一种大型移动式液氦罐箱绝热性能测试系统

技术领域

本发明涉及氦低温测试系统领域，更具体地涉及一种大型移动式液氦罐箱绝热性能测试系统。

背景技术

随着科技与经济发展，工业生产、科研等领域对氦资源的需求量和年进口量不断加大，在火箭发射、核磁共振超导磁体冷却、飞艇、光纤与半导体制造、检漏生产等领域扮演者极其重要的角色。氦气已经是国家安全和高新技术产业发展不可或缺的关键资源，具有重要的战略性地位。

液氦应用量的递增趋势，使得大型液氦罐箱的研制、生产和使用更为广泛。对于大型液氦储存设备而言，能够长时间储存液氦、并尽量降低液氦储存过程中的损耗具有十分重要的意义。其中，移动式液氦罐箱绝热性能指标—静态热负荷和维持时间的测试是研制过程中的关键。

目前的现有技术主要聚焦于液氮、液氢、液化天然气罐箱测试方面的研究，而由于液氦的物理性质、市场价值和安全性与上述介质有着较大差异，例如液氦的汽化潜热大致为液氮的1/10，为液甲烷的1/25，已有的测试系统无法直接参照或者借用。因而，需要研发一种适用于移动式液氦罐箱的绝热性能测试系统。

发明内容

为解决上述现有技术中的问题，本发明提供一种大型移动式液氦罐箱绝热性能测试系统，能够满足移动式液氦罐箱绝热性能指标—静态热负荷和维持时间的测试需求。

本发明提供的一种大型移动式液氦罐箱绝热性能测试系统，包括待测液氦罐箱、氦液化器系统、氦气回收纯化存储系统和测试辅助系统，所述待测液氦罐箱分别与所述氦液化器系统、所述测试辅助系统连接，所述氦液化器系统与所述氦气回收纯化存储系统连接，所述氦气回收纯化存储系统与所述测试辅助系统连接。

进一步地，所述待测液氦罐箱包括内外嵌套的液氮夹层腔和液氦内胆，所述液氮夹层腔设有位于所述待测液氦罐箱顶部区域的排空出口。

进一步地，所述待测液氦罐箱设有与大气接通的安全泄放阀门。

进一步地，所述氦液化器系统包括依次连接的第一杜瓦、4.5K冷箱和室温压缩机机组，所述4.5K冷箱与所述室温压缩机机组的高低压出入口连通。

进一步地，所述氦气回收纯化存储系统包括依次连接的氦气回收气袋、回收压气机、氦气集装管束、纯化器和高纯氦气储罐。

进一步地，所述氦气回收气袋的入口与所述测试辅助系统中的流量计连通，所述高纯氦气储罐的出口与所述氦液化器系统的高压入口连通。

进一步地，所述测试辅助系统包括用于为所述液氮夹层腔补液的液氮储罐、用于往所述待测液氦罐箱补液的第二杜瓦、用于将所述氦液化器系统输出的液氦输送至所述待测液氦罐箱的接口阀箱和用于往所述待测液氦罐箱充液的移动液氦罐箱车。

进一步地，所述液氮储罐的出口与所述液氮夹层腔连通，所述第二杜瓦的出口与所述液氦内胆的第一入口连通，所述接口阀箱与所述4.5K冷箱的出口连通，并与所述移动液氦罐箱车的输出管路交汇，共同接入所述液氦内胆的第二入口。

进一步地，所述测试辅助系统包括在测试阶段用于监测液氦蒸发量的流量计、保证氦蒸汽定向输送至所述氦气回收气袋的单向阀和用于升温氦蒸汽的加热器。

进一步地，所述加热器的入口与所述液氦内胆的出口连通，从所述加热器的出口流出的气流依次经过所述单向阀、所述流量计后，汇入所述氦气回收气袋。

本发明能够对相关参数进行测量，满足移动式液氦罐箱绝热性能指标—静态热负荷和维持时间的测试需求。另外，本发明能够提供绝热性能测试所需的足够体量的液氦，并具有充裕的纯化回收储存能力，实现了液氦的快捷加注，节约了氦气资源。同时，本发明可以对现有液氦容器测试有关标准规范的补充和完善提供直接的数据支持。

