[发明专利]一种低温压缩机及超流氦低温系统

说明书

本发明适用于超流氦制备领域，公开了低温压缩机及超流氦低温系统，超流氦低温系统包括压缩单元、氦液化循环单元、超流氦循环单元和低温液体存储器，低温液体存储器包括液体区和蒸汽区，超流氦循环单元的低温压缩机放置在低温液体存储器中，且低温压缩机远离叶轮的一端被放置在液体区，低温压缩的叶轮被放置在蒸汽区，氦液化循环单元产生的液氦进入超流氦循环单元，在超流氦循环单元通过节流降温后进入低温液体存储器，低温压缩机对蒸汽区的氦蒸汽抽吸以使液体区底部的液氦转变为超流氦，且蒸汽区的氦通过低温压缩机增压后回到压缩单元；低温压缩机浸泡在超流氦中使用，使得旋转轴所处的温区跨度小，从而使得旋转轴不需要采用特殊设计。

技术领域

本发明涉及超流氦制备技术领域，尤其涉及一种低温压缩机及超流氦低温系统。

背景技术

随超流氦在高能物理、核聚变、超导电力等领域的广泛应用，大型超流氦低温系统已成为不可或缺的基础设施。低温压缩机是大型超流氦低温系统的关键部件，目前国际上普遍采用离心式低温压缩机对低温液体存储器中的氦蒸汽进行抽吸降压以持续不断产生超流氦。其工作介质为2K和3kPa的氦，转子转速达10⁴rpm-10⁵rpm。低温压缩机具有如下特点：(1)低温压缩机置于低温液体存储器外；(2)转轴竖直放置，叶轮设置在转轴下端，入口温度接近2K，即转轴下端温度在2K左右，驱动件在转轴上端，置于室温环境，由于驱动件等部件的发热，使得转轴上端的温度在340K附近，转轴的温区跨度大，为保证绝热效果和压缩机工作效率，转轴采用特殊结构，比如设计为细长和中空，并采用绝热材料将发热端和叶轮端隔离开来；(3)壳体需要设计复杂的冷却循环管路，并需要配套庞大的循环冷却装备，以带走电机的热量，保障低温压缩机长期稳定运行；(5)为防止外界气体污染氦气，压缩机外壳采用一体式结构，并需要做好密封措施。

发明内容

本发明的第一个目的在于提供一种低温压缩机，其旨在解决低温压缩机在使用时，由于转轴的温度跨度大，需要采取特殊结构的技术问题。

为达到上述目的，本发明提供的方案是：

一种低温压缩机，包括机壳、与所述机壳连接的蜗壳、设于所述机壳内的旋转轴、连接于所述旋转轴的末端并与所述蜗壳紧密配合的叶轮、以及用于驱动所述旋转轴旋转的驱动件，所述低温压缩机被配置为放置在低温液体存储器中使用，且所述低温压缩机远离所述叶轮的一端被放置在低温液体存储器的液体区，所述叶轮被放置在低温液体存储器的位于液体区上方的蒸汽区。

优选地，所述低温压缩机还包括设于所述蜗壳与所述机壳之间的隔热装置。

优选地，所述隔热装置为聚四氟乙烯泡沫。

优选地，所述低温压缩机还包括安装在所述机壳上的磁轴承组件、第一保护轴承、第二保护轴承、第一位移传感器、第二位移传感器、用于控制所述磁轴承组件的磁轴承控制系统和信号处理系统，所述旋转轴通过所述磁轴承组件悬浮在所述壳体组件内，所述第一保护轴承和所述第二保护轴承分别安装在所述旋转轴的两端接近末端的位置，所述第一位移传感器和所述第二位移传感器沿所述旋转轴的轴向间隔安装在所述机壳上，所述第一位移传感器和所述第二位移传感器用于同时测量所述旋转轴的径向位移和轴向位移，所述磁轴承控制系统与所述磁轴承组件通信，所述信号处理系统分别与所述第一位移传感器和所述第二位移传感器通信，所述磁轴承控制系统和所述信号处理系统均置于室温环境。

优选地，所述磁轴承组件包括第一径向永磁偏置磁轴承、第二径向永磁偏置磁轴承和轴向永磁偏置磁轴承，所述第一径向永磁偏置磁轴承和所述第二径向永磁偏置磁轴承沿所述旋转轴的轴向间隔安装在机壳上，且所述第一径向永磁偏置磁轴承设于所述第一位移传感器面向所述第二位移传感器的一侧，所述第二径向永磁偏置磁轴承设于所述第二位移传感器面向所述第一位移传感器的一侧，所述轴向永磁偏置磁轴承设于所述第一位移传感器和所述第一保护轴承之间，所述驱动件设于第一径向永磁偏置磁轴承和第二径向永磁偏置磁轴承之间。