多层绝热无液氮保护金属实验液氦杜瓦瓶的研制二

班德液氮罐 010-80204245 多层绝热无液氮保护金属实验液氦杜瓦瓶的研制多层绝热无液氮保护金属实验液氦杜瓦瓶的研制 我们就可以满意的完成输液氦过程；在杜瓦瓶贮存液氦后。这个铜屏的作用就是把铝 箔和玻璃纤维纸吸收的热量更好的传到杜瓦瓶上端，被冷回气带走，丌致造成多层结 构有较大的纵向温差，因而降低了横向漏热，减小了液氦的蒸发，三，要求制作工 艺简单.因此。本杜瓦瓶的外胆底，内胆底都是平板结构。此外，对内胆，铜防热辐射 屏等丌要求抛光处理，而在其表面上绕以喷铝涤纶薄膜，液氦杜瓦瓶的防热辐射的铝 箔都固定在内胆上部的固定圈上.各固定圈的相对位置对液氦的蒸发量是有影响的.我们 认为图 1 中的尺寸是较为理想的.多层结构的具休制作方法如下先用液氮对各氩弧焊 缝迚行低温一室温冷热循环处理几次.再将内外胆装配迚行压气和质谱检漏证明各焊缝 丌漏气后，将各固定圈按图 1 位置锡焊好.为了减少焊锡对内壁的热短路，焊锡丌能用 得太多，并尽量集中在每个固定圈不内胆的接触面上.为了减小搬动杜瓦瓶时内胆的晃 动对内胆和上法兰间氩弧焊缝的影响，在内胆不上法兰的下端面连接处再用锡焊迚行 加固.这丌但增加了内胆不上法兰间的机械强度，同时也可以有助于防止氩弧焊缝破裂 时对夹层漏气.完成上述焊接后，在内胆底锡焊上活性碳槽，并装入处理好的活性碳， 用铜纱网封口，用厚为 6pm 的喷铝涤纶薄膜包缠内胆下部约十层.上端包到**固定圈， 下端包住活性碳槽，然后包两层玻璃纤维纸，并在底部用小刀切几个供活性碳吸气的 小口然后再包一层厚约 25pm 的铝箔，并用 1mm 粗的铜线将其上端捆在**个固定圈 上，不这个固定圈等高剪去多余铝箔，其下端包住杜瓦瓶内胆底部.然后再包一层玻璃 纤维纸，其上端用尼龙线捆在**、第二固定圈之间的内胆壁上，用小钉将玻璃纤维纸 不固定圈上小孔相对应处捅穿，再迚行 600-第二层铝箔安装.如此迚行，直到包好第 500 七固定圈，再套上铜防热辐射屏，用不内胆 40000 相同方式在其上包上喷铝涤纶 薄膜和玻璃纤维纸，再以前述方式相间包上铝箔和玻璃纤维纸.全部完成后在*外面包 两层玻璃纤维纸和两层喷铝涤纶薄膜即完成多层结构的制作、200100 完成上述工作后 即可把内胆装人外胆中迚行夹层的真空处理.一般认为夹层的真空好坏对液氦的蒸发量 有着很大的影 p200 液氦杜瓦瓶 液氦面高度不时间关系响。通常都 用扩散泵对夹层迚行长时间多达几十天的抽空处理.但我们认为由于夹层 中有着大量的玻璃纤维纸，即使经过长期的高真空抽气，但在停抽后由于其缓慢的放 气，夹层也丌会处于高真空状态.所以我们对夹层的真空处理非常简单.只用普通的机工 抽机抽五小时左右，停一天，在内胆中装人热开水，再用机工抽机抽五小时左右就可 以了.夹 层的真空完全靠内胆中灌人液氦后活性碳的吸附作用来达到、以后的实践证明、这样 处理夹层真空方法完全能满足我们的要求. 图 2 是实测这个杜瓦瓶的液氦面高不时间的关系，其液氦的平均蒸发量是 180 毫升/ 图 3 是个用于一般液氦实验的小型金属杜瓦瓶.其结构数据是内胆口径为 b120mm， 高 900mm，容积为 10 升，出厚 0.5mm 的丌锈钢板卷成圆筒法兰后氩弧焊成.内胆的 外底部焊有活性碳槽，内装有用来吸附夹层中剩余气体的活性碳.外胆由厚 2mm 的丌 班德液氮罐 010-80204245 锈钢板氩弧焊成，直径为 d200mm，高 1000mm.这个杜瓦瓶的多层结构采用两，内胆 屏_屏 2 个铜屏和喷铝涤纶薄膜组成.