分程控制在氦液化器控制系统中的应用

使用西门子博途V16编程软件,编写分程控制的标准库文件,并应用到氦气压缩机排气压力和吸气压力控制中。解决了阀门组合逻辑控制存在的问题,为低温冷箱提供稳定的氦气。

氦液化器的末级换热器研究

研究了氦液化器末级换热器的特性,从理论和实验两方面证明采用阻力型换热器,对提高液氦产量或制冷量的可行性。同时还论述了阻力型换热器的种类和设置阻力的方法。

氦液化器用的300升外设液化槽

研制成功的300升氦液化槽,采用了高真空气体屏的多层绝热结构,内容器与外壳之间应用了多层弹性支承结构。除颈管之外,容器还另外装有一个对外输液装置,保证在容器接入液化系统之后还可以对外输液。实测该液化槽的日蒸发率小于1%。

移动式氦液化器控制系统升级改造

低温超导高频腔技术重点实验室的车载式氦液化器控制系统存在着设备老化、自动化程度不高等缺点。在实验室建设中,对该控制系统进行了一次全面的升级改造。改造后的控制系统采用了分布式的控制策略和成熟的PLC技术,能够很好的满足液化系统自动运行的需要。

HY50型和HY10型氦液化器的外节流输液改造

介绍了对HY50型和HY10型两种氦液化器的外节流输液改造及其调试、操作方法和实际使用情况，改造后提高了输液效率，并使氦液化器的操作简单、工作可靠。

Γ—3氦液化器的现代化

苏联科学院物理研究所制造的带膨胀机的氦液化器，正以40升／时的生产能力稳定运行。但是，由于液氦需求量的增加，必须使现有液化器以其冷部件的最少改装而达到现代化。

全国产氦液化器的性能调控优化研究及其工程化应用

超导磁体一般工作在液氦温区(–269℃),需要稳定可靠的冷源为其提供保障.为满足未来高能量粒子对撞机所需高场强超导二极磁体研究的测试需求,本文针对自主研制的国内首台全国产氦液化器开展了性能调控优化研究,分别实现了冷箱和液氦杜瓦降温过程的优化控制,节省压缩机功耗分别为12.3%和25.2%,显著提高了氦液化器的经济性.在此基础上,针对用户现场不同运行工况,实现了氦液化器适应变负荷的自动控制调节功能.分析了氦液化器在各负荷状态下的运行能耗;在不考虑液氮消耗的前提下,氦液化器最低能耗为2.4 kW h/L.通过调控优化及实验测试,成功实现了氦液化器与用户端磁体测试平台的联合运行,并通过了全国产氦液化器的长时间运行可靠性测试,满足了磁体测试系统对其低温制冷系统在稳定性和可靠性方面的要求.目前,该氦液化器已累计稳定运行超过两个月,生产液氦超过35000 L,推动首台国产化加速器高场强超导二极磁体取得了12.47 T磁场强度新指标的突破.这是全国产氦液化器首次应用于超导二极磁体测试平台,该工程应用未来可进行进一步推广.

氦制冷机和液化器中的纯化系统

主要介绍了氦制冷机和氦液化器中应用的几种典型的氦纯化器的工作原理、主要工作程序和优缺点；并介绍和讨论了几种氦纯化器的设计方案、吸附量的计算以及可用于氦纯化器的工程设计。

氦液化器内纯化器实验与模拟研究

利用内纯化器实验平台,对氦氮混合气体及氦氧混合气体进行了纯化实验,根据实验结果计算出换热器UA随着压力及气体组分的变化,分析冷凝液膜的变化及对内纯化器换热性能的影响;建立全尺寸冷凝换热器模型,增加氦气-空气混合气体,进行模拟计算,得到管内外流体温度场分布,计算UA值的变化并与实验结果对比,进一步计算了管外流体Nu数、Pr数及Re数的变化,并和利用传热科伯因子法计算得到的Nu数相比较,发现在内纯化器冷凝换热器设计中存在的问题及改进的方向。

高效双压氦液化循环研究

为了实现氦液化系统的高效性,提出了一种新型双压氦液化循环,探索在相同的高压压力下,流程参数、部件效率、系统液化率及(火用)效率等重要参数随中压压力的变化规律.结果表明:改变中压压力,流程液化率随着中压压力的增加而增加,而(火用)效率随之减小,当中压压力为7.0×10^(5)Pa时,液化量为90.46 L/h,(火用)效率达到最大值18.6%,当中压压力为12.5×10^(5)Pa时,液化量和(火用)效率分别为107.4 L/h和17.5%;双压氦液化循环相较于modified-Claude(修正-克劳德)循环,减小了节流阀处的损失,同时降低了系统功耗,提高了系统整体的(火用)效率.

