多層絕熱無液氮保護(hù)金屬實(shí)驗(yàn)液氦杜瓦瓶的研制二

我們就可以滿意的完成輸液氦過程；在杜瓦瓶貯存液氦后。這個(gè)銅屏的作用就是把鋁箔和玻璃纖維紙吸收的熱量更好的傳到杜瓦瓶上端，被冷回氣帶走，不致造成多層結(jié)構(gòu)有較大的縱向溫差，因而降低了橫向漏熱，減小了液氦的蒸發(fā)，(三)，要求制作工藝簡單.因此。本杜瓦瓶的外膽底，內(nèi)膽底都是平板結(jié)構(gòu)。此外，對(duì)內(nèi)膽，銅防熱輻射屏等不要求拋光處理，而在其表面上繞以噴鋁滌綸薄膜，液氦杜瓦瓶的防熱輻射的鋁箔都固定在內(nèi)膽上部的固定圈上.各固定圈的相對(duì)位置對(duì)液氦的蒸發(fā)量是有影響的.我們認(rèn)為圖1中的尺寸是較為理想的.多層結(jié)構(gòu)的具休制作方法如下：先用液氮對(duì)各氬弧焊縫進(jìn)行低溫一室溫冷熱循環(huán)處理幾次.再將內(nèi)外膽裝配進(jìn)行壓氣和質(zhì)譜檢漏證明各焊縫不漏氣后，將各固定圈按圖1位置錫焊好.為了減少焊錫對(duì)內(nèi)壁的熱短路，焊錫不能用得太多，并盡量集中在每個(gè)固定圈與內(nèi)膽的接觸面上.為了減小搬動(dòng)杜瓦瓶時(shí)內(nèi)膽的晃動(dòng)對(duì)內(nèi)膽和上法蘭間氬弧焊縫的影響，在內(nèi)膽與上法蘭的下端面連接處再用錫焊進(jìn)行加固.這不但增加了內(nèi)膽與上法蘭間的機(jī)械強(qiáng)度，同時(shí)也可以有助于防止氬弧焊縫破裂時(shí)對(duì)夾層漏氣.完成上述焊接后，在內(nèi)膽底錫焊上活性碳槽，并裝入處理好的活性碳，用銅紗網(wǎng)封口，用厚為6pm的噴鋁滌綸薄膜包纏內(nèi)膽下部約十層.上端包到**固定圈，下端包住活性碳槽，然后包兩層玻璃纖維紙，并在底部用小刀切幾個(gè)供活性碳吸氣的小口：然后再包一層厚約25pm的鋁箔，并用1mm粗的銅線將其上端捆在**個(gè)固定圈上，與這個(gè)固定圈等高剪去多余鋁箔，其下端包住杜瓦瓶內(nèi)膽底部.然后再包一層玻璃纖維紙，其上端用尼龍線捆在**、第二固定圈之間的內(nèi)膽壁上，用小釘將玻璃纖維紙與固定圈上小孔相對(duì)應(yīng)處捅穿，再進(jìn)行600-第二層鋁箔安裝.如此進(jìn)行，直到包好第500七固定圈，再套上銅防熱輻射屏，用與內(nèi)膽40000相同方式在其上包上噴鋁滌綸薄膜和玻璃纖維紙，再以前述方式相間包上鋁箔和玻璃纖維紙.全部完成后在*外面包兩層玻璃纖維紙和兩層噴鋁滌綸薄膜即完成多層結(jié)構(gòu)的制作、200100完成上述工作后即可把內(nèi)膽裝人外膽中進(jìn)行夾層的真空處理.一般認(rèn)為夾層的真空好壞對(duì)液氦的蒸發(fā)量有著很大的影p200液氦杜瓦瓶液氦面高度與時(shí)間關(guān)系響。通常都用擴(kuò)散泵對(duì)夾層進(jìn)行長時(shí)間(多達(dá)幾十天)的抽空處理.但我們認(rèn)為由于夾層
中有著大量的玻璃纖維紙，即使經(jīng)過的高真空抽氣，但在停抽后由于其緩慢的放氣，夾層也不會(huì)處于高真空狀態(tài).所以我們對(duì)夾層的真空處理非常簡單.只用普通的機(jī)工抽機(jī)抽五小時(shí)左右，停一天，在內(nèi)膽中裝人熱開水，再用機(jī)工抽機(jī)抽五小時(shí)左右就可以了.夾
層的真空*靠內(nèi)膽中灌人液氦后活性碳的吸附作用來達(dá)到、以后的實(shí)踐證明、這樣處理夾層真空方法完滿足我們的要求.
