大功率涡旋式氦压缩机系统的研制

　　1 引言

　　氦压缩机系统是低温制冷机系统和低温真空泵系统的主要组成部分,其主要作用是为制冷机系统中的膨胀机(也称/冷头0)提供必要的高压纯净的氦气作为系统的制冷工质,氦气的纯度高于99. 995%。氦压缩机系统主要是由压缩机、滤油器、吸附器、热交换器四大部件组成的,再配上电气控制系统组合成一个有机的整体,作为低温制冷机系统或低温真空泵系统的一个独立的单元。

　　随着近几年来我国在航空航天领域以及微电子产业方面的资金投入不断加大,促进了这些行业的快速发展,新技术新工艺也在日新月异地出现,配合这些尖端技术深低温产业也获得了快速发展,特别是大冷量G-M低温制冷机和低温真空泵的市场需求在这几年有了快速的提高。为了赢得市场,我公司已经在研制大冷量的G-M制冷机,而大冷量的制冷机要求有大功率、大排气量的氦压缩机来提供高压氦气源。

　　本文主要介绍功率为5. 6kW的涡旋式氦压缩机系统的研制情况,该氦压缩机的排气压力为2. 0MPa~2. 3MPa,吸气压力为0. 4MPa~0.6MPa,采用水冷却方式。大功率、高排气压力必然导致压缩机产生较大的热量,从而给冷却和滤油带来很大的困难[1],本文主要也是解决这两方面的问题。

　　2 压缩机的改制

　　由于大功率压缩机的排气压力高、进排气压比大,这样在工作时压缩机将产生大量的压缩热,如果将常规的以氟利昂作为工质的商用空调压缩机直接拿来使用氦气作为工质,由于氦气工质的绝热指数大于氟利昂工质的绝热指数,这将会使压缩机所产生的压缩热进一步增大,压缩机的排气温度会很高,会直接导致压缩机的运行工况恶化,不但影响后续的滤油,也将影响压缩机的运行寿命。这是要对压缩机进行改制的主要原因。

　　选用5. 6kW商用涡旋式空调压缩机作为改制对象。涡旋式压缩机无吸、排气阀,结构简单、噪音低,吸、排气同时进行,无余隙、无膨胀过程,效率高,是目前普遍被选用的高效长寿命压缩机[2]。

　　经过对商用空调压缩机进行的技术结构改造,并配以特有的冷却方式,使其成为专用的氦气压缩机,彻底解决了压缩机排气温度过高的问题,大大提高了压缩机的使用寿命和可靠性。

　　3 氦压缩机系统的工作流程

　　如图1所示,氦气工质在压缩机中被压缩成高压气体(混合有润滑油蒸汽),经过热交换器的冷却后,进入到滤油器中进行油、气分离,分离过后的氦气再经过吸附器的吸附纯化变成高纯度的氦气,最终排出氦压缩机系统,以供膨胀机使用。高纯、高压氦气在膨胀机中进行膨胀作功后产生冷量,同时变成低压氦气回到氦压缩机系统中,进行下一步的循环。