周期性大扰动对超导核聚变低温系统氦透平膨胀机的影响分析

超导核聚变低温系统用末级氦透平膨胀机在运行过程中受到磁体放电"交流损耗"的影响,使得其运行工况变得十分恶劣,这是导致氦透平膨胀机性能下降与损坏的主要原因。本文从理论分析出发,详尽的分析了末级氦透平膨胀机受"交流损耗"影响的原因,并提出了降低或延缓此影响的措施。通过商业软件模拟结果发现,增加旁通阀门并进行自动控制可以有效降低交流损耗对末级氦透平膨胀机的影响,压力波动由之前的48.57%减小到改进后的7.1%;转速波动由之前的9.4%减小到改进后的1.16%。因此,采用增加旁通低温阀门的方案可以作为现有超导核聚变低温系统末级氦透平膨胀机改进方式的一个参考。     

EAST低温系统俄制氦透平膨胀机维修改进与测试

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一,4台不同进口参数的氦透平膨胀机又是EAST氦低温系统的核心部件,4种类型的氦透平膨胀机全是俄罗斯进口的氦透平膨胀机,其启动过程稳定差,易损坏.主要对俄制损...     

瞬态载荷作用下氦透平转子的时域响应分析

采用有限元法研究瞬态冲击下转子动力特性的时域响应,研究核聚变装置在实验过程中产生的交流损耗给氦透平膨胀机带来的冲击问题。同时研究了轴承刚度、阻尼和轴承间距等因素对转子的振动位移以及自我调节能力的影响。研究结果表明：瞬态冲击造成转子轨迹紊乱,扩大轴心运动范围,转子的最大振幅与载荷呈线性关系;增大刚度可有效减小转子的最大振幅;增大轴承的刚度、阻尼和跨距有利于提高转子自我调节能力,使其快速回到稳定状态。     

氦制冷系统气体轴承透平膨胀机设计

描述了氦制冷系统的流程设计,根据流程确定系统关键部件透平膨胀机的参数,设计并研制了一台氦气透平膨胀机.为达到氦透平膨胀机高速稳定性及高绝热效率的要求,采用NREC对氦透平膨胀机优化通流部分,采用FLUENT分析气体轴承性能,优化气体轴承机构,采用ANSYS分析优化转子结构参数,提高转子临界转速.现场试验结果表明优化设计后的氦透平膨胀机,在转速12万转/分钟稳定运行,绝热效率达到72％以上,达到了系统设计要求.     

氦透平膨胀机叶轮造型与设计方法

在制冷和低温系统中,氦低温系统的效率主要取决氦透平膨胀机的效率.利用ANSYA软件对氦透平膨胀机中工作轮和制动轮进行叶片造型,并对模型进行数值模拟计算.分析结果显示ANSYS可以比较方便快捷的设计出符合设计参数的透平膨胀机工作轮和制动轮,对提高氦透平膨胀机制冷效率和稳定性等方面都有实际意义.     

低温氦透平膨胀机转子临界转速求解

针对EAST低温氦透平膨胀机开启问题,对传统Riccati传递矩阵法进行了改进,利用Matlab强大的矩阵计算能力,结合PRO/E和CAD软件,综合考虑了影响转子临界转速的各种因素,编写出了高精度的计算程序,分析了EAST启动透平膨胀机B过程中转速随阀门开度和叶轮进口压力的变化曲线和实验数据,计算得出了透平膨胀机B转子的临界转速,为后来试验开启透平膨胀机和进行氦透平转子稳定性研究提供了理论依据。     

调用氦物性程序对透平膨胀机叶轮S_2流面正问题分析

为了保证EAST大型低温系统的稳定运行,其核心部件氦透平膨胀机必须满足参数设计,利用流线曲率法对低温氦透平膨胀机T3叶轮流场进行计算。通过编程计算,得出T3叶轮子午面流场,分析得到进出口的参数压力和温度达到设计的要求。同时考虑到,T3叶轮进口参数处于高压、深低温区,此时工质氦不能看作理想气体,因此调用氦物性程序,使得结果更加符合实际情况。     

Analysis on direct problem of S2 surface of helium turbine impeller by calling helium properties program

为了保证EAST大型低温系统的稳定运行,其核心部件氦透平膨胀机必须满足参数设计,利用流线曲率法对低温氦透平膨胀机T3叶轮流场进行计算.通过编程计算,得出T3叶轮子午面流场,分析得到进出口的参数压力和温度达到设计的要求.同时考虑到,T3叶轮进口参数处于高压、深低温区,此时工质氦不能看作理想气体,因此调用氦物性程序,使得结果更加符合实际情况.     

