Mikromagnetische Zahnradpumpen unterstützen PandaX im China Jinping Underground Laboratory

Kürzlich veröffentlichte die renommierte internationale Fachzeitschrift für Kältetechnik, International Journal of Refrigeration, einen Artikel mit dem Titel „Thermal Management Design and Key Technology Validation for PandaX Underground Experiment“. Der Artikel widmet sich ausführlich der Darstellung der entscheidenden Rolle, die Mikrozahnradpumpen im Kühlsystem des Versuchsaufbaus spielen , und würdigt die technische Unterstützung durch den Pumpenlieferanten.

Im Abschnitt Danksagungen bedanken sich die Autoren ausdrücklich für die technische Unterstützung von Qiangxing Lin von Shanghai Super Fluid Industrial Co., Ltd.

Auf der Reise zur Erforschung der Geheimnisse des Universums ist das China Jinping Underground Laboratory PandaX (PandaX-Projekt) ein landesweites großes Wissenschaftsprojekt, das sich der Entdeckung dunkler Materie und der Neutrinoforschung widmet und den Höhepunkt der Bemühungen Chinas in der Grundlagenphysik darstellt. Suofu stützte sich auf die außergewöhnliche Leistung seines Kernprodukts – der mikromagnetischen Zahnradpumpen der NP-Serie – und beteiligte sich erfolgreich an diesem Projekt, indem es wichtige technische Unterstützung für das Kühlsystem der Versuchsapparatur leistete und so zu Durchbrüchen an der wissenschaftlichen Grenze beitrug.

1. Sino National Scientific Project: Die Mission und Bedeutung von PandaX

Das PandaX-Experiment ist ein führendes chinesisches Projekt zur Entdeckung dunkler Materie im tiefsten Untergrund der Welt und befindet sich im tiefsten Jinping Underground Laboratory (CJPL). Ziel ist es, mithilfe hochempfindlicher Flüssig-Xenon-Detektoren Signale von Teilchen der Dunklen Materie zu erfassen. Dieses Projekt, eine Zusammenarbeit zwischen Top-Institutionen wie der Tsinghua-Universität und der Shanghai Jiao Tong-Universität, ist als nationale bedeutende Infrastruktur für Wissenschaft und Technologie aufgeführt. Seine Forschungsergebnisse sind von bahnbrechender Bedeutung für die Teilchenphysik und Kosmologie.

• Internationales Standardexperiment: Das Experiment erfordert einen stabilen Betrieb des Detektors in einer Umgebung mit extrem niedrigen Temperaturen von 178 ± 0,1 K. Die Zuverlässigkeit und Präzision des Kühlsystems stehen in direktem Zusammenhang mit der Genauigkeit der Erkennungsdaten.

• Technische Herausforderungen: Prozesse wie die Reinigung von flüssigem Xenon und die kryogene Temperaturregelung müssen strenge Bedingungen erfüllen, darunter extrem niedrige Temperaturen, hohe Sauberkeitsanforderungen und einen leckagefreien Betrieb.

  

2. Suofu-Technologie: Erleichterung des Fortschritts des PandaX-Experiments

Im Kühlsystem des PandaX-Experiments wurden die mikromagnetischen Zahnradpumpen der NP-Serie von Suofu als Kernausrüstung für den Kühlmittelzirkulationsantrieb ausgewählt . Ihre technischen Eigenschaften entsprechen perfekt den hohen Standardanforderungen eines Projekts auf nationaler Ebene:

Abbildung 1: Standortdiagramm der Zahnradpumpe

1. Leckfreies Design, Gewährleistung der experimentellen Sicherheit

   Durch die Verwendung einer Magnetkupplung und eines vollständig geschweißten Pumpenkörpers wird das Risiko eines Kühlmittelaustritts (z. B. Ethanol) vollständig eliminiert und erfüllt die extremen Sicherheitsanforderungen für Geräte in einem unterirdischen Labor. Es vermeidet die mit herkömmlichen Gleitringdichtungspumpen verbundenen Verschleißprobleme, gewährleistet einen langfristigen wartungsfreien Betrieb und verringert das Risiko einer Versuchsunterbrechung.

