5 t/d氢液化装置的研制

氢液化装置对于推动氢的大规模应用至关重要。介绍了中国首个5 t/d氢液化装置的技术特点及研发进程。该装置直接利用氢气作为制冷工质,采用带LN2预冷的双压克劳德氢气制冷循环来液化氢气,正-仲氢转化方式为80 K液氮温度下的等温转化结合80 K以下温区的连续正-仲氢转化,具有氢液化循环效率高、能耗低、正-仲氢转化效率高的优点。主要设备包括两个串级使用往复式无油氢压缩机、一个真空绝热冷箱(直径为3.2 m、长为11 m)及液氢储罐。其中真空绝热冷箱内的主要设备包括4台串联使用的氢气透平膨胀机、多级低温换热器、多级正仲氢转化器、低温控制阀门等。通过流程优化设计,该装置的氢液化能力为5 t/d,比能耗设计值为11 kW·h/kg。目前氢压缩机、氢液化冷箱已完成制造,即将进行系统调试及运行。

低温氢气透平膨胀机实验系统设计

氢气透平膨胀机是大型氢液化器中核心部件之一,为探究其性能,设计了一套专门针对常温至液氢温区工作的低温氢气透平膨胀机实验系统。系统设计的核心目标是实现氢液化设备中的膨胀制冷流程,并对氢气透平膨胀机的热力性能和机械性能进行测试与分析。热力性能测试内容包括绝热效率、实际制冷量和膨胀比,用来评估氢透平膨胀机的性能。机械性能测试内容包括连续免维护运行时间和启停次数,用来评估氢透平膨胀机的可靠性以及使用寿命。此外,对测试过程中可能出现的误差进行了分析。本实验系统为低温氢气透平膨胀机的性能评估提供测试平台,从而掌握低温氢气透平膨胀机的关键技术参数,并在此基础上优化设计,进一步提高氢气透平膨胀机组以及氢液化流程的性能。

1.5 t/d氢液化装置的研制与运行

国内首套自主研发、设计、集成并运行的1.5 t/d氢液化装置,采用了逆布雷顿制冷循环技术,标志着我国在民用氢液化技术领域的重要突破。介绍了该装置的系统组成、工艺流程及性能指标,并对其实际运行和性能测试结果进行了数据分析。通过远程监控获得了关于氢液化装置的关键性能数据,包括液化率、仲氢含量、液氮消耗量、压缩机电耗以及比能耗等。在满负荷工况下,该装置的液化率达到了1.59 t/d,比功耗为15.1 kW·h/kg,产品液氢中的仲氢含量高达98.5%,这些实测数据均优于设计指标。这套装置的研制成功,对于大型氢液化器的自主研发、集成和运行具有重要的理论和工程价值。

超高纯氢低温提纯工艺研究

氢能是正在大力发展的重要清洁能源,在使用过程中对氢气纯度有较高的要求。随着燃料电池和半导体行业的迅速发展,本文基于大型氢液化装置在液氢制备和液氢加注过程中回收的纯度99%以上的氢气提纯需求,对于氢气纯度的要求更加苛刻,一般纯度需求为5N~6N级别,这对于氢气高效提纯工艺提出了更大的挑战。对低温吸附法、变压吸附法、钯合金扩散法(膜分离)以及金属吸氢法等4种氢提纯工艺进行了对比分析;实验研究了液氮温区大颗粒活性炭对氢气和氮气的吸附效果;同时采用低温吸附方法设计了99%以上纯度向超高纯氢气(6N)的提纯工艺,并利用数值模拟软件对低温吸附流程工艺进行了建模分析与优化,目的在于探索和开发适用于工业生产的大流量、高纯度、稳定可靠以及经济高效的超高纯氢提纯工艺。

氢液化装置防固氧累积及安全消除固氧的流程优化

氢液化过程中氧含量超标可能导致固氧累积并导致氢氧爆炸风险。分析了由此引发的爆炸事故,并阐述了预防固氧累积的重要性。综述了近年来防止固氧累积的研究成果,包括使用超纯氢作为原料气、增加固氧洗涤器、将固氧累积调整为固空累积等,这些方法在一定程度上增加了成本或能耗。提出了一种新的解决方案,通过安装两道节流阀来防止固氧累积并安全地消除累积的固氧。通过流程模拟计算,证明了这种优化流程更易获得过冷液氢。该优化流程方案在实际应用中不会增加额外设备和能耗,具有广泛的适用性。

多功能止推气体轴承试验台及微机动态测试系统

本文介绍了一套多功能止推气体轴承试验台及相应的微机动态测试系统。该试验台可以进行多种型式的动压止推气体轴承的性能试验。

新型氦气体轴承透平膨胀机的研制

着重介绍所开发的新型氦气体轴承透平膨胀机的主要设计参数及关键部件的结构 ,该氦气体轴承透平膨胀机用于空间环境模拟的氦制冷系统。在设计中 ,利用多目标优化程序获得了较好的热力性能及较高的失稳转速。同时还开展了不同工质的相似模化研究 ,以便更好地预测氦透平膨胀机的热力性能。为了测试透平膨胀机的热力性能及机械性能 ,进行了多次的常温空气试车及液氮级温度低温试车 ,试验结果及现场实际试车结果表明氦气体轴承透平膨胀机具有优异的热力性能及机械性能 。

