Сверхпроводящее магнитное устройство

17428Изобретение относится к электро"технике, а именно к области прикладной сверхпроводимости, и может бытьиспользовано при испытаниях и эксплу 5атации сверхпроводящих магнитныхсистем.Известно сверхпроводящее магнитное устройство, содержащее сверхпроводящую обмотку, размещенную в камере с криогенной жидкостью,Недостатком данного устройства является большой рост давления в камерепри аварийном переходе обмотки в нормальное состояние и потери дорогосто-. 15ящего газообразного хладагента, испаренного на поверхности нагретой обмотки и выходящего в атмосферу черезпредохранительные мембраны,Наиболее Ьлиэким по техническойсущности и достигаемому результату кпредлагаемому является сверхпроводящее магнитное устройство, содержащеесверхпроводящую обмотку, размещеннуюв криостате с хладагентом, Обмотка. с 25зазором помещена в оболочку из тепло"изолирующего материала. ОЬолочку ввиде колпака снабжена в верхней части клапаном для выхода газообразногохладагента и снижает рост .давленияв криостате при аварийной потересверхпроводимости, поскольку ограничивает количество испаряемого жидко. го гелия, непосредственно контактирующего с оЬмоткой, и, соответствен но, снижает рост давления при этом, 35ФНедостатком известного устройствая вля ется воз можност ь резко го выбросабольших порций газа и капельный уносжидкого хладагента в верхнюю теплую 4 Очасть криостата с последующим испарением и. соответствующим ростом давле"ния, Фактически эта часть жидкостииспаряется впустую, не участвуя в охлаждении обмотки. Также недостаткомявляются большие габариты криостатаввиду опасности его переполнения вытесненной из под оболочки жидкостью и,следовательно, увеличение затрат материалов на его изготовление и вес 5 ОкриостатаЦель изобретения - снижение расхода жидкого хладагента и уменьшениевесогабаритных характеристик устройства.55Указанная цель достигается тем,что в с верхпроводящем ма гнитном уст"ройстве, содержащем сверхпроводящуюобмотку, размещенную в криостате с 71 4хладагентом, и оболочку из теплоизолирующего материала, охватывающую обмот" ку, оболочка расположена непосредственно на поверхности обмотки и ее тол" щина определяется соотношением9, 02(Т-Т ) с с ( (- -) рь С где Т - температура обмотки после ееперехода в нормальное состоя- .ние;Т о - температура хладагента;критический тепловой поток вжидкий гелий с поверхностиоболочки при переходе от пузырькового к пленочному режимукипения;%, 9- теплопроводность материала,оболочки, усредненная в температурных интервалах от Т доТо и от комнатной Ро ТоГ - удельная теплоемкость материала оболочки, усредненная в ин- .тервале температур от комнатной до Т;лвремя захолаживания сверхпроводящей обмотки от комнаткойтемпературы до ТПричем оболочка выполнена из волокнисто-пористого материала.На фиг, 1 показано сверхпроводящеемагнитное устройство, поперечное сечение; на фиг. 2.- график зависимостироста давления в криостате от временипосле перехода оЬмотки в нормальноесостояние при наличии на ней оболочкииз твплоизолирующего материала, нафиг. 3 - график зависимости количестваиспаренного жидкого гелия из криостата после перехода обмотки с оболочкойиз теплоизолирующего материала и безее в нормальное состояние от времени,Устройство содержит сверхпроводящуюобмотку 1 с расположенной непосредственно на повехности обмотки обо"лочкой 2 из волокнисто"пористого ма- .териала, например ваты, стекловуали. Обмотка расположена в криостате3 с жидким хладагентом 4.