器加热到室温后排放到大气。在汽化器的出气口安装有水环泵，用于对杜瓦抽真空或抽空减压降温。

图4.19　低温系统流程示意图

图4.20　直接冷却开式低温系统设计图

在杜瓦上压力计监测杜瓦异常；温度计通过温度测量液面上下限作为液位计使用（应用两套液位计主要从测量精度、可靠性、寿命等角度考虑）测量杜瓦液位变化；液氮储槽上同样有液位计和压力计测量储槽液位和储槽压力。压力、温度信号由低温系统PLC监控程序采集。低温系统监控程序根据杜瓦压力情况监控是否发报警信号，根据杜瓦液位变化自动控制补液阀向杜瓦补液，根据储槽液位发出补液信号，根据储槽压力情况自动减压或增压。从安全角度考虑，补液、增压、减压的控制阀门，除了自动控制阀门外，都有手动阀门作为后备；而且在输液管上增加了手动出液阀，在排气管上增加了手动放气阀，又增加了一层后备。