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CSTPCD 北大核心
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摘要:对一种空气制冷循环流程进行了计算分析,发现透平膨胀机的效率对系统制冷系数影响最大.结合实验数据,对相应的空气制冷机进行了有用能分析,找出了造成有用能损失的主要部件,损失最大发生在增压式透平膨胀机处,其有用能损失占总损失的44.5%,并提出了相应的优化措施....
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CSTPCD 北大核心
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摘要: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....
[博士论文] 耿茂飞
核能科学与工程 中国科学技术大学 2018(学位年度)
摘要:作为现代大型过冷氦低温系统中的核心部件,冷压机综合了深低温领域的材料、传热、量子流体等众多的尖端科技。在国际上,只有极少数的如法液空和林德等低温企业掌握了冷压机技术。随着高能粒子探测器、核聚变装置、超导储能装置和高能加速器等大型科学工程的蓬勃发展,世界各地已经或者正在建设越来越多的大型过冷氦/超流氦低温系统,而掌握冷压机技术是其中的关键。
  目前,我国已经建成了多套过冷氦/超流氦低温系统,然而这些系统获得过冷氦/超流氦的方法仍然是在常温下用压缩机进行减压降温。常温压缩机存在诸多弊端和隐患,主要包括两方面:首先是管路负压,增加了系统真空度要求,否则容易污染重要零部件;其次,常温压缩机的尺寸、功耗和噪音都很大,不利于系统的进一步提升。国内对于过冷氦/超流氦研究尚处于理论阶段,大多集中在对超流氦的物性研究上。为掌握低温减压技术,本文设计、加工和装配了一台离心式冷压机样机,对变工质/工况条件进行了数值模拟,并在液氮温度下进行了低温测试,主要开展的研究工作如下:
  1.本文根据过冷氦系统的需求参数,设计了高效的后弯式叶轮;针对冷压机运行在深低温环境中,而其高速电机在常温环境下工作的情况,设计了一种有效的短距离、大温差的绝热结构,将3.5K-300K的轴向漏热降低到25.86W;同时,由于冷压机工作介质为极易泄漏的深低温氦气,本文设计了迷宫动密封、铟丝密封和空心金属O圈密封等多种特殊密封结构,有效地实现了对于深低温条件下氦气的密封。
  2.在运行环境改变时,为预测偏工况下冷压机的性能参数,并获得冷压机的理论喘振线,本文从理论角度分析了不同质量流量、不同转速下冷压机的性能参数变化情况,并通过冷压机的性能曲线预估了理论喘振线;同时,运用相似原理,预测采用低温氮气为替代工质时冷压机的性能参数。
  3.为验证理论计算的准确性,并进一步分析叶轮内部流体参数分布,本文运用数值模拟的方法,分析在设计工况下冷压机压比、效率及内部温度、压力和速度分布情况。在低温氦气和低温氮气条件下,获得偏工况运行时的性能曲线和喘振线。分析了不同叶项间隙对于冷压机压比、效率和稳定运行范围的影响,并进一步地考虑了温度对于叶顶间隙和冷压机性能的影响。进行冷压机振动模态分析,确定其各阶振动频率,指导冷压机实验运行。同时,采用数值模拟的方法,对冷压机的叶轮进行优化设计,提升叶轮效率并扩大稳定工作范围。
  4.进行了液氮温度下的测试,包括热负荷测试、喘振线测量、变工况性能曲线测量和不同叶顶间隙性能实验,并与前期的理论计算和数值模拟的结果进行对比,实验结果很好地验证了前文的结论。根据相似换算和液氮实验的结果,可以预测当冷压机在低温氦气工质下运行时,可获得3.5K的过冷氦,多变效率达到71%,满足设计需求,相似换算和液氮实验结果与设计需求的误差在4%以内。
摘要:在900W/4.5K 制冷系统中,通过冷压机抽吸饱和液氦池的蒸发氦气,获得过冷氦.对于设计冷量为200W@3.5K的冷压机,考虑到系统工况的稳定性,采用稳定性更好的双螺杆冷压机而非传统的离心式冷压机.本文计算了冷压机的热力学参数,并通过MATLAB 编程,获得在高转速条件下,转子端面的质心位于旋转中心轴的真空螺杆型线,避免了转子的不平衡振动.
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