2. Extrem niedrige Temperaturtoleranz, die einen stabilen Versuchsverlauf gewährleistet

   Es kann in einem weiten Temperaturbereich von -120 °C bis 150 °C betrieben werden (kundenspezifische Modelle Suofu-Mikromagnetzahnradpumpen NP1700, NP900 ) und kommt der Umgebung mit extrem niedrigen Temperaturen ( -120 °C ), die beim Reinigungsprozess von flüssigem Xenon auftritt, stabil zurecht.

3. Hochpräzise Durchflussregelung, die strenge experimentelle Anforderungen erfüllt

   Mikrokanal-Wärmetauscher erfordern einen Druck von 3–6 bar. Die Zahnradpumpen der NP-Serie sorgen auch unter diesem Druck für einen stabilen Durchfluss . Die Präzision der Durchflussregelung von Suofu-Zahnradpumpen erreicht 0,1 %. In Kombination mit der Drehzahlregelung des Servomotors werden die hohen Anforderungen des Kühlsystems hinsichtlich Durchflussschwankungen genau erfüllt. (Zum Vergleich: Bei konstanter Drehzahl und einer Druckschwankung von 0,5 bar beträgt die Durchflussschwankung einer Kreiselpumpe etwa 40 %, während bei einer Suofu-Mikrozahnradpumpe bei einer Druckschwankung von 4 bar die Durchflussschwankung nur 5 % beträgt.)

4. Hochdruckleistung zur Verbesserung der Kühleffizienz von Geräten

   Das Ethanol-Kühlmittel erfährt in einem hochturbulenten Zustand aufgrund unebener Rohrwände und Querschnittsänderungen eine deutlich verbesserte Wärmeaustauscheffizienz. Gleichzeitig können Hochgeschwindigkeitsturbulenzen die Ablagerung fester Mikrokristalle verhindern. Diese Konstruktion erhöht jedoch den Strömungswiderstand und macht den Einsatz einer Hochdruck-Umwälzpumpe erforderlich. Suofu-Zahnradpumpen bieten einen Ausgangsdruck von 2 MPa ( 20 kg ) und einen Saugdruck von 0,09 MPa und arbeiten auch bei niedrigen Temperaturen stabil. Durch die Platzierung der Pumpe vor dem Verdampfer wird der Einfluss des Strömungswiderstands auf das System verringert und die Wärmeentwicklung des Pumpenkörpers, die das Kühlmittel beeinträchtigt, wird minimiert, wodurch eine effiziente Kühlleistung des ACR in Umgebungen mit extrem niedrigen Temperaturen gewährleistet wird.

5. Präzise Steuerung, Gewährleistung einer genauen Systemtemperaturregelung

   Wenn der PandaX-Detektor und die Destillationskolonne konstant bei 178 K betrieben werden, ist der Kühlleistungsbedarf nicht hoch. Allerdings sind die Anforderungen an die Temperaturstabilität streng, mit zulässigen Fehlern von ±0,1 K oder sogar ±0,01 K. Die „Heizlast A“ in der Abbildung unten ( Abbildung 2 ) kann direkt an das zentrale Kühlsystem angeschlossen werden . Das Design basiert auf einem präzisionstemperaturgeregelten Kaltkopf mit ACR, bei dem das Niedertemperatur-Kühlmittel als primäre Kühlquelle dient. Die Zahnradpumpe ermöglicht aufgrund ihrer speziellen Pumpenkörperstruktur eine präzise Steuerung der Durchflussgenauigkeit und gewährleistet so eine genaue Temperaturregelung des Systems.

Abbildung 2: Wärmelastanschluss des zentralen Kühlsystems

6. Maßgeschneiderter Service, der komplexe Anforderungen erfüllt

   Gemäß dem Layout des PandaX-Experiments lieferte Suofu sowohl Servo- als auch bürstenlose DC-Motorantriebslösungen und passte sich an beengte Platzverhältnisse und spezielle Stromversorgungsumgebungen an.

3. Suofu: Mit modernster Technologie der nationalen Strategie dienen

Die mikromagnetischen Zahnradpumpen der NP-Serie von Suofu werden bereits häufig in der Luft- und Raumfahrt, der Halbleiterindustrie, der Medizin, der Landwirtschaft, der Kältetechnik und anderen Bereichen eingesetzt. Ihre Teilnahme am PandaX-Projekt bestätigt einmal mehr ihre Technologieführerschaft.