箔片式动压止推气体轴承的发展

本文简要回顾了箔片式动压止推气体轴承的发展历史。详细介绍了箔片式动压止推气体轴承的主要类型及研究状况。

平箔式箔片止推气体轴承静特性的理论研究

根据平箔式箔片止推轴承的结构,导出了求解箔片止推气体轴承静特性的方程。利用有限元法进行了数值求解,比较了箔片止推轴承与刚性轴承的不同之处,并讨论了影响箔片止推轴承静特性的因素。

使用箔片径向气体轴承的透平逆布雷顿循环空气制冷机

设计了一台小型透平 逆布雷顿循环空气制冷机 ,并将一种新型的箔片径向气体轴承应用在该制冷机系统的透平膨胀机上。通过试验 ,对空气制冷机的机械性能及热力性能进行了考核。

轴向缝切向进气轴颈轴承稳定性的试验研究

本文设计了组合式及嵌入式轴向维切向进气轴颈轴承，将其装配到与１５０Ｎｍ~３／ｈ制氧机配套的中压透平膨胀机上进行试验，实测了不同设计参数下的轴承失稳转速，并分析了影响轴承失稳转速的各种因素。

平箔式箔片径向气体轴承的理论研究

分析了平箔式箔片径向轴承的结构刚度和结构阻尼 ,对箔片在气膜发散区脱离弹性基础的情况进行了具体讨论 .求解了箔片轴承静态特性 ,重点讨论了箔片轴承与刚性轴承的不同之处 .

小型低温透平膨胀机直线圆弧喷嘴的设计

详细分析了小型低温透平膨胀机直线圆弧喷嘴的几何结构 ,在此基础上提出了一种新的较准确的设计方法 ,并通过计算实例同以往的直线圆弧喷嘴设计方法进行了比较。

平箔动压止推气体轴承的试验研究

本文提出了一种新型结构的箔片止推动压气体轴承,搭建了多功能止推轴承试验台,并主要针对其承载力性能进行了初步的试验研究。试验轴承的外径为φ38mm,内径为φ16mm,在 110 000r/min的转速下获得的最大轴向承载力为44．1N。

轴向缝切向进气径向气体轴承的稳定性研究

本文利用小扰动法分析了轴向缝切向进气径向气体轴承的稳定性问题.在理论分析中考虑了气流的惯性项对该类轴承稳定的影响,得出了轴承的设计参数与轴承失稳转速及失稳涡动比的关系曲线.实验结果与计算结果吻合较好.

低温氦透平膨胀机的热力设计及性能分析

针对我国航天领域某重点项目的研制任务,设计了一台氦气体轴承低温透平膨胀机,并对其热力性能进行了分析和讨论.提出了一种考虑膨胀机整体热力性能及机械性能的透平膨胀机系统多目标优化方法.解决了透平膨胀机使用不同工质时相似准则的选取方法,进而在自行开发的较为完善的透平膨胀机一元流动性能预测程序的基础上,获得了模化时所应遵循的相似准则数.以人工神经网络为基础实现了透平膨胀机的性能转换问题.试验结果表明,所研制的氦气体轴承透平膨胀机的绝热效率大于71%;在出口温度为12 8K时,膨胀机效率已达到75%;膨胀机的最大制冷量接近2kW.

箔片式动压径向气体轴承的发展

本文简要回顾了气体轴承和箔片式动压径向气体轴承的历史及国内、外目前的研究状况。详细介绍了箔片式动压径向气体轴承的起源、结构形式、应用范围和理论、实验及应用研究的发展，并提出了一种新型结构形式的弹性支承箔片动压径向气体轴承。

涡流管的应用

涡流管具有结构简单、价格低廉、没有运动部件、可靠性高等特点,在很多特殊方面都得到了应用。分别介绍了涡流管的冷效应和分离效应的应用,并提出了在某些领域应用的设想。

气体轴承在低温透平膨胀机上的应用

简要介绍了气体轴承的发展及其在低温透平膨胀机上的应用状况。分析表明 ,开发具有良好性能的新型箔片径向气体轴承 ,研制高稳定性的全动压气体轴承不仅具有巨大的经济效益 ,而且具有较高的学术价值。

低温氦气体轴承透平膨胀机的设计

针对我国氦透平膨胀机的研制任务 ,设计了一台氦气体轴承透平膨胀机。从机械性能方面就该氦透平膨胀机开展了理论与试验研究 ,以高稳定性为主要目标进行了氦透平膨胀机的结构设计 ,实现了绝热及密封、快速装拆等要求。氦透平常温、低温实验证明该机具有良好的热力性能及机械性能 ,本文侧重于对该氦透平膨胀机结构设计的探讨。