大功率电涡流制动氦透平膨胀机在EAST氦制冷机中的控制与调试

为保障系统的制冷量与可靠性,EAST托卡马克装置2k W氦制冷机采用了动压气体轴承电涡流制动氦透平膨胀机替代原有的油气混合轴承氦透平膨胀机。新电涡流制动氦透平膨胀机配合转子冷却回路运行,制动功率最大可达10 k W。氦透平膨胀机采用全动压径向气体轴承,而下止推轴承则引入静压气体用于增加止推轴承的承载力。目前,大功率电涡流制动氦透平膨胀机已完成在EAST氦制冷机中的安装与调试运行。介绍了电涡流制动氦透平膨胀机的测量与控制设计,在调试运行的基础上总结了氦透平膨胀机的启动与停机控制流程,并对其低温调试进行了详细分析。调试结果表明,电涡流制动的应用简化了氦透平膨胀机的启动、停机与操作流程,有助于EAST氦制冷机全自动控制的实现。     

EAST装置2 kW/4.5 K氦制冷机透平膨胀机的测试

EAST装置于2006年成功进行工程调试和物理实验,全部超导磁体均已冷却到液氦温度,并获得了第一次等离子体.低温系统共有4台俄制氦透平膨胀机,通过气体绝热膨胀来获得低温.实验表明4台透平的设计满足EAST装置对冷量的需求,透平效率略低于设计值,流量比设计值大.介绍了EAST低温系统中4台透平膨胀机的设计参数、启动过程和运行,并对透平膨胀机在运行过程中的性能参数进行测试和分析.     

空调两器检漏设备氦气回收纯化装置的试验研究

本文试验研究了一种针对空调两器检漏设备的氦气回收纯化装置,研究结果表明,该装置可以有效地将空调两器检漏设备内氦气纯度维持在80%以上,该工艺的氦气使用量约为6.7m^3/天,远小于未使用该工艺时系统因纯度低而排放的氦气量(约128m^3/天),考虑到企业实际使用该装置的经济性要求,提出了该装置后续工艺优化的方向。     

氦制冷机和液化器中的纯化系统

主要介绍了氦制冷机和氦液化器中应用的几种典型的氦纯化器的工作原理，主要工作程序和优缺点，并介绍了讨论了几种氦纯化器的设计方案，吸附量和计算以及可用于氦纯化器的工程设计。     

Controversial helium drops

The nature of drops of liquid ⁴He II has almost never been considered, though the shape of the drops is apparently the same as those of Newtonian liquids. The question of whether or not the drops are still superfluid when dropping from a solid superleak, which is an entropy filter and has only been filled by the superfluid component, is discussed. A simple experiment to determine the nature of the drops is suggested.     

Calibration of saturated liquid helium weir flowmeter at Fermilab

The flow of saturated liquid helium at 4.2 K was studied in a unique weir flowmeter mounted inside a duct. The objective was to develop a calibration for helium flow rate in the weir, and thereby, making it a viable flowmeter. The weir flowmeter was tested in a liquid helium system at Fermi National Laboratory used for cooling the superconducting magnets in the experimental areas of the site. Unlike for open channel weir devices, the calibration of this flowmeter was influenced by both the liquid flow through the weir notch and the vapor flow over it. The results of this study and the calibration are presented taking into account effects of both liquid and vapor.     

中国散裂中子源低温系统氦制冷系统的安装与调试

氦制冷系统是中国散裂中子源(CSNS)低温系统的重要组成部分,能够为氢循环系统提供2 200 W@20 K的冷源。介绍了CSNS氦制冷系统的组成及设备布局图及氦制冷系统的调试原理,完成了控制界面图及氦制冷系统的安装和调试准备工作,详细说明了调试的过程,获得了700 W/1 400 W/2 200 W 3种制冷功率下的状态参数。氦制冷系统调试顺利完成,结果满足了验收指标。     

氦制冷机节流级的最佳工作点

在氦制冷机/液化器中,最末级的冷却一般采用节流方式.节流级的各参数的选择必然会影响氦制冷机的制冷量或氦液化率.讨论了节流级节流前压力、末级换热器的热端温度及其效率对制冷量或液化率的影响,得出了不同模式下的节流级的最佳工作点.     

氦离子化检测器气相色谱法分析氦中微量氖

论述了用氦离子化检测器气相色谱法分析氦中微量氖的方法及结果。     

超临界氦循环泵的设计方法

超临界氦循环泵用于超导磁体的迫流冷却.从普通离心泵的基本理论出发,分析了低比转速超临界氦循环泵的特性,从提高效率的角度比较了多种设计方法.得出最理想的方法是提高泵的转速,同时也证明了超临界氦循环泵采用高速全流泵和高速部分流泵设计的可行性.