Устройство раЬотает следуоцим об"разом,В оЬмотку 1 вводится электрическийток до ее перехода в нормальное состояние, при этом часть хладагента 4 испаряется и выходит из криостата 3 через отверстие в верхнем фланце, Приэтом теплоизолируоцая оболочка предотвращает непосредственный контакт1 Ю 8 хладагента с обмоткой, что исключает резкое вскипание гелия и, соответственно, его потерю.Изготовлено и испытано сверхпрово" дящее магнитное устройство, содержащее сверхпроводящую обмотку с внут" ренним диаметром М 5 мм, внешним 150 мм, высотой 150 мм, генерируоцую; магнитное поле 11,5 Тл и расположен; 1 р ную в криостате с внутренним диаметром : 210 мм, высотой 1 ЮО мм, содержащем.25 л жидкого. гелия. Устройство последовательно испытано с обмоткой без оболочки, с оболочкой толщиной 20, мм иэ ваты и с аналогичной. оболочкой из стекловуэли, которая показала наилуч" .шие результаты, причем допустимая тол" щина. может колебаться от 10 до 50 мм.На фиг. 2 показана динамика роста 3 р давления в криостате после перехода .обмотки в нормальное состояние; 1- обмотка без оболочки, 11 -оболочка из ваты, 111 " оболочка из стекловуали. На, Фиг, 3 представлен граФик из менения во времени количества испареН- ного иэ криостата жидкого гелия после перехода обмотки в нормальное состоя ние: 1 " обмотка без оболочки, 11 - . . оболочка из ваты, 111" .оболочка изстекловуали.Уровень, обозначенный на оси ор" динат (11,5 л), соответствует запасенной в обмотке магнитной энергии., выраженной в объеме испаренной,жид, кости (энергия деленная на объемную теплоту парообразования). Кривые 11 и 111 асимптотически подходят к этому уровню, не пересекая его. Это оз" начает, что при. наличии оболочки от" сутствует капельный унос жидкости га- ф зом при переходе, в отличие от слу" . чая, когда обмотка без оболочки (кри"вая 1) .Таким образом, при использовании защитной оболочки из волокнисто-по" ф ристого материала, расположенной на поверхности сверхпроводящей обмотки лабораторного масштаба, при переходе ее в нормальное состояние экономияидкого хладагента составляет 2 Ь 3, фф 71 бмаксимальный рост давления снижается, в 3,5 раза, при этом необходимая вь- сота криостата уменьшается на 175 мм, :что экономит 123 объема криостата.формула.из обре т е ния1, Сверхпроводящее магнитное устройство, содержащее сверхпроводящую .обмотку, размещенную в криостате с хладагентом, и оболочку иэ теплоизоли; рующего материала, охватывающую обмотку, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью уменьшения весогабаритных характеристик устройства и снижения рас.- хода жидкого хладагента, оболочка расположена непосредственно на поверхности обмотки.2. Устройство гои. 1,о т л ич а ю щ е е с я тем, что толщина обо. лочки определяется соотношением3 э 4 й"(Т-Т ) ( дс (4 " )о Сгде с 1 - толщина. оболочки;Т - температура обмотки после ее .перехода в нормальное состояние;То - температура хладагента;ц - плотность критического тепло"вого потока в жидкий гелий споверхности .оболочки, характе"ризующего переход от пузырькового к пленочному режиму кипения ( 1 О+ Вт/м); ЪЪ- теплопроводность материалаоболочки, усредненная в интер"аале температур от Т до Тмфи от нормальной до ТС - удельная .теплоемкость материала оболочки, усредненная в ин-тервале температур от нормальной до Т;л. - время захолаживания обмоткиот нормальной температуры доТо3. Устройство по пп. 1 и 2, о т л и ч а ю щ. е е с я тем, что оболочка выполнена иэ волокнистр-.пористогоматериала.17 й 2871 Составитель В. Большаков Техред Л,Олийнык Коррек Редактор В. Петра Саьборска аказ 2288 , Тираж ПодписноеНИИПИ Государственного комитета ло изобретениям и открытиям пр113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 ГКНТ СС Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород Гагарина, 101