陈兴亚 杨申音 赵 炜 张蓓乐 张 泽 陈双涛 侯 予*

(1 西安交通大学能源与动力工程学院 西安 710049)

(2 北京航天试验技术研究所 北京 100074)

1 引言

随着科学技术的发展,大型低温系统在核聚变、高能物理和超导系统等前沿领域得到了广泛的应用,如欧洲核子研究中心强子对撞机(LHC),国际热核实验反应堆(ITER)和国家先进核聚变实验装置超导托卡马克(EAST)。在低温系统中,关键的产冷机械是氦低温透平膨胀机,其热力性能、机械性能的优劣直接反映了系统的技术水平。除此之外,氦低温透平膨胀机还被用来给低温泵冷板降温以模拟太空的高真空低温环境,如我国KM3-KM6 系列空间环境模拟器[1]。因此,氦低温透平膨胀机的设计与开发决定了系统的经济性及可靠性,对其性能进行准确的预测与分析非常必要。

氦低温透平膨胀机的效率的高低取决于其实际膨胀过程是否接近等熵膨胀。氦透平工作轮采用三元流道可以大大提高膨胀机的效率,并改善转子的气动性能,提高透平高速运转的稳定性,从而确保低温系统的安全、高效、节能运行。低温透平膨胀机热力计算通常使用速度系数法进行流道叶型设计,然而对设计定型后的透平膨胀机在非设计工况及变工况下的性能预测仍存在较大的困难。透平膨胀机变工况性能不仅可以确定透平高效运行的工况范围,也可以反映出透平膨胀机的装配是否恰当。

本文针对氦低温透平膨胀机的热力性能,基于一……