低温过冷测试平台冷压缩机性能的测试研究

发布时间：2021-07-11 18:34

　　冷压缩机具有工作温度低、尺寸小、功耗低、便于操控等特点,是大型过冷氦低温系统中的关键设备。对低温过冷测试平台的冷压缩机进行测试,方法为采用两台串联的冷压缩机在低温低压下直接抽吸饱和液氦容器,液氦容器内装有电加热器用以模拟超导磁体的热负荷,并调节氦气蒸发速率。测试表明,冷压缩机的稳定工作参数接近设计值,运行过程中冷压缩机始终保持安全运行,未出现喘振情况,液氦容器温度和压力分别达到3 K、22 kPa,满足设计要求。 

【文章来源】：低温与超导. 2020,48(04)北大核心

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【部分图文】：

图1 分配系统流程图

图1 分配系统流程图实验方案将最大功率为1 000 W的电加热器浸没在2 000 L的液氦容器中,模拟超导磁体的热负荷,测试过程不接入超导磁体。经24 h预冷达到测试条件后,启动两台冷压缩机,直至达额定转速43 000 r/min,期间不断手动调整电加热器功率,以确保氦气蒸发量满足冷压缩机的稳定运行。

冷压缩机运行过程中,电加热器的输入功率、液氦容器的温度和压力随时间的变化曲线如图3所示。实验开始时液氦槽的温度和压力分别为4.2 K、105 kPa,因冷压缩机转速较低,仅11 000 r/min,液氦罐的温度、压力并无明显下降。而后进一步提升转速至20 000 r/min时,增大电加热器功率至480 W,因氦气流量增加过快导致冷压缩机工作效率降低,液氦罐的温度和压力出现短暂波动后逐渐下降。系统在35 min后达到稳定,此时液氦罐的温度和压力达到预期,分别为3 K、22 kPa,罐内电加热器的功率为805 W,表明等效冷量为805 W,大于预期冷量700 W,过冷系统满足设计要求。冷压缩机作为过冷氦分配系统中的核心设备,运行中应始终保持在合适的操作范围,以避免出现喘振或阻塞现象造成设备损坏,故冷压缩机逐渐增加转速至额定转速的过程中,其性能曲线非常重要。图4(a)、(b)分别为第一级和第二级的性能曲线,纵坐标压比为冷压缩机的出口压力和进口压力之比,横坐标为换算质量流量Mr,计算如式(1)所示:

【参考文献】：
期刊论文
[1]离心式冷压缩机设计及液氮低温实验[J]. 耿茂飞,宋云涛,成安义,冯汉升.  低温与超导. 2017(11)
[2]超流氦低温系统发展及涡轮冷压缩机的应用[J]. 成安义,张启勇,夏根海,宋庆勇.  低温工程. 2011(04)

博士论文
[1]HT-7U超导托卡马克氦制冷系统热力学分析及设计研究[D]. 白红宇.中国科学院研究生院（等离子体物理研究所） 2002



本文编号：3278629