油气混合氦透平膨胀机在EAST低温系统中应用现状研究

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1、2010年7月润滑与密封July2010第35卷第7期LUBRICATIONENGINEERINGVoI．35No．7DOI：10．3969／j．issn．0254—0150．2010．07．024油气混合氦透平膨胀机在EAST低温系统中应用现状研究王学敏朱平付豹(中国科学院等离子体物理研究所安徽合肥230031)摘要：介绍用于EAST(ExperimentalAdvancedsuperconductingTokamak)低温系统中特殊结构的氦透平膨胀机，并且指出在当前降温过程中氦透平膨胀机不稳定性问题。分析2种降温模式(使用透平D和不使用透平D)对制冷机性能的影响，结果表明不使

2、用透平D将会大大降低制冷机的性能。在现有条件下提出对静压气体轴承的改进设计，试验结果表明此方法能有效改善氦透平膨胀机的稳定性。关键词：EAST；低温氦透平膨胀机；静压气体轴承；稳定性中图分类号：TH133．3文献标识码：A文章编号：0254—0150(2010)7—095—4ResearchonApplicationStatusofHeliumTurbo-expanderwithOil-gasHybridBearinginEASTCryogenicSystemWangXueminZhuPingFuBao(InstituteofPlasmaPhysics，ChineseAcadem

3、yofSciences，HefeiAuhui230031，China)Abstract：Theturbine—expanderwithspecificconfigurationinEAST(ExperimentalAdvancedSuperconductingToka—mak)cryogenicsystemwasintroduced，andtheinstabilityoftheturbo—expandersinactualrefrigeratingprocesswaspoint—edout．Twodifferentrefrigeratingmethods(usingturbine

4、Dorno—usingturbineD)wereanalyzed．Theresultsshowthatno—usingturbineDwilldegradetheperformanceoftherefrigeratorlargely．Animproveddesignoftheexternallypressur—izedgasbearingforheliumturbo—expanderwasputforwardincurrentcondition．Theexperimentalresultsindicatethatthenewdesigncouldimprovethestabili

5、tyofheliumturbo—expandereffectively．Keywords：EAST；cryogenicheliumturbo—expander；externallypressurizedgasbearing；stability能源危机随着全球经济的不断发展而日益凸现，平B、C、D)用于生产液氦和制取4．5K的制冷量。化石能源的使用使得地球环境日益恶化，无污染、能1EAST氦透平膨胀机介绍量大的聚变能将有可能成为人类彻底解决能源问题的1．1应用现状优选方式。当前，有许多国家都在从事可控核聚至2009年7月以前，EAST低温系统共进行过五变的研究，世界上聚变领域最大的

6、国际性合作项目轮降温实验，各轮实验结果均能满足设计要求，但现(ITER)将在法国建成，中国是其中的成员国之一。有4台俄罗斯进口油一气混合氦透平膨胀机运行不稳EAST核聚变实验装置是一个具有能很好地改善等离子定，每台氦透平膨胀机转子在前几轮的降温试验中都体约束状况、大拉长比、非圆截面的等离子体位形全出现过不同程度的磨损，如图1所示。超导托卡马克实验装置，已于2006年在中国科学院等1．2EAST氦透平膨胀机结构离子体物理研究所建成，使我国成为世界上少数几个4台EAST低温氦透平膨胀结构形式相同，仅仅拥有这种类型超导托卡马克装置的国家之一。尺寸大小不一样，均采用半开式单级向心径一轴流

7、反氦低温系统是EAST装置中的关键子系统，2kW／动式结构，其中工作轮采用长短叶片形式，喷嘴采用4．5K的氦制冷机由我国自行设计完成，并于2006的是叶型叶片。转子由径向静压气体轴承和静压油轴年2—3月工程调试成功，其中包括4台俄罗斯进口承支撑，垂直安装，径向静压气体轴承安排在靠近上的氦透平膨胀机，一台透平膨胀机(透平A)专门端的工作轮，单排8个环面小孔径向进气，下端采用冷却EAST的外杜瓦冷屏，另外3台透平膨胀机(透小孔节流径向油轴承和止推油轴承，径向油轴承为轴向3排小孔(每排