本發(fā)明屬于核能利用技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種氦壓調(diào)諧器。

背景技術(shù)：

核能作為當(dāng)今社會非常重要的能源，相對于煤，石油，天然氣，因其清潔的生產(chǎn)方式、高效的能量轉(zhuǎn)化而被各個國家廣泛運用。如核電站通過核裂變的技術(shù)手段得到大量熱能，通過動力裝置將熱能轉(zhuǎn)化為電能。這一過程中，不會產(chǎn)生火力發(fā)電廠所產(chǎn)生的大量廢氣和可吸入顆粒排放，但是核廢料的處理成為一個巨大的難題。國際上現(xiàn)有“開環(huán)”和“閉式”兩種核原料循環(huán)模式，在開環(huán)模式中，核乏料在經(jīng)過冷卻和封裝后直接深埋于地層深處，這種方式需要在地層中存放上萬年的時間才可以基本消除對環(huán)境的影響?！伴]式”循環(huán)則是將核乏料通過后處理再次制作成核燃料。近年來，在閉式循環(huán)的后處理基礎(chǔ)上，進(jìn)一步的采用嬗變反應(yīng)將長壽命、高放射的核元素轉(zhuǎn)化為中短壽命、低放射的核素。該方法利用高速粒子撞擊核廢料，使其發(fā)生裂變。這樣做的好處是，核廢料進(jìn)一步裂變，可以充分利用核燃料，產(chǎn)生更多的能量，同時，裂變之后，半衰期大大降低。

通常嬗變裝置采用半波長諧振型超導(dǎo)腔，用以加速的射頻四級場在運行過程中外界因素比如氦壓波動、洛倫茲力作用會使高頻腔體諧振頻率和功率源頻率有偏差，從而導(dǎo)致功率饋送效率的下降和束流品質(zhì)的變化。為了使高頻腔能在設(shè)計的頻率范圍內(nèi)正常工作，不僅需要精確的加工和調(diào)整，使其諧振在選定的中心頻率上，還要設(shè)計一套調(diào)諧裝置，與控制環(huán)路一起構(gòu)成反饋自動調(diào)諧系統(tǒng)，來消除溫度變化，外部噪聲，洛倫茲力以及腔與功率源之間耦合變化對腔造成的頻率漂移。因此，及時的調(diào)諧對質(zhì)子能否被加速起著至關(guān)重要的作用。

目前機械調(diào)諧是一種廣泛運用的調(diào)諧方式，這種調(diào)諧方式技術(shù)相對成熟，可以有效的通過機械傳動裝置收到的控制信號，對調(diào)諧器施加相應(yīng)的壓力，改變腔體的體積大小，進(jìn)而調(diào)節(jié)腔體頻率。但是這種方法在調(diào)控過程中，機械傳動機構(gòu)本身的震動會對腔體的頻率信號造成一定的干擾，此外，由于機械機構(gòu)本身的缺陷，當(dāng)一個控制信號發(fā)送給傳動裝置之后，機械機構(gòu)不能快速的做出相應(yīng)的調(diào)整，特別是對微小的外界噪音，機械機構(gòu)的反應(yīng)并不敏感，這樣極大降低了每次反饋的速度，使得整個控制系統(tǒng)循環(huán)的周期很長，當(dāng)外界干擾變化較快時，無法做出及時的調(diào)整以適應(yīng)外界干擾對腔體頻率的影響。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是：提供一種精密的氦壓調(diào)諧器氣壓調(diào)節(jié)裝置及方法，當(dāng)超導(dǎo)腔的頻率偏離中心頻率時，能夠迅速、準(zhǔn)確的把腔體的頻率調(diào)節(jié)到中心頻率附近，最終相對誤差不超過0.03％。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種氦壓調(diào)諧器壓力精密控制裝置，它包括：緩沖罐、穩(wěn)壓罐、集氣罐以及氦壓調(diào)諧器；

緩沖罐的輸入端設(shè)有第一電磁隔斷閥，第一電磁隔斷閥通過不銹鋼管路依次連接有第一壓力傳感器，第一減壓閥；緩沖罐上設(shè)有用于監(jiān)控其內(nèi)氦氣壓力的第二壓力傳感器以及用于控制其內(nèi)氦氣壓力范圍的第一自動排氣閥；緩沖罐輸出端設(shè)有第二電磁隔斷閥；

穩(wěn)壓罐上設(shè)有用于監(jiān)測其內(nèi)氦氣壓力、溫度的第三壓力傳感器和溫度傳感器；穩(wěn)壓罐與第二電磁隔斷閥之間并聯(lián)接有第一高精度質(zhì)量流量控制器和第一電磁調(diào)節(jié)閥；當(dāng)超導(dǎo)腔的頻率偏離中心頻率時，第一電磁調(diào)節(jié)閥用于供氣量的粗調(diào)節(jié)，第一高精度質(zhì)量流量控制器用于供氣量的精調(diào)節(jié)；