氦制冷机节流级的最佳工作点

在氦制冷机 /液化器中 ,最末级的冷却一般采用节流方式。节流级的各参数的选择必然会影响氦制冷机的制冷量或氦液化率。讨论了节流级节流前压力、末级换热器的热端温度及其效率对制冷量或液化率的影响 。

大型氦低温系统多变量控制

大型氦低温系统广泛应用于各类大科学装置中,运行中往往会产生热脉冲,通过负载端传导给制冷系统,对制冷系统产生热冲击。为了研究和应对热冲击,建立了一种多变量控制策略并得到了相关仿真和实验结果。首先以真实系统为基础建立了氦低温系统的动态仿真模型,同时建立了一个基于模糊神经网络的多变量协同控制策略,并将其应用在仿真液化器模型和一个真实的氦透平制冷系统上,得到了低温系统降温过程和控制过程的仿真和实验数据。仿真和实验结果显示本策略的偏差积分量为0.016 5,下降时间为102 s,上升时间为112 s。普通PID的的偏差积分量为0.026 9,下降时间为154 s,上升时间为170 s。通过仿真和实验过程的比较,验证了本文建立的动态仿真模型具有可用的精度,证明了本策略具有较好的控制效果。

液氦外节流输液系统及其调试

本文介绍了我们研制的氦液化器外节流装置和外节流输液管的结构和性能,以及调试、操作方法等。与传统输液方法比较,提高输液效率20％以上。

超流性的发现与卡皮查的贡献

本文介绍了卡皮查有关经历和他发现超流性 ,以及他对艾伦独立发现超流性的重要作用 .

日本低温工程和低温制冷机的发展

日本从国外进口的第一台氦液化器于1952年安装在东北大学，这是一台ADL柯林斯液化器。在K．Oshima领导下，并得到日本氧气公司的支持，在东京大学成功地制造了日本第一台氦液化器。它是一台级联式液化器，于1954年生产液氦。这项工作的成功，拉开了日本固体物理学及其应用领域大发展的帷幕。

日本在制冷技术方面的研究活动

日本在低温制冷领域(温度低于20K)开展的研究工作是东北大学从研究低温物理开始的。在早期研究工作阶段，除积累了一些基本物理数据外，还在制造氦液化器方面做了一番努力。可是，日本第一台氦液化器是一台进口的ADL柯林斯机器，该机于1952年安装在东北大学。在随后的十年里，另外几所大学、

真空工艺用低温设备和部件

一、前言过去用在真空方面的低温设备只限于使用液氮(77.3K)冷阱和吸附泵等。可是,近年来,极低温制冷机已工业化生产,使用低温机械的低温泵市场上也有出售。并且液氢(20.4K)和液氦(4.2K)目前已经能够方便地得到,真空技术和低温技术之间的相互联系越来越密切。在这种情况下,真空技术人员充分地理解低温技术是很重要的。

氦与低温物理学发展的关系

氦是元素周期表中一种普通的惰性气体元素。然而现代低温物理与技术的发展都和氦有着密切关系。 1868年有人利用分光镜观察太阳表面,发现一条新的黄色谱线。经核对,这条谱线并不属于任何已知元素,当时认为此谱线为太阳上的某个未知元素,命名为helium(氦),直至1895年英国化学家拉姆齐(1852～1916)将钇铀矿置于硫酸中加热,得到一种新的惰性气体并用光谱实验确认这种气体就是1868年所发现的所谓太阳上的元素氦。

建立国际一流的科研管理体系

从国立中央研究院物理研究所到中国科学院应用物理研究所,再到中国科学院物理研究所,走过了90个春秋。90年来,物理所一直是中国尖端科技成果的发祥地——中国第一台氢液化器、中国第一台氦液化器、中国第一块钕铁硼永磁材料……据不完全统计,物理所及应用物理所累计承担各类科研项目3000余项;1978—2017年,共获各类科技成果奖460余项,我所赵忠贤研究员获2016年度国家最高科学技术奖。

院士寄语

周远低 温工程、制冷技术专家。 长期从事低温工程技术研究，在建立液氦和液氢温区条件及其应用中作出了重要贡献，并在新型制冷技术研究中取得了创造性的成绩。上世纪60年代在国内首先采用直拉进排气阀式长活塞型膨胀机替代液氢研制成氦液化器，为我国低温物理实验和超导技术的发展打下基础。1986年在国内首先开展脉冲管制冷机的研究工作，1988年首先提出了二级脉冲管制冷，1990年用实验验证和揭示了双向进气脉冲管的优异性能，1992年提出创新的多路旁通流程，1998年率先将同轴结构、多路旁通和非对称喷嘴结合用在微型高频脉冲管制冷机上，获得国内外同行的高度肯定。