附图说明

图1是按照本发明的大型移动式液氦罐箱绝热性能测试系统的结构框图。

具体实施方式

下面结合附图，给出本发明的较佳实施例，并予以详细描述。

如图1所示，本发明提供的大型移动式液氦罐箱绝热性能测试系统100，包括待测液氦罐箱110、氦液化器系统120、氦气回收纯化存储系统130和测试辅助系统140。其中，待测液氦罐箱110分别与氦液化器系统120、测试辅助系统140连接，用于液氦供给、氦蒸汽的冷量回收和绝热性能测试。氦液化器系统120与氦气回收纯化存储系统130连接，氦气回收纯化存储系统130与测试辅助系统140连接，用于实现测试完成后氦气的回收再利用。更具体地，待测液氦罐箱110的入口与测试辅助系统140的输液出口连通，待测液氦罐箱110的出口与氦液化器系统120的第一入口连通，回收纯化储存系统130的出口与氦液化器系统120的第二入口连通，氦液化器系统120的出口与测试辅助系统140的入口连通。

上述待测液氦罐箱110包括内外嵌套的液氮夹层腔112和液氦内胆113，液氮夹层腔112设有位于待测液氦罐箱110顶部区域的排空出口，液氦内胆113的容量不小于40m

上述氦液化器系统120包括依次连接的第一杜瓦121、4.5K冷箱122和室温压缩机机组123。其中，4.5K冷箱122与室温压缩机机组123的高低压出入口连通。氦液化器系统120兼具充足的氦气源、良好的绝热性能和高效的热力循环特征，液化模式下可实现1000L/h的液化速率，保证测试系统的液氦供给。

上述氦气回收纯化存储系统130包括依次连接的氦气回收气袋131、回收压气机132、氦气集装管束133、纯化器134和高纯氦气储罐135。其中，氦气回收气袋131的入口与测试辅助系统140中的流量计147连通，氦气回收气袋131的出口与回收压气机132的入口连通，回收压气机132的出口与氦气集装管束133连通，通过氦气集装管束133的氦气经由纯化器134纯化后进入高纯氦气储罐135，高纯氦气储罐135的出口与氦液化器系统120的高压入口连通。

上述测试辅助系统140包括用于为液氮夹层腔112补液的液氮储罐141、用于往待测液氦罐箱110补液的第二杜瓦142、用于将氦液化器系统120输出的液氦输送至待测液氦罐箱110的接口阀箱143和用于往待测液氦罐箱110充液的移动液氦罐箱车145。更具体地，液氮储罐141的出口与液氮夹层腔112连通；第二杜瓦142的出口与液氦内胆113的第一入口连通；接口阀箱143与4.5K冷箱122的出口连通，并与移动液氦罐箱车145的输出管路交汇，共同接入液氦内胆113的第二入口。

测试辅助系统140还包括在测试阶段用于监测液氦蒸发量的流量计147、保证氦蒸汽定向输送至氦气回收气袋131的单向阀148和用于升温氦蒸汽的加热器149。更具体地，加热器149的入口与液氦内胆113的出口连通，从加热器149的出口流出的气流依次经过单向阀148、流量计147后，最终汇入氦气回收气袋131。

上述大型移动式液氦罐箱绝热性能测试系统100能够对待测液氦罐箱110绝热性能相关设计方法和研制手段进行评估，该测试系统100能提供绝热性能测试所需的足够体量的液氦、充裕的纯化回收储存能力以及对相关参数进行测量的功能。同时，该测试系统100能够实现液氦的快捷加注，节约氦气资源，该可有效降低系统中氦气纯度波动对氦液化器系统稳定运行的影响。并且，该测试系统100可以对现有液氦容器测试有关标准规范的补充和完善提供直接的数据支持。

采用本发明绝热性能测试系统100对大型液氦罐箱进行静态热负荷测试的过程如下：

待测液氦罐箱110就位后，通过上述大型液氦罐箱绝热性能测试系统100完成测试前所需准备流程，包括液氮夹层腔112补液、液氦内胆113吹扫、液氦内胆113氦气置换以及液氦预冷。之后，氦液化器系统120和移动液氦罐箱车145与测试辅助系统140连通，实现快速、高效的液氦加注。在待测液氦罐箱110加注至额定液位后，静置48小时，在静置期间液氦内胆113的出口通过管路依次连通加热器149、单向阀148、流量计147，最终接入回收纯化存储系统130。按照测试要求，待蒸发氦气流量稳定后，记录流量计实测值、环境温度等数据，进行相关分析得出测试结果。

以上所述的，仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的范围，本发明的上述实施例还可以做出各种变化。即凡是依据本发明申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本发明专利的权利要求保护范围。本发明未详尽描述的均为常规技术内容。