氦透平膨胀机在我国的发展_常旭宁

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1、低温与超导低温技术Cryo．＆Supercond．第42卷第2期CryogenicsVol．42No．2氦透平膨胀机在我国的发展1112222，3常旭宁，孙俊芳，乔佳，程进杰，孙郁，孙立佳，张武(1．北京市燃气集团研究院，北京100011;2．中国科学院理化技术研究所，北京100190;3．航天低温推进剂技术国家重点实验室，北京100028)摘要:氦透平膨胀机是氦制冷/液化系统的关键设备。文中介绍了过去30多年氦透平膨胀机在中国的发展状况，对气体轴承的发展、试验台的建立和透平膨胀机的设计以及调试过程进行了介绍，对氦透平膨胀机未来

2、的发展方向进行了重点介绍。关键词:氦透平膨胀机;气体轴承;试验台ThedevelopmentofheliumturboexpanderinChina1112222，3ChangXuning，SunJunfang，QiaoJia，ChengJinjie，SunYu，SunLijia，ZhangWu(1．ＲesearchinstituteofBeijingGasGroup，Beijing100011，China;2．TechnicalInstituteofPhysicsandChemistry，ChineseAcademicofSc

3、ience，Beijing100190，China;3．TheStateKeyLaboratoryofTechnologiesinSpaceCryogenicPropellant，Beijing100028，China)Abstract:Heliumexpanderisakeycomponentofheliumrefrigeratorandliquefier．Thispaperreviewedthedevelopmentsoftheheliumexpanderinthepast30yearsinChina，andintroduc

4、edthegasbearingdevelopment，theestablishmentoftestbedandthedesignanddebuggingprocessoftheexpander，andfocusedonintroducingthefuturedevelopmentdirectionofheliumexpander．Keywords:Heliumturbo－expander，Gasbearings，Testingbed1引言以及在制冷温度和制冷量上有着不可替代的优势，小型氦膨胀机也可用于卫星和飞船的空间红近年来，随

5、着超导技术、太空探索以及大型低外遥感以及深空探测，如哈勃太空望远镜(HST)温项目的发展的需要，氦制冷/液化系统发挥着至中红外照相机和多目标频谱仪(NICMOS)的冷却关重要的作用，而高效稳定的氦透平膨胀机是氦系统就采用了小型氦膨胀机。制冷/液化系统的关键设备。因此，开展具有高性能的氦透平膨胀机的研在9．6K和18K时，NbTi和Nb3Sn分别成为究，对国内在超导、加速器、空间环境模拟等重大超导态，只有氦制冷机能够提供如此低的温度。国防科研项目的研究具有非常重要的意义。因此利用液氦浸泡超导线圈，可以使超导线圈在国内从事氦气透平膨

6、胀机的研究较晚，目前临界温度以下运行。目前大型强子对撞机(从事氦透平膨胀机研究的单位主要有:中国科学LHC)、国际热核聚变实验堆(ITEＲ)、先进实验院理化技术研究所、西安交通大学和中科院等离超导托卡马克(EAST)、北京正负电子对撞机重子体物理研究所。和国外先进技术相比，我们存大改造项目(BEPC－II)等的氦低温系统都采用在较大差距，但仍然取得了可喜的成就，如:在对氦透平膨胀机。KM3进行的升级改造中制冷系统采用了中科院由于氦的液化温度为4．2K，在4．2K时，所有低温中心研制的自作用气体轴承透平膨胀机;在的气体都可以冷凝，

7、氦制冷机作为冷凝泵的冷源，KM6的制冷系统中采用了西安交通大学研制的可以获得很大的抽速，所以氦膨胀机也用于获取氦膨胀机;中科院等离子体物理研究所根据俄制高真空，如空间环境模拟器、离子加速器等。氦透平膨胀机而研制了一台氦透平膨胀机，并且另外，氦膨胀机具有微型化、长寿命、低振动、在试验调试中取得成功。收稿日期:2013－10－23作者简介:常旭宁(1971－)，男，高级工程师，主要从事LNG及管网压能利用的研究工作。第2期低温技术Cryogenics·31·［2］反复启停试验及连续运转，性能表现良好，设2氦透平膨胀机在我国的发展计参

8、数见表4。90年代末期西安交通大学为空间环境模拟中国从事氦透平膨胀机的研究工作开始于上器KM6研制的氦透平膨胀机，工作轮直径35mm，世纪70年代，是为了航天事业的发展而进行的，轴承轴径25mm，制动风机轮直径60mm，采用静国内研制的第一台氦透平膨胀机应用于空