„Wir sind uns zutiefst bewusst, dass die Zuverlässigkeitsanforderungen an Komponenten in nationalen wissenschaftlichen Großprojekten streng sind. Suofu verfeinert jedes Detail mit handwerklichem Geist und trägt so dazu bei, dass Chinas wissenschaftliche Grundlagenforschung an die Grenzen der Welt vordringt.“

— Lin Qiangxing, General Manager von Suofu

Vom Labor bis zum riesigen Kosmos sichert Suofu die nationale wissenschaftliche Erforschung mit innovativer Technologie. In Zukunft werden wir uns noch tiefer mit dem Bereich der Mikropumpen befassen und „Intelligent Made in China“-Lösungen für anspruchsvollere wissenschaftliche Forschung und industrielle Szenarien anbieten!

(Hinweis: Die technischen Parameter in diesem Artikel stammen aus dem öffentlich zugänglichen Papier „Thermal Management Design and Key Technology Validation for PandaX Underground Experiment“ und den Produkttestdaten von Suofu.)

Shanghai Super Fluid Co., Ltd.

Shanghai Super Fluid Co., Ltd. (Suofu) verfügt über ein F&E- und Vertriebszentrum in Shanghai (Shanghai Suofu) und eine Produktionsbasis in Sanming City, Provinz Fujian (Sanming Suofu). Mit einem eigenen F&E-Team und einer unabhängigen Produktionsfabrik verfügt das Unternehmen über eine Gesamtfläche von 2000 qm, darunter eine 1600 qm große Produktionswerkstatt und ein 200 qm großes Lager. SUOFU baut ein neues Werk mit einer Fläche von 19 Acres und einer Gebäudefläche von 20.000 Quadratmetern . Sanming Suofu ist als nationales High-Tech-Unternehmen und als spezialisiertes, raffiniertes, unverwechselbares und innovatives Unternehmen (SRDI) anerkannt . Das im Fujian Zhongguancun Science Park ansässige Unternehmen hat den zweiten Preis beim Fujian Innovation and Entrepreneurship Competition gewonnen und ist ins nationale Finale eingezogen.

Das Unternehmen hält 29 Patente und hat an 25 Forschungs- und Entwicklungsprojekten auf nationaler und provinzieller Ebene teilgenommen.

Vorteile des Suofu-Produkts:

• Spezielles Zahnradprofildesign: Das proprietäre Zahnradprofildesign sorgt für hervorragende Verschleißfestigkeit und einen nahezu reinen Wälzzahneingriff.

• Spezielles Hohlraumprofildesign: Passt sich den Betriebsbedingungen mit weitreichenden Ausgangsdruckschwankungen an und funktioniert gut bei niedrigem Druck, hohem Druck oder kurzzeitiger Umkehrung.

• Pulsationsfreier Ausgangsdruck: Hochpräzise Teilebearbeitung und strukturelles Design sorgen für eine reibungslose Flüssigkeitsabgabe.

• One-Shot-Spritzguss-Zahnräder: Die Arbeitszahnflächen der Zahnräder werden im hochpräzisen One-Shot-Spritzgussverfahren ohne anschließende mechanische Bearbeitung hergestellt, wodurch die Integrität der Zahnrad-Arbeitsflächen gewährleistet wird.

• Hochpräzise Keramikwelle: Hochpräzise Keramikwellen bieten außergewöhnliche Verschleißfestigkeit und Steifigkeit und gewährleisten einen zuverlässigen Pumpenbetrieb unter abrasiven Flüssigkeits- und Hochdruckbedingungen.

• Langfristig selbstansaugend im Trockenlauf: Bei Anwendungen, bei denen das Einlassvakuum der Pumpe das Medium ansaugen muss, bieten die Produkte der NP-Serie zuverlässige Leistung.

• Mehrere Motoroptionen verfügbar: Zu den Optionen gehören explosionsgeschützte AC-Motoren, AC-Motoren mit variabler Frequenz, einphasige/dreiphasige AC-Motoren, DC-Bürstenmotoren, DC-Bürstenmotoren, bürstenlose DC-Motoren mit integriertem Treiber sowie abgeschirmte bürstenlose DC-Motoren mit integriertem Treiber.

  

#Originalerklärung: Dieser Artikel ist ein Original von Shanghai Super Fluid Co., Ltd. Bitte geben Sie beim Nachdruck die Quelle an. Wir behalten uns alle Rechte vor.