分离型二级脉管制冷机的实验研究

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1、期2005年第3低温工程No.32005期总第145CRYOGENICSSumNo.145分离型二级脉管制冷机的实验研究第一部分20一40K温区单级大功率脉管制冷机邱利民何永林甘智华王来红(浙江大学制冷与低温研究所杭州310027)摘要:为了满足液氦温区分离型二级脉管制冷机第二级预冷的需要，设计制作了1台20-40K温区单级大功率脉管制冷机。采用额定功率为6kW的压缩机驱动该制冷机，最低制冷温度达13.8K,刷新了单级脉管制冷机最低制冷温度纪录。该制冷机在40K可获得高达55.9W的制冷量，基本可以满足15-40K温

2、区超导磁体等冷却的需要。着重分析了频率、充气压力和不同压缩机对系统制冷性能的影响，测试了长时间运行中系统性能的变化情况。关键词:脉管单级大功率中图分类号:TB651文献标识码:A文章编号:1000-6516(2005)03-0001-05Experimentalstudyofaseparatetwo-stagepulsetubecoolerPartI.Single-stagepulsetubecoolerworkingbetween20~40KwithhighcoolingpowerQiuLiminHeYonglin

3、GanZhihuaWangLaihong(InstituteofRefrigerationandCryogenics,ZhejiangUniversity,Hangzhou310027，China)Abstract:Asingle-stageandhighpowerpulsetubecoolerworkingbetween20一40Khasbeende-signedandconstructedinordertoprecoolthesecondstageofa4Kseparatetwo-stagepulsetubeco

4、oler.Withainputpowerof6kW,thelowestno-loadtemperatureof13.8Khasbeenobtained，whichisanewre-cordforthesingle-stagepulsetubecooler.Coolingpowerof55.9Wat40Kwasobtained,whichcansatisfytheprecoolingneedsofsuperconductingmagnetworkingbetween15~40K.Theinfluenceoffreque

5、ncy，fillingpressureanddifferentcompressorsontheperformanceofthepulsetubecoolerhavebeenanalyzedandalong-termoperatingtesthasbeenperformedtotestthestabilityofthesystem.Experimentalresultsofaseparatetwo-stagepulsetubecoolerwhichisprecooledbythispulsetubecoolerwill

6、bepresentedinthefollowingpaper.Keywords:pulsetube;single-stage;highpower收稿日期:2005-02-24;修订日期:2005-03-18基金项目:受全国优秀博士学位论文作者专项基金(200033);霍英东基金优选资助项目(94013)资助。作者简介:邱利民，男，35岁，教授。低温工程2005年平面旋转阀和压缩机等部件组成。主要结构尺寸如1引言下:脉管外径(A41mm，回热器外径中46.6mm，气库脉管制冷机在低温端没有运动部件，具有结构简容积为3.

7、2L。回热器内填充了247目磷青铜丝网和单、低磨损、可靠性高、长寿命等优点，可望在冷却低铅丸，其中铅丸填充在低温端，用以提高15-40K温温超导磁体、低温泵等方面获得广泛应用。随着人们区的回热性能。本实验采用经特殊设计的冷端换热对脉管制冷机理认识的不断深化，目前单级脉管制冷器[’〕，冷、热端换热器同时采用紫铜丝网加强换热并制冷机在液氮温区(77K)的制冷性能已经可以与传进行层流化，脉管热端采用翅片式换热器。统的G-M、斯特林制冷机相媲美〔’〕。然而，由于脉管空体积过大、直流流动损失等原因，单级脉管制冷机在20一40K

8、温区的性能和效率仍略低于G-M制冷机。工作在20一40K温区的单级G-M型脉管制冷机的研制工作在过去几年不断取得进展。1998年王超在德国吉森大学使用串联双针阀结构对单级脉管制冷机的直流进行抑制，得到了24.3K的最低制冷温度〔”。中科院孙卫佳在2001年使用填料烧结型换热器作为冷端换热器，单级G-M脉管制冷最低制冷温度24K，在80K下有30