全动压气体轴承低温透平膨胀机的开发

设计了一台小型全动压气体轴承低温透平膨胀机 ,径向轴承采用新型弹性支承箔片径向气体轴承 ,止推轴承采用螺旋槽止推气体轴承。针对该透平膨胀机的机械性能做了大量试验 ,试验获得最大转速为 2 2 0 0 0 0r/min。试验表明 ,该全动压气体轴承低温透平膨胀机运转稳定 ,对开发我国自己的全动压气体轴承低温透平膨胀机具有重要的意义。

新型动压箔片径向气体轴承低温透平膨胀机的开发

针对一台40Nm3/h的空气低温透平膨胀机,设计了一种新型弹性支承箔片径向气体轴承。并对该透平膨胀机的机械性能做了大量试验,试验获得最大转速为220000r/min。试验表明,该箔片动压气体轴承低温透平膨胀机具有很好的运转稳定性,对进一步开发我国自己的全动压气体轴承低温透平膨胀机具有重要的意义。

中压低温透平膨胀机膨胀端三维数值模拟

采用CFD方法对某型号中压低温透平膨胀机膨胀端进行整机全周数值模拟,全面考虑了进气蜗壳、叶顶间隙气封、轮背气封和轴封等细节结构对膨胀端气动性能和流场的影响。研究结果表明:进气蜗壳的几何形状是造成喷嘴进口气流沿叶高方向分布不均匀的主要原因;轮背气封、叶顶气封和轴封内存在明显的旋涡流动,且叶顶气封是典型的后台阶流动,齿封内和台阶后旋涡涡轴方向相反;喷嘴和叶轮之间过小的间隙导致气流在喷嘴压力面一侧形成激波,激波/附面层干扰使叶片和下端壁附面层同时分离,在上、下端壁角区各形成一个弯曲的涡管,最后终止于动静交界面。

用于低温透平膨胀机的动压气体止推轴承

对几种常用于低温透平膨胀机的动压气体止推轴承的工作原理、结构特点、实际应用中存在的问题及应用实例等进行了介绍。

氦低温透平膨胀机的设计和内部流动特性研究

为验证氦低温膨胀机叶片设计的有效性,利用了NUMECA和CFX软件对设计透平流道进行设计工况下的数值模拟计算及分析,其中分别对工作轮流道、喷嘴流道和整体流道进行计算分析,获得了较好的温度场、压力场、相对速度场分布和较高的等熵效率,结果表明了数值计算结果是可信的,叶型设计是合理的。

一种新的低温透平膨胀机优化设计方法

为了提高低温透平膨胀机的等熵效率，正确选择影响透平膨胀机性能的各主要参数（特性比ｕ１、反动度ρ及轮径比μ）十分重要。为此，提出了一种新的基于遗传算法（ＧｅｎｅｔｉｃＡｌｇｏｒｉｔｈｍ）的透平膨胀机优化设计方法。该优化方法无需给出显式的目标函数，无需求导和微分，可以方便地加入专家经验以提高搜索效率，并且在优化过程中可以全面地考虑约束条件，优化结果能够直接用于实际。应用该优化设计方法对一小流量低温透平膨胀机（用于逆Ｂｒａｙｔｏｎ循环制冷机）的设计变量进行优化，结果表明该优化设计方法是行之有效的。

气体轴承及磁悬浮轴承在低温透平膨胀机上的应用

对现有低温透平膨胀机主轴轴承工作状况进行分析。介绍了气体轴承及新型磁悬浮轴承的结构和工作特点。分别对其性能做出比较。

低温透平膨胀机两相工况的研究

对以空气为工质，液化度达6％的低温透平膨胀机的两相工况进行了研究。在低温装置中，采用处于两相工况的透平膨胀机，也许能达到相当高的液化度。因此，莫斯科鲍曼高等技术学校用比文献中更高的液化率，对透平膨胀机的两相工况进行了试验，评定了工作轮出口的气流构成，并确定了工质大量冷凝对向心机工作能力和效率的影响。

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.

低温氦透平膨胀机静压气体径向轴承的改进设计

针对超导托卡马克(Experimental advanced superconducting Tokamak,EAST)氦制冷机中的低温氦透平膨胀机运行不稳定性问题,从雷诺方程出发,推导出可以一次性计算得到静压气体轴承4个性能参数的计算程序:承载能力、刚度系数、气体消耗量和摩擦功耗。做出承载能力和气体消耗量随小孔直径和随半径间隙的变化曲线。在现有条件下提出改进氦透平膨胀机的设计方法,试验结果表明,此方法能有效改善氦透平膨胀机的稳定性,该研究成果是下一步整体改进EAST低温氦透平膨胀机重要理论的前提。

低温氦透平膨胀机的研究进展

对低温氦透平膨胀机的近期研究进展进行了介绍,特别指出了动压气体轴承在透平膨胀机中的应用现状与前景。

低温氦气体轴承透平膨胀机实验系统设计

设计了一套氦透平膨胀机实验系统,该系统可以用来对工作在液氢—常温区范围内的不同规格的氦透平膨胀机进行性能测试,还可以用于开展以氦为工质的低温环境下透平膨胀机实验研究,以期掌握氦透平膨胀机的关键技术并进一步提高氦透平膨胀机的性能。

油气混合氦透平膨胀机在EAST低温系统中应用现状研究

介绍用于EAST(Experimental Advanced SuperconductingTokamak)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。

基于逆布雷顿循环低温氦透平膨胀机测试平台研制

为了解决EAST低温系统中氦透平膨胀机不稳定性问题和开发新的国产氦透平膨胀机,中科院等离子体物理研究所低温工程研究室研制了低温氦透平膨胀机逆布雷顿循环氦制冷机测试平台,试验平台可以对多种结构类型的低温氦透平膨胀机进行测试,运行效果良好。

空气制冷机中小流量透平膨胀机的试验研究

研制开发了一个小型透平—逆Ｂｒａｙｔｏｎ循环空气制冷机系统。简要介绍了制冷机系统的研制意义及组成，对研制的小型空气制冷机系统进行了试验研究，着重研究了高速气体轴承低温透平膨胀机的热力性能及机械性能。试验结果表明，在设计工况下研制的低温透平膨胀机具有较高的效率，且能稳定工作于设计转速。此外降温试验表明，研制的小型空气制冷机能达到设计要求的制冷温度－７０℃。

低温氦气向心透平变工况特性研究

以低温氦气为流动工质,采用实际气体模型计算工质物性,进行低温氦气向心透平的气动设计与性能研究。运用数值模拟方法,对所设计的氦气透平膨胀机进行设计和非设计工况下的三维稳态流场分析。结果显示:在设计工况下,流道内的流场合理,气动性能符合设计要求;在变工况条件下,随着转速的增大,效率先增大后减小,在设计转速时最大。漩涡的出现会导致透平效率迅速下降。当转速一定时,随着膨胀比的增大,质量流量近似线性的增大,效率先增大后减小,在设计膨胀比时最大;转速的减小可使最大效率点对应的膨胀比减小;转速的变化对流量几乎没有影响;随着入口温度增大,质量流量逐渐降低,效率先增大后降低,在设计入口温度下最大。

箔片式动压气体轴承在低温透平机械中的应用与研究

简要介绍了国内外低温工程领域在低温透平机械中应用动压气体轴承的现状。分析表明，箔片式动压气体轴承是一种理想的支承元件。介绍了该轴承的起源、结构形式及该轴承在低温工程领域的应用实例，分析并评价对该轴承进行的各种理论及试验研究。最后，指出了在我国低温工程领域开展箔片式动压气体轴承透平膨胀机研究的必要性。