集氣罐上設(shè)有用于監(jiān)測其內(nèi)部壓力的第四壓力傳感器以及用于集氣罐緊急或臨時排氣的第二自動排氣閥；集氣罐與穩(wěn)壓罐之間并聯(lián)接有第二高精度質(zhì)量流量控制器以及第二電磁調(diào)節(jié)閥；第二高精度質(zhì)量流量控制器以恒定流量向集氣罐內(nèi)排入氦氣，第二電磁調(diào)節(jié)閥用于檢修時排氣以及開機運行初始化；集氣罐與緩沖罐之間串接有第三電磁隔斷閥以及壓縮機；

氦壓調(diào)諧器接入穩(wěn)壓罐，通過對穩(wěn)壓罐內(nèi)壓力的精確控制實現(xiàn)對超導(dǎo)腔頻率的精確控制；

第一減壓閥，第一壓力傳感器和第一電磁隔斷閥組成減壓補氣系統(tǒng)；

緩沖罐，第二壓力傳感器，第一自動排氣閥和第二電磁隔斷閥組成緩沖系統(tǒng)；

第一高精度質(zhì)量流量控制器和第一電磁調(diào)節(jié)閥組成調(diào)節(jié)系統(tǒng)；

穩(wěn)壓罐，第三壓力傳感器和溫度傳感器組成穩(wěn)壓系統(tǒng)；

集氣罐，第二高精度質(zhì)量流量控制器，第二電磁調(diào)節(jié)閥，第四壓力傳感器，第二自動排氣閥，第三電磁隔斷閥和壓縮機組成集氣系統(tǒng)。

本發(fā)明的另一個技術(shù)方案是：一種氦壓調(diào)諧器壓力精密控制方法，它使用如上所述的氦壓調(diào)諧器壓力精密控制裝置，并包括以下步驟：

A.氦壓調(diào)諧器壓力精密控制裝置開機后開始初始化過程，即：根據(jù)緩沖罐、穩(wěn)壓罐、集氣罐內(nèi)的壓力狀況，通過控制第一電磁隔斷閥、第一自動排氣閥、第二電磁隔斷閥、第一電磁調(diào)節(jié)閥、第二電磁調(diào)節(jié)閥、第二自動排氣閥的開斷以達(dá)到各個罐體內(nèi)的壓力初始值；

B.初始化完成2S后，氦壓調(diào)諧器壓力精密控制裝置自動進(jìn)入運行狀態(tài)，實時監(jiān)控超導(dǎo)腔反饋的頻率值F1并與腔體內(nèi)的功率源頻率F2進(jìn)行比較，當(dāng)F1高于F2時，判斷F1-F2的差值，當(dāng)F1-F2＞1000Hz時，開啟第一電磁調(diào)節(jié)閥進(jìn)行粗調(diào)節(jié)，直到F1-F2＜400Hz時，斷開第一電磁調(diào)節(jié)閥，開啟第一高精度質(zhì)量流量控制器進(jìn)行精調(diào)節(jié)，最終使-20≤F1-F2≥20Hz；

C.第二高精度質(zhì)量流量控制器以恒定流速300SLM向集氣罐排氣，當(dāng)F2-F1＞1000Hz時，開啟第二電磁調(diào)節(jié)閥，直至-400≤F2-F1≤400Hz時關(guān)閉第二電磁調(diào)節(jié)閥，恢復(fù)第二高精度質(zhì)量流量控制器的流量；

D.當(dāng)集氣罐內(nèi)的壓力P3與穩(wěn)壓罐內(nèi)的壓力P1差值大于0.15MPa時，開啟壓縮機向緩沖罐內(nèi)充氣，直至P3下降到0.05Ma；

E.氦壓調(diào)諧器壓力精密控制裝置檢修時，通過打開第一自動排氣閥、第二電磁調(diào)節(jié)閥、第二自動排氣閥進(jìn)行放氣，直至各罐體內(nèi)的壓力恢復(fù)至大氣壓。

有益效果：本發(fā)明通過精確控制穩(wěn)壓罐內(nèi)的壓力實現(xiàn)了對氦壓調(diào)諧器位移量的精確、快速閉環(huán)控制，從而把腔體的頻率調(diào)節(jié)到中心頻率附近，最終相對誤差不超過0.03％。

附圖說明

圖1為本發(fā)明原理框圖。

具體實施方式

實施例1，參見附圖，一種氦壓調(diào)諧器壓力精密控制裝置，它包括：減壓補氣系統(tǒng)，緩沖系統(tǒng)，調(diào)節(jié)系統(tǒng)，穩(wěn)壓系統(tǒng)以及集氣系統(tǒng)；

減壓補氣系統(tǒng)包括：通過不銹鋼管路依次連接的第一減壓閥1，第一壓力傳感器2以及第一電磁隔斷閥3；

緩沖系統(tǒng)包括：連接第一電磁隔斷閥3的緩沖罐20，監(jiān)控緩沖罐20內(nèi)氦氣壓力的第二壓力傳感器4，控制緩沖罐20內(nèi)氦氣壓力范圍的第一自動排氣閥5，連接在緩沖罐20輸出端的第二電磁隔斷閥6；