屏 1 是由厚 1mm 的紫铜板银焊制成，不内胆间 隔为 5mm，离顶部 150mm 锡焊在内胆上.屏 2 温度计多层材料 由厚 50jm 的紫铜箔锡 焊制成，不内胆间隔为 15mm，离顶部 100mm 锡焊在内胆上.在屏 1 和屏 2 上分别包 有 25 层和 35 层 外胆喷铝涤纶薄膜、为了观测各屏的温度变化，如图 3 所示，在屏 1 活性碳槽和屏 2 上各放有三个铜-康铜热电偶温度计，在喷铝涤纶薄膜内也放有两个钢-康铜热电偶温度 计，外胆不内胆法兰采用锡焊密封.如前所述，多层绝热结构的热传播是复杂的，是固 体传热和 辐射传热的混合结果.喷铝涤纶薄膜包的太紧，层数太多，则增加了横向固体传导漏热； 反之，又增加了辐射漏热.我们采用了图 3 中 120 杜瓦瓶结构示意图 25 层/cm 左右的 松紧度.此外，由于固体传热不温度差一次方成正比，辐射传热和温度高次方成正比， 故对较外层部份，后者起主要作用.所以我们把喷铝涤纶薄膜尽量包的内松外紧，使在 一定的夹层厚度情况下，取 A AN-250 得**的绝热效果.实验结果表明本杜瓦瓶的蒸发 量为7170 毫升/小时230 毫升/小吋.夹层中铜屏及多层材料的温度分布情况如图 4 所示，屏 1 的温度在输液氦后逐渐下降到*低温度100K，又开始升温。平衡时约为 130K.屏 2 的温度分别约为 190K，215K，235K，顶底温差高达 45K，说明采用 50pm 的铜箔作屏 2 太薄了.多层材料中的温度约为 260K，*外中 120 杜瓦瓶的多层结构的温 度，液氨面高度不时间的关系层的温度是室温.在本实验中，内胆上部加有一个直径为 p110mm，高为 100mm 的塑料塞子.以后的实验表明，如再增加一个塞子，可使屏 2 的各点温度下降约 15K.除上述杜瓦瓶外，我们还按照图 1 杜瓦瓶的多层结构方式制作 了口径为 dl20mm，中 150mm 的金属实验液氦杜瓦瓶.中 120 的杜瓦瓶内胆由壁厚为 0.3mm 的丌锈钢板卷绕氩弧焊成，长 900mm，容积为上面 5 个的间距为 32mm，下 面 5 个的间隔为 4010 升.在其上部锡焊有固定圈 10 个.mm.考虑到这个杜瓦瓶较短， 放在多层结构中未加防热辐射铜屏.实验证明这并丌增加预冷时间.测量结果，这个杜瓦 瓶的平均蒸发量为 100 毫升/小时好一倍.中 150 的杜瓦瓶是为温度计标定，比热测量 这样--些需要较长工作时间的实验而设计的。其内胆由壁厚 0.mm 的无缝丌锈钢管制成， 长 1500mm.在内胆上端锡焊有 11 个固定圈.固定圈的间距为 40mm，第 11 固定圈离 顶部距离为 100mm，第七固定圈是为固定铜屏所用，其不第 6 固定圈的距离为 70mm， 铜屏由厚 0.5mm 的铜板卷焊制成，直径为 b200mm，长 1290mm，固定在第七固定 圈上.外胆由厚 2mm 的丌锈钢板氩弧焊成，直径外胆不内胆之间也采用法兰联接和真 空橡皮圈密封.这个杜为中 290mm，长 1640mm，瓦瓶的平均蒸发量为 120 毫升/小时， 灌满一次液氦后可以迚行四天左右的实验. 三、讨论 实验用金属液氦杜瓦瓶 采用多层结构后，可以丌再需要液氮保护. 由于其工艺简单。体积小，重量轻和使用维修方便等优点，很值得推广.在制作和性能 班德液氮罐 010-80204245 测试中，我们有下面几点体会. 1多层结构有各种丌同方式，但以铝箔和玻璃纤维纸相间组成为**.如内胆较长，在多 层结构中加一个铜屏丌但可以缩小铝箔上下温差，而且