全国产化250W@4.5K低温制冷机研制成功

正液氦温区大型低温制冷系统是指制冷温度在4.5K温区范围,制冷量几百乃至万瓦以上,集流程优化与控制技术、气体轴承透平膨胀机技术、氦压缩机及高效滤油技术、复杂低温系统的集成调控技术为一体的低温制冷系统,可为国家航空航天、大科学装置等高科技领域提供重要的战略支撑。在国家财政部重大科研装备研制项目"液氦到超流氦温区大型低温制冷系统研制"的支持下,中科院理化所自2015年开始研制250W@4.5K低温制冷机,2016年进入关键设备全面研制及     

液氦温区小型节流制冷机发展现状及趋势

随着国际空间与地面制冷技术的不断发展,对液氦温区甚至超流氦温区的冷环境需求场合越来越广.针对目前国外在深低温超小型节流制冷器方面的研究已经开展并取得可观成果,介绍了有关J-T节流的原理、J-T节流制冷机的结构等有关知识,概述了当前国外10 K以下温区J-T节流制冷机的应用情况,对液氦温区J-T节流制冷机的发展前景进行了...     

200 W@4.5 K氦制冷机自动控制系统的设计与实现

聚变技术综合研究设施（CRAFT）低温系统计划建造4座氦制冷机,200 W@4.5 K氦制冷机作为其中之一将用于为超导材料性能研究平台提供测试条件。通过对工艺流程的分析,明确了200 W@4.5 K氦制冷机液化模式的控制流程。基于CODAC进行了氦制冷机控制系统的设计与开发,阐述了具体的网络架构和软件设计,以及液化模式下的压缩机自动控制流程和控制回路的设计与实现。运行结果表明,所设计的自动控制程序能够有效完成压缩机启动过程中的增载和压力控制。     

EAST超导托卡马克热负荷波动对低温系统液氦槽的影响

EAST超导托卡马克的纵场和极向场磁体均采用NbTi超导材料,由3.8 K超临界氦冷却.在托卡马克实验运行时,极向场的放电脉冲和等离子体破裂产生的交流损耗带来的热负荷增加,经过超临界氦流带到低温系统控制阀箱内的液氦槽和过冷槽,造成槽内的液氦蒸发量增加.蒸发的氦回到制冷机中,从而影响制冷机的稳定运行.通过对实际超临界管道和液氦槽、过冷槽中换热过程建立换热模型,进行热工分析,分析液氦槽和过冷槽中的压力等参数的变化,指导低温系统的设计.     

大型超流氦低温系统中冷压缩机叶轮的设计和优化

随着超导加速器建设规模的扩大,为其提供低温环境的超流氦系统得到了广泛应用。国际上各大加速器实验室的大型超流氦系统大都使用冷压缩机作为负压低温氦气的增压设备,叶轮是冷压缩机的关键部件。采用CFturbo软件对叶轮进行设计计算,得到了冷压缩机叶轮的参数和三维模型。采用CFD软件对设计的叶轮性能进行模拟仿真,分析模拟结果及流场分布规律,探究叶轮性能随结构参数的变化关系,从而对叶轮进行优化。优化得到的叶轮模型仿真结果较好,叶轮性能满足设计要求。     

用于超导电缆系统的新型氦制冷机

目前超导电力输送电缆的研制方案需要在4.5K~14K范围内操作的低温制冷机,该温度范围只能利用氦作为最后制冷剂而获得。这种氦制冷机应用对投资、外形尺寸、运转可靠性及运转费用在经济性方面影响很大。由于氦的分子量比较小,目前氦制冷机设计的技术水平取决于采用费用大、易于维修的大型高效往复式压缩机,还是采用效率较低的紧凑的喷油螺杆压缩机。     

2 kW/4 K氦制冷机制冷循环的优化计算

HT- 7U超导托卡马克的纵场磁体和极向场磁体均采用 3.8K超临界氦迫流冷却。其低温系统氦制冷机在 4K温区的基本设计容量为 10 5 0 W/3.5 K 2 0 0 W/4 .4K 13g/s· L He。给出了氦制冷机的基本流程 ,对其制冷循环进行了热力学分析 ,得到了影响制冷循环的关键独立参数。并以 2台串联透平膨胀机的排气温度为独立变量对氦制冷循环进行了优化 ,得到了氦制冷循环设计的最优参数值及它们对所需压缩机流量的影响     

空间低温工程技术

综述国际上特别是美国的空间低温工程技术的最新技术进展，重点分析了超流氦，斯特林制冷机及脉管制冷机在空间中的应用现状及前景。     

过冷态超流氦恒温器的热力学分析

对过冷态超流氦恒温器的热力学过程进行分析,考察了不同的设计温度和J-T换热器热效率下恒温器的制冷性能,得到了理论制冷量的变化曲线.结果表明,理论制冷量与设计温度和J-T换热器的热效率密切相关.计算发现,160 L液氦在2W制冷量下从4.2K降至1.8K大约需要24 h.     