圖2是實(shí)測(cè)這個(gè)杜瓦瓶的液氦面高與時(shí)間的關(guān)系，其液氦的平均蒸發(fā)量是180毫升/
圖3是個(gè)用于一般液氦實(shí)驗(yàn)的小型金屬杜瓦瓶.其結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)是：內(nèi)膽口徑為b120mm，高900mm，容積為10升，出厚0.5mm的不銹鋼板卷成圓筒法蘭后氬弧焊成.內(nèi)膽的外底部焊有活性碳槽，內(nèi)裝有用來吸附夾層中剩余氣體的活性碳.外膽由厚2mm的不銹鋼板氬弧焊成，直徑為d200mm，高1000mm.這個(gè)杜瓦瓶的多層結(jié)構(gòu)采用兩，內(nèi)膽屏!_屏2個(gè)銅屏和噴鋁滌綸薄膜組成.屏1是由厚1mm的紫銅板銀焊制成，與內(nèi)膽間隔為5mm，離頂部150mm錫焊在內(nèi)膽上.屏2溫度計(jì)多層材料 由厚50jm的紫銅箔錫焊制成，與內(nèi)膽間隔為15mm，離頂部100mm錫焊在內(nèi)膽上.在屏1和屏2上分別包有25層和35層
外膽噴鋁滌綸薄膜、為了觀測(cè)各屏的溫度變化，如圖3所示，在屏1活性碳槽和屏2上各放有三個(gè)銅-康銅熱電偶溫度計(jì)，在噴鋁滌綸薄膜內(nèi)也放有兩個(gè)鋼-康銅熱電偶溫度計(jì)，外膽與內(nèi)膽法蘭采用錫焊密封.如前所述，多層絕熱結(jié)構(gòu)的熱傳播是復(fù)雜的，是固體傳熱和
輻射傳熱的混合結(jié)果.噴鋁滌綸薄膜包的太緊，層數(shù)太多，則增加了橫向固體傳導(dǎo)漏熱；反之，又增加了輻射漏熱.我們采用了圖3中120杜瓦瓶結(jié)構(gòu)示意圖25層/cm左右的松緊度.此外，由于固體傳熱與溫度差一次方成正比，輻射傳熱和溫度高次方成正比，故對(duì)較外層部份，后者起主要作用.所以我們把噴鋁滌綸薄膜盡量包的內(nèi)松外緊，使在一定的夾層厚度情況下，取A AN-250得**的絕熱效果.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明本杜瓦瓶的蒸發(fā)量為~7170毫升/小時(shí)—230毫升/小吋.夾層中銅屏及多層材料的溫度分布情況如圖4所示，屏1的溫度在輸液氦后逐漸下降到*低溫度(~100K)，又開始升溫。平衡時(shí)約為130K.屏2的溫度分別約為190K，215K，235K，頂?shù)诇夭罡哌_(dá)45K，說明采用50pm的銅箔作屏2太薄了.多層材料中的溫度約為260K，*外中120杜瓦瓶的多層結(jié)構(gòu)的溫度，液氨面高度與時(shí)間的關(guān)系層的溫度是室溫.在本實(shí)驗(yàn)中，內(nèi)膽上部加有一個(gè)直徑為p110mm，高為100mm的塑料塞子.以后的實(shí)驗(yàn)表明，如再增加一個(gè)塞子，可使屏2的各點(diǎn)溫度下降約15K.除上述杜瓦瓶外，我們還按照?qǐng)D1杜瓦瓶的多層結(jié)構(gòu)方式制作了口徑為dl20mm，中150mm的金屬實(shí)驗(yàn)液氦杜瓦瓶.