氦制冷系统气体轴承透平膨胀机设计

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张林林
（航天低温推进剂技术国家重点实验室
摘要：描述了氦制冷系统的流程设计，根据流程确定系统关键部件透平膨胀机的参数，设计并
研制了一台氦气透平膨胀机。为达到氦透平膨胀机高速稳定性及高绝热效率的要求，采用ＮＲＥＣ对
（ＴｅｃｈｎｉｃａｌＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＰｈｙｓｉｃｓａｎｄＣｈｅｍｉｓｔｒｙ，ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｉｃｏｆＳｃｉｅｎｃｅ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１００１９０，Ｃｈｉｎａ）（ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｙｒｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｉｎＳｐａｃｅＣｙｏｒｇｅｎｉｃＰｒｏｐｅｌｌａｎｔｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００２８，Ｃｈｉｎａ）
氦透平膨胀机优化通流部分，采用ＦＬＵＥＮＴ分析气体轴承性能，优化气体轴承机构，采用ＡＮＳＹＳ分析优化转子结构参数，提高转子临界转速。现场试验结果表明优化设计后的氦透平膨胀机，在转速１２
Ｄｅｓｉｇｎｏｆｔｕｒｂｏ－ｅｘｐａｎｄｅｒｉｎｈｅｌｉｕｍｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ
ＳｕｎＬｉｊｉａＳｕｎＹｕＲｅｎＸｉａｏｋｕｎＺｈａｎｇＷｕ。・ＺｈａｎｇＬｉｎｌｉｎ
万转／分钟稳定运行，绝热效率达到７２％以上，达到了系统设计要求。关键词：氦制冷系统透平膨胀机气体轴承
中图分类号：ＴＢ６５３
文献标识码：Ａ
文章编号：１０００－６５１６（２０１３）０３－０００７￣４
ｏｐｔｉｍｉｚｅｄｗｉｔｈＡＮＳＹＳ．Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｈｅｌｉｕｍｔｕｒｂｏ — ｅｘｐａｎｄｅｒｒｕｎｓｔｅａｄｉｌｙａｔｔｈｅｓｐｅｅｄｏｆ１２０ｋｒｐｍ，ｔｈｅｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｉｓｏｖｅｒ７２％，ｗｈｉｃｈｓａｔｉｓｆｉｅｓｔｈｅｄｅｓｉｇｎｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ．
２０１３年第３期总第１９３期
低温工程
ＣＲＹ０ＧＥＮＩＣＳ
ＮＯ氦制冷系统气体轴承透平膨胀机设计
孙立佳孙郁任小坤张武
（中国科学院理化技术研究所北京１００１９０）北京１０００２８）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｈｅｌｉｕｍｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｗａｓｄｅｓｃｒｉｂｅｄ，ｔｈｅｔｅｃｈｎｉｃａｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｔｕｒｂｉｎｅｗｅｒｅｄｅｔｅｒ－ｍｉｎｅｄｂａｓｅｄｏｎｓｙｓｔｅｍｐｒｏｃｅｓｓ，ｗｈｉｃｈｗａｓｉｎｋｅｙｐａｎｓ，ｔｈｅｎａｈｅｌｉｕｍｔｕｒｂｏ－ｅｘｐａｎｄｅｒｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｔｈｅｋｅｙｉｓｓｕｅｓｏｌｕｔｉｏｎｓｗｅｒｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄｉｎｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｈｅｌｉｕｍｇａｓｂｅａｒｉｎｇｔｕｒｂｏ－ｅｘｐａｎｄｅｒ．ｆ０ｒｈｉｇｈｓｔａｂｉｌｉ — ｔｙａｎｄｈｉｇｈｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ．ＳｕｃｈａｓｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇｔｈｅｆｌｏｗｉｅｆｌｄｏｆｔｕｒｂｉｎｅｗｉｔｈＮＲＥＣ，ａｎａｌｙｚｉｎｇａｎｄｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｇａｓｂｅａｒｉｎｇｗｉｔｈＦＬＵＥＮＴ．Ｔｈｅｓｈａｔｆｐａｒａｍｅｔｅｒｓｗｉｔｈｈｉｇｈｃｒｉｔｉｃａｌｓｐｅｅｄｗａｓａｎａｌｙｚｅｄａｎｄ