离心式冷压缩机设计及液氮低温实验

在大型氦制冷装置中,通过离心式冷压缩机来获得过冷氦和超流氦在国际上已经成为了主流趋势。为了改善EAST系统现有的过冷氦系统,等离子体物理研究所设计了冷压缩机来替代油环泵系统。介绍了离心式冷压缩机的叶轮设计,以及在低温环境下的特殊的绝热结构,并针对自主设计加工的冷压机,在液氮温度下进行了低温测试,获得离心式冷压缩机的喘振曲线。     

低温过冷测试平台冷压缩机性能的测试研究

冷压缩机具有工作温度低、尺寸小、功耗低、便于操控等特点,是大型过冷氦低温系统中的关键设备。对低温过冷测试平台的冷压缩机进行测试,方法为采用两台串联的冷压缩机在低温低压下直接抽吸饱和液氦容器,液氦容器内装有电加热器用以模拟超导磁体的热负荷,并调节氦气蒸发速率。测试表明,冷压缩机的稳定工作参数接近设计值,运行过程中冷压缩机始终保持安全运行,未出现喘振情况,液氦容器温度和压力分别达到3 K、22 kPa,满足设计要求。     

冷压缩机叶顶间隙形态对气动性能的影响

冷压缩机是大冷量超流氦低温系统的关键设备。通过数值计算与实验相结合的方法,探究了低温下氦工质冷压缩机叶顶间隙变化对其性能的影响规律。结果表明:增大间隙导致压缩机压比和效率的降低,两者呈线性关系;相比前缘间隙,尾缘间隙对气动性能影响更大;增大叶顶间隙,机匣面回流区域增大且向流道前缘移动,对质量流量进行补充,喘振点向质量流量降低的方向移动。     

一种低温制冷机用氦压缩机的研究

介绍了低温制冷机系统中氦压缩机的工作原理。通过对一般压机泵的研究,设计了专用的氦压缩机泵,引用了先进的热交换及过滤技术,解决了该类压缩机的滤油问题,延长了其使用寿命,提高了制冷机的可靠性。     

脂润滑混合陶瓷轴承在冷压缩机中的应用分析

目前冷压缩机在超流氦系统中得到广泛应用,作为冷压缩机的关键部件,轴承对冷压缩机的稳定运行至关重要。本文介绍了各类型轴承在冷压缩机上的应用现状,通过对比,阐述了混合陶瓷轴承的特点及在冷压缩机中的应用前景。简要分析了混合陶瓷轴承的脂润滑技术,并以冷压缩机实际工况为参考,进行了不同润滑脂的挥发试验。根据试验结果进行了分析,同时对润滑脂选型、轴承中实际填充量以及对系统的挥发污染进行了计算评估,进一步确证了脂润滑混合陶瓷轴承应用于冷压缩机的可行性。     

快速应对电网闪对EAST低温系统影响研究

EAST氦低温系统是EAST(Experimental Advanced Super-conducting Tokamak)先进超导托卡马克实验装置重要子系统之一;EAST氦低温系统是高能耗能系统,拥有7台氦压缩机(4台低压缩机,3台高压缩机),总功率达到1.4 MW左右,由于EAST实验是连续运行(每次在120天以上),中间不能有停机、停电等事故,否则实验无法正常运行。其供电稳定性是个大问题,对供电系统、变电站的要求都很高;然而在实验期间由于一些非人为因素,还是出现几次"电网闪"跳电事故,低温系统压缩机部分或全部停机、氦透平膨胀机全停、冷却水泵系统全停、真空泵系统全停等事故。若事故处理不当会导致丢气、管道压力过高、液氦容器爆炸、损坏磁体等严重后果。文中给出了EAST实验期间出现电网闪的事故时进行相应处理步骤与一些快速应对的操作经验。     

冷压缩机转子的优化设计

冷压缩机作为液氦/超流氦低温制冷系统的核心部件之一,为了保证其运行的安全性和高效率,冷压缩机转子设计要能同时满足转子运行速度高、隔热效果好的要求,在转子设计时既要考虑转子动力学特性,又要考虑转子隔热效果。基于大型有限元分析软件ANSYS,分析了不同结构下的冷压缩机转子的临界转速,使设计额定转速工作在一阶弯曲临界转速以下,且留有一定裕量;为减小计算复杂程度,采用了热阻分析方法。将动力学仿真和热阻分析综合考虑,结果表明,通过在转子中设计局部中空薄壁结构并选择合适的尺寸,可得到优化的转子结构。     

氧箱冷氦气瓶加注和增压系统仿真计算及分析

冷氦增压系统是低温液体推进系统的关键技术之一。利用仿真软件Sinda/Fluint,对氧箱冷氦增压系统的冷氦气瓶加注过程和系统增压过程进行了基于集总参数法的建模与计算分析。首先,对冷氦气瓶加注过程给出了最优加注流量,并分析了气瓶内温度压力达到稳定所需的时间、冷氦气瓶充气过程瓶内最高温度以及气瓶与周围液氧的传热;其次,针对冷氦增压系统,详细研究了两种气瓶布局条件下,贮箱增压过程中冷氦气瓶温度、压力随时间的变化,以及氧箱内气枕与液氧的温度、压力变化情况;最后,还对增压过程中的氦气流量、传热特性进行了研究。     

离心式冷压机系统超导磁悬浮轴承优化设计

离心式冷压机是大型低温超流氦制冷系统的核心部件,其低温、负压环境以及高速条件使得轴承工作寿命受到挑战。高温超导磁悬浮轴承具有载重大、抗干扰性强、无需主动控制等优点,因此应用潜力巨大。针对磁悬浮力与转子动力学性能的综合考虑,提出了一种优化设计方法和悬浮载重比优化指标,基于ANSYS磁场有限元软件,设计并优化完成一款小型高速超导磁悬浮轴承,悬浮刚度达到5.21×10~5N/m。相关结果表明,通过合理优化,超导磁悬浮轴承具备足够的悬浮刚度,可以满足相关应用需求。     

液体推进剂模拟工质在离心喷嘴内流动特性研究

设计了一种双旋流槽离心式喷嘴,采用高速录像系统,研究了液体推进剂模拟工质在喷口处的雾化角特性。在实验基础上,建市r离心式喷嘴内流的VOF模型,基于FLUENT软件进行了数值模拟,获得了喷嘴内流场密度、速度分布特性。结果表明：喷雾初期喷嘴内存在一个空气核,随后很快消失,雾化角变小并趋于稳定。雾化角计算值与测量值吻合较好。