EAST低温系统已研制氦透平膨胀机测试分析

　　1 系统介绍

　　EAST( experimental of advance superconduct-ing tokamak) 托卡马克装置在建成时，是世界上第一个全超导托卡马克[1]。EAST 低温系统是 2005年 6 月建成，并一次整体联合调试成功。在第二次实验中成功获得等离子体。EAST 装置已经进行 6 次降温实验，但是物理实验只做 5 次，第一次是整体系统调试。

　　图 1 为 EAST 氦制冷机的流程简图[3]，其核心部件是 4 台俄制氦透平膨胀机，其流程如下: 4台低压氦压机把氦气( 约 1. 0bara) 压缩到 5.0bara，经过中间冷却器冷却后送到高压氦压机，3台高压氦压缩机其出口的约 20. 0bara 的高压氦气经过净化干燥处理后，进入冷箱。进入冷箱的高压气体分为两大部分( “1”和“2”) : “1”部分来自冷箱的高压氦气经热交换器 EX8 换热、液氮预冷，当磁体温度高于 100K 时，这部分预冷后气体直接去冷外杜瓦，当磁体温度低于 100K 时，这部分预冷后的氦气经过透平膨胀机 A 膨胀降温后去冷却 EAST 装置的热辐射屏。“2”部分气体主要是冷却膨胀降温去冷却磁体，“2”部分来自冷箱的高压氦气经热交换器 EX1 换热、液氮预冷和热交换器 EX2 换热后又分为 2 个部分( “2 -1”和“2 -2”) : “2 -1”路进透平膨胀机 B 进行膨胀降温，膨胀后的气体进一步被换热器 EX4 冷却进一步降低透平 C 的进口温度，冷却后的气体进入透平 C 膨胀降温最后回到低压回路; 回气用来冷却换热器 EX5、EX4、EX3、EX2 和 EX1，最后回到低压压缩机进口。“2 -2”路高压 He 流经热交换器EX3、EX4、EX5、EX6 冷却后进入透平 D 膨胀降温。透平 D 膨胀后的气体再经过节流生产液氦或直接去冷却极向场超导磁体[2]。

　　2 已研制氦透平膨胀结构分析

　　2. 1 结构图与实物图介绍

　　EAST 低温系统新研制氦气透平膨胀机还沿袭进口俄罗斯氦透平膨胀机结构，采用油轴承与气体轴承混合结构。其主要由轴承室、转子( 叶轮和主轴) 、喷嘴、扩压器、热密封座、气体轴承、径向止推油承、止推油轴承、供油供气接口、转速计、回油罩和几个绝热块等部件组成。如图结构 2 与图实物图 3 所示。氦气体轴承采用双排圆周 8 个固有孔节流的供气孔结构形式; 径向止推油轴承径向采用 3 排圆周 8 个环面节流供油结构形式和止推单排圆周 8 个环面节流供油结构形式; 止推油轴承采用单排圆周 8 个环面节流供油结构形式。油采用的是 32#汽轮机油，油的既有支撑润滑作用也有摩擦制动出入功的作用，结构设计比较巧妙。此次研制的氦透平膨胀机为 TC型，代号 TC -16 -01。