使用吸附式制冷机实现大型低温系统氦压缩机节能的研究

采用喷油氦螺杆压缩机高压级润滑油废热驱动硅胶一水吸附式制冷机制取冷量.同时利用液氮槽排出的低温氮气冷却高压级压缩机吸、排气的方法可以显著降低压缩机的功耗.以EAST超导托卡马克可控核聚变装置低温系统为例,理论计算证明润滑油的废热完全可以驱动吸附式制冷机正常工作;采用吸附式制冷机+低温氮气冷却吸、排气后氦压缩机能耗可以减少9.7%.     

空间红外天文观测中低温制冷系统分析

基于红外天文卫星中探测器组件和光学部分极低工作温度的需求,结合近来发射的2颗卫星(SIRTF和ASTRO-F),分析了红外天文卫星中的低温系统,给出了总体制冷方案和低温系统有效载荷示意框图,通过三级复合制冷方式,最大程度地降低超流氦用量,延长卫星工作寿命.针对超流氦制冷在空间应用时的特殊性,阐述了气液相分离、质量监测、...     

低温节流阀的设计与计算

针对某超流氦系统所需要的低温节流阀,设计并加工了几种不同结构形式和尺寸的阀针.运用数值模拟方法分析了节流阀的流量特性,并运用实验的手段测量了其流量系数与阀门开度之间的关系.最终确定了一个适合该超流氦系统的较为理想的节流阀.     

ADS 2K低温系统超流氦换热特性研究

以ADS 2K低温系统为研究平台,分析了恒温器结构参数中上升管与峰值热量的关系,测量了超导腔液氦池中不同工作温度下的超流氦峰值热量,最后给出了恒温器上升管的设计方法,并验证了ADS低温恒温器上升管设计的合理性。     

氦低温系统螺杆压缩机组运行分析及节能优化

主要分析了EAST全超导托卡马克可控核聚变装置低温系统的喷油螺杆压缩机组,对其运行状况做了一些分析研究,并分析导致压机等温效率偏低的原因;最后提出一些节能优化措施,改善螺杆压缩机组的运行状况.     

低温氦气体轴承透平膨胀机的设计

针对我国氦透平膨胀机的研制任务，设计了一台氦气体轴承透平膨胀机。从机械性能方面就该氦透平膨胀机开展了理论与试验研究，以高稳定性为主要目标进行了氦透平膨胀机的结构设计，实现了绝热及密封、快速装拆等要求。氦透平常温、低温实验证明该机具有良好的热力性能及机械性能，本文侧重于对该氦透平膨胀机结构设计的探讨。     

Visualization techniques applied to thermo-fluid phenomena in cryogenic fluids

A variation of visualization techniques such as Shadowgraph, Schlieren and holographic interferometry, has been so far applied to visualize thermo-fluid phenomena in cryogenic fluids, superfluid helium (He II) and supercritical nitrogen, by some researchers. This paper is a review of these visualization techniques used in cryogenic fluids as well as an introduction of visualization techniques.     

BEPC-Ⅱ低温系统的氦气净化技术

氦气净化技术是国家大科学工程北京正负电子对撞机重大改造(BEPC-Ⅱ)中低温系统的关键技术之一.在充分调研国内外大型低温系统氦气净化技术的基础上,结合自身情况,创造性提出氦气储罐内部处理及真空置换方案,一次性充入氦气,将储罐内氦气不纯度控制在40 vpm之内,同时辅之以80 K外置低温吸附器对氦气储罐内以及冷箱和超导设备端的氦气进行净化.高效而又经济的解决了BEPC-Ⅱ低温系统中的氦气纯度问题,成功地进行了制冷机的验收测试和超导设备的调试及运行.     

The fast alternative cryogenic experiment testbed

Subsystems for a “proof of concept” cryogenic payload have been developed to demonstrate the ability to accommodate low temperature science investigations within the constraints of the Hitchhiker siderail (HH-S) carrier on the Space Shuttle. These subsystems include: a hybrid solid neon – superfluid helium cryostat, a multi-channel Versa Modular European (VME) architecture Germanium Resistance Thermometer (GRT) readout and heater control servo system, and a multiple thermal isolation stage “probe” for thermal control of helium samples. The analysis and tests of these subsystems have proven the feasibility of a cryogenic HH-S carrier payload.     

In-orbit performance of a helium dewar for the soft X-ray spectrometer onboard ASTRO-H

ASTRO-H was an X-ray astronomy satellite that the Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA) developed to study the evolution of the universe and physical phenomena yet to be discovered. The primary scientific instrument of ASTRO-H was the Soft X-ray Spectrometer (SXS). Its detectors were to be cooled to 50 m K using a complex cryogenic system with a multistage adiabatic demagnetization refrigerator (ADR) developed by the National Aeronautics and Space Administration (NASA), and a cryogenic system developed by Sumitomo Heavy Industries, Ltd. (SHI). SHI’s cryogenic system was required to cool the ADR’s heatsink to 1.3 K or less in orbit for three years or longer. To meet these requirements, SHI developed a hybrid cryogenic system consisting of a liquid helium tank, a 4 K Joule-Thomson cooler, and two two-stage Stirling coolers.ASTRO-H was launched from Tanegashima Space Center on February 17, 2016. The initial operation of the SXS cryogenic system in orbit was completed successfully. The cooling performance was as expected and could have exceeded the lifetime requirement of three years.This paper describes results of ground tests, results of top-off filling of superfluid liquid helium just before launch, and cooling performance in orbit.