朱圣良 袁春燕 庄 明 陆小飞 刘晓东

(中国科学院等离子体物理研究所 合肥 230031)

1 引言

随着低温工质如液氧、液氮、液氦等在工业及科研中的应用日益广泛，用于其输运的低温液体泵的应用也越多。低温液体泵泵送工质温度极低，为保证输运的安全性和经济性，要求低温液体泵具有高效率、低漏热、高可靠性等特点。在诸多超导体强迫对流冷却应用场合如高温超导电缆、大型超导磁体冷却等应用中，由于冷却对象热负荷不大，而其长度方向较长，其对低温液体泵的需求为高扬程而小流量，如果此时泵采用常规电机驱动，那么泵此时对应的比转速较小，此时离心泵效率较低。考虑到部分流泵在低比转速下效率较高、轴承选择要求较低、加工容易的特点［1］，参考 Barber－Nichols 公司为 EAST 提供的超临界氦循环泵实体模型，设计并制造了一台部分流式液氮泵，在设计中，为了减少泵体漏热，采用了延伸轴长设计，同时为减少环境温度与低温环境辐射换热，沿轴长方向设置了多块防辐射屏。泵的设计过程及模拟分析详见文献［2］。液氮泵的设计参数、主要结构尺寸如表1、表2所示，泵的组装后如图1所示。

表1 液氮泵设计参数Table 1 Design parameters of liquid nitrogen pump

表2 泵结构尺寸Table 2 Dimensions of pump housings

图1 液氮泵组装图Fig.1 Photo of test pump

2 测试平台

低温液体泵的实际性能需要通过实验实测得到。为完成相关测试，搭建了一套测试平台，通过相关的测试实验测定泵的水力特性，包括不同转速下流量扬程特性，流量效率特性等。参考欧洲核子中心CERN的ATLAS磁体所用液氦泵测试系统［3］，设计的泵测试平台流程如图2所示。……