瞬态载荷作用下氦透平转子的时域响应分析

采用有限元法研究瞬态冲击下转子动力特性的时域响应,研究核聚变装置在实验过程中产生的交流损耗给氦透平膨胀机带来的冲击问题。同时研究了轴承刚度、阻尼和轴承间距等因素对转子的振动位移以及自我调节能力的影响。研究结果表明:瞬态冲击造成转子轨迹紊乱,扩大轴心运动范围,转子的最大振幅与载荷呈线性关系;增大刚度可有效减小转子的最大振幅;增大轴承的刚度、阻尼和跨距有利于提高转子自我调节能力,使其快速回到稳定状态。

氦透平膨胀机充气式迷宫密封性能的仿真研究

探究充气式迷宫密封的密封气进气压力与泄漏量的关系,通过数值模拟对氦透平膨胀机的密封结构进行仿真计算,研究在250~700 kPa范围内密封气进气压力变化对密封泄漏量的影响。结果表明:在不接通密封气时,密封泄漏量与压比呈现出线性关系;受密封气对密封气进气口稳压槽内射流抑制作用的影响,泄漏量与密封气进气压力呈现负相关关系;受转子旋转对流体做功的影响,泄漏量为零时的密封气压力高于进口压力。

15kW级氦透平膨胀机通流部分设计分析

为聚变堆主机关键系统综合研究设施(CRAFT)超导磁体研究系统提供低温环境,满足CRAFT低温系统需求,设计了15 kW氦透平膨胀机的喷嘴及叶轮。结合一维设计理论,采用CFturbo软件对喷嘴及叶轮进行几何设计,得到喷嘴和叶轮的结构参数。利用数值模拟方法,对喷嘴、叶轮进行了气动特性验证,并研究低温氦气在喷嘴和叶轮流道内的流动特性,获得了其速度场、压力场、温度场和熵分布场。结果表明:压降主要发生在喷嘴中,其在叶轮中较小;温降在喷嘴和叶轮中都有所降低,分别降温6.1 K和5.7 K;流动损失主要来自于叶轮;等熵效率达到82.16%,功率达到17 kW。