IMP-ADS注入器Ⅱ超导螺线管磁体电流引线设计.pdfVIP

第四届全国粒子加速器真空、低温技术研讨会论文集 IMP．ADS注入器Ⅱ超导螺线管磁体电流引线设计 王淑华王莉孙森刘以勇 Liu S．H．Wang，L．Wang，S．Sun，YY 中国科学院上海应用物理研究所，上海市低温超导高频腔技术重点实验室，上海201204 摘要：中科院近代物理所ADS(IMP-ADS)项目注入器II单腔低温模块测试样机中有两个 超导螺线管磁体，每个超导螺线管磁体由3个线圈构成，需要3对电流弓l线，一对100A和 两对50A的工作电流。引线下端浸泡在温度4．4．4．5K的液氦中，通过自然蒸发的气氦来冷 却电流引线。本文对电流引线进行了优化设计，给出了电流引线的详细结构设计。 关键词：电流引线气氦冷却优化设计 1、引言 中科院近代物理所ADS(IMP．ADS)项目注入器II中需要2．3套低温超导模块，每个 包含多个超导半波长射频腔(HWR)腔和多个超导螺线管线圈。为研究HWR超导腔、超 导螺线管磁体及其低温模块的研制、集成及调试等有关技术，拟先研发l套低温模块样机， 该样机包括1个HWR超导腔、2个分置于HWR腔两侧的超导螺线管磁体、HWR腔体后端 的低温BPM以及为腔和磁体提供低温工作环境的低温恒温器。每个超导螺线管磁体包含3 个线圈，1个主线圈和2个校正线圈。 电流引线连接室温电源和液氦温区的超导螺线管磁体，通过电流引线的漏热包括导热和 焦耳热，是低温冷却系统的主要热负载之一【1‘3】。为了使电流引线漏热最小，同时满足设计 空间和易于装拆的要求，本文在保证电流引线承载能力的条件下，对电流引线进行了特征参 数的优化和结构设计。 2、电流引线总体设计方案 超导螺线管磁体电流引线的总体设计方案：(1)引线：常规铜导线，RRR=10—20141。(2) 冷却方式：引线下端浸泡在运行温度4．4．4．5K的液氦中，通过由于漏热导致的液氦的自然 蒸发来冷却电流引线。(3)电流：每个磁体的主线圈工作电流为100A，设计电流为150A， 校正线圈工作电流为50A，设计电流为50A，每个超导螺线管磁体共3对电流引线。(4) 结构：将3对电流引线设计为整体结构，安装在真空容器中，使电流引线拆卸方便，便于维 护。 3、电流引线主要特征参数优化和冷却流道的设计计算 (1)主要特征参数的优化设计 为了使电流引线漏热最小，需对电流引线进行优化设计，最终的优化参数为电流引线形 状因子 r：生 (1) ^l 式(1)中r．形状因子，A／m；I-电流，A：三J-电流引线长度，m；A厂电流引线横截面 积，m2 为了获得电流引线优化参数，下图l给出了电流弓l线优化设计过程框[]tl,51。 29 真空部分 图1电流引线设计优化过程框图 (2)冷却流道的设计计算 根据图2可知，冷却管道的直径大小直接影响到电流引线的冷却效果，在满足电流引线 本体空间要求和安装空间要求的条件下，冷却管道的直径要尽可能的小，以增大换热效果。 (a)流阻计算 对于流阻△P，用下面的计算公式161： △P：鱼乓 (2) 2pd2 4 3500Re2X104： Re2300；f=o．316Re-0。25 式(2)中厂．摩擦因子，，：一64 Re 工．冷却管道的长度，m；m．质量流速，kg／s；A．流体流动截面积，m2；P．流体密度，ks／m3； 现．水力直径，m。 整个冷却管路内氦气的温度是从4