中120的杜瓦瓶內(nèi)膽由壁厚為0.3mm的不銹鋼板卷繞氬弧焊成，長900mm，容積為上面5個(gè)的間距為32mm，下面5個(gè)的間隔為4010升.在其上部錫焊有固定圈10個(gè).mm.考慮到這個(gè)杜瓦瓶較短，放在多層結(jié)構(gòu)中未加防熱輻射銅屏.實(shí)驗(yàn)證明這并不增加預(yù)冷時(shí)間.測(cè)量結(jié)果，這個(gè)杜瓦瓶的平均蒸發(fā)量為100毫升/小時(shí)好一倍.中150的杜瓦瓶是為溫度計(jì)標(biāo)定，比熱測(cè)量這樣--些需要較長工作時(shí)間的實(shí)驗(yàn)而設(shè)計(jì)的。其內(nèi)膽由壁厚0.mm的無縫不銹鋼管制成，長1500mm.在內(nèi)膽上端錫焊有11個(gè)固定圈.固定圈的間距為40mm，第11固定圈離頂部距離為100mm，第七固定圈是為固定銅屏所用，其與第6固定圈的距離為70mm，銅屏由厚0.5mm的銅板卷焊制成，直徑為b200mm，長1290mm，固定在第七固定圈上.外膽由厚2mm的不銹鋼板氬弧焊成，直徑外膽與內(nèi)膽之間也采用法蘭聯(lián)接和真空橡皮圈密封.這個(gè)杜為中290mm，長1640mm，瓦瓶的平均蒸發(fā)量為120毫升/小時(shí)，灌滿一次液氦后可以進(jìn)行四天左右的實(shí)驗(yàn).
三、討論
實(shí)驗(yàn)用金屬液氦杜瓦瓶采用多層結(jié)構(gòu)后，可以不再需要液氮保護(hù).由于其工藝簡單。體積小，重量輕和使用維修方便等優(yōu)點(diǎn)，很值得推廣.在制作和性能測(cè)試中，我們有下面幾點(diǎn)體會(huì).
(1)多層結(jié)構(gòu)有各種不同方式，但以鋁箔和玻璃纖維紙相間組成為**.如內(nèi)膽較長，在多層結(jié)構(gòu)中加一個(gè)銅屏不但可以縮小鋁箔上下溫差，而且可以縮短杜瓦瓶的預(yù)冷時(shí)間.
(2)液氦的蒸發(fā)量與鋁箔的層數(shù)及其上部固定圈的相對(duì)位置有關(guān)，與銅屏的位置也有關(guān)系，而與真空夾層的處理方式關(guān)系不大，所以我們?cè)诿總€(gè)杜瓦瓶安裝好后，僅用普通機(jī)工抽機(jī)抽空后都能得到良好的使用效果.
(3)如在內(nèi)膽的上部放置幾個(gè)厚約100mm，直徑比內(nèi)膽小~10mm的塑料塞子，迫使蒸發(fā)的冷氦氣沿內(nèi)膽壁流動(dòng)，可以更充分地利用氦回氣冷量，減小銅屏溫度，因而降低了液氦的蒸發(fā)量.
(4)在圖3所示杜瓦瓶中，屏1的溫度偏高，如果把屏1的位置降低50一100mm，估計(jì)可達(dá)液氮溫度，可以起到更好的絕熱作用.屏2的頂?shù)撞繙夭罡哌_(dá)~45K，說明用50pm厚的銅箔作屏不能起到良好的傳熱作用，必須適當(dāng)加厚.
(5)我們認(rèn)為在如圖1的液氦杜瓦瓶中，在緊鄰內(nèi)膽處再加上如圖3杜瓦瓶的屏1裝置，可以更好的降低液氦蒸發(fā)量.