調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括：在第二電磁隔斷閥6與穩(wěn)壓系統(tǒng)之間并聯(lián)的第一高精度質(zhì)量流量控制器7和第一電磁調(diào)節(jié)閥8，當(dāng)超導(dǎo)腔的頻率偏離中心頻率時，第一電磁調(diào)節(jié)閥8用于供氣量的粗調(diào)節(jié)，第一高精度質(zhì)量流量控制器7用于供氣量的精調(diào)節(jié)；

穩(wěn)壓系統(tǒng)包括：連接在調(diào)節(jié)系統(tǒng)輸出端的穩(wěn)壓罐21，用于監(jiān)測穩(wěn)壓罐21內(nèi)氦氣壓力、溫度的第三壓力傳感器10和溫度傳感器9；穩(wěn)壓罐21連接氦壓調(diào)諧器23，氦壓調(diào)諧器23安裝在超導(dǎo)腔上，通過對穩(wěn)壓罐21內(nèi)壓力的精確控制實現(xiàn)對氦壓調(diào)諧器23壓力的精確控制，從而達(dá)到了對腔體中心頻率的精密調(diào)節(jié)，即穩(wěn)壓罐21內(nèi)壓力作用在氦壓調(diào)諧器23上后改變了氦壓調(diào)諧器23的伸縮量，氦壓調(diào)諧器23通過擠壓的方式使超導(dǎo)腔腔體發(fā)生形變，從而改變了腔體的頻率；

集氣系統(tǒng)包括：集氣罐22，連接穩(wěn)壓罐21與集氣罐22以恒定流量向集氣罐22內(nèi)排入氦氣的第二高精度質(zhì)量流量控制器12，與第二高精度質(zhì)量流量控制器12相并聯(lián)用于檢修時排氣以及開機運行初始化的第二電磁調(diào)節(jié)閥11，監(jiān)測集氣罐22內(nèi)部壓力的第四壓力傳感器14，用于集氣罐22緊急或臨時排氣的第二自動排氣閥13，串接在集氣罐22與緩沖罐20之間的第三電磁隔斷閥15和壓縮機16。

上述方案中：緩沖罐20為316L不銹鋼制作的圓柱罐體，體積為25L；穩(wěn)壓罐21為316L不銹鋼制作的圓柱罐體，體積為15L。

實施例2，一種氦壓調(diào)諧器壓力精密控制方法,它使用如實施例1所述的氦壓調(diào)諧器壓力精密控制裝置，并包括以下步驟：

A.氦壓調(diào)諧器壓力精密控制裝置開機后開始初始化過程，即：根據(jù)緩沖罐20、穩(wěn)壓罐21、集氣罐22內(nèi)的壓力狀況，通過控制第一電磁隔斷閥3、第一自動排氣閥5、第二電磁隔斷閥6、第一電磁調(diào)節(jié)閥8、第二電磁調(diào)節(jié)閥11、第二自動排氣閥13的開斷以達(dá)到各個罐體內(nèi)的壓力初始值；

B.初始化完成2S后，氦壓調(diào)諧器壓力精密控制裝置自動進(jìn)入運行狀態(tài)，實時監(jiān)控超導(dǎo)腔的頻率反饋值F1，并與超導(dǎo)腔體內(nèi)的功率源頻值F2進(jìn)行比較，當(dāng)F1高于F2時，判斷F1-F2的差值，當(dāng)F1-F2＞1000Hz時，開啟第一電磁調(diào)節(jié)閥8進(jìn)行粗調(diào)節(jié)，直到F1-F2＜400Hz時，斷開第一電磁調(diào)節(jié)閥8，開啟第一高精度質(zhì)量流量控制器7進(jìn)行精調(diào)節(jié)，最終使-20≤F1-F2≥20Hz；

C.第二高精度質(zhì)量流量控制器12以恒定流速300SLM向集氣罐22排氣，當(dāng)F2-F1＞1000Hz時，開啟第二電磁調(diào)節(jié)閥11，直至-400≤F2-F1≥400Hz時關(guān)閉第二電磁調(diào)節(jié)閥11，恢復(fù)第二高精度質(zhì)量流量控制器12的流量；

D.當(dāng)集氣罐22內(nèi)的壓力P3與穩(wěn)壓罐21內(nèi)的壓力P1差值大于0.15MPa時，開啟壓縮機16向緩沖罐20內(nèi)充氣，直至P3下降到0.05Ma；

E.氦壓調(diào)諧器壓力精密控制裝置檢修時，通過打開第一自動排氣閥5、第二電磁調(diào)節(jié)閥11、第二自動排氣閥13進(jìn)行放氣，直至各罐體內(nèi)的壓力恢復(fù)至大氣壓。