用于羽流超低温实验的氦气回收液化系统

1.本发明属于真空科学技术领域，涉及一种用于羽流超低温实验的氦气回收液化系统。


背景技术：

2.真空羽流效应实验主要用于航天器姿轨控发动机的羽流试验研究，可对电推进发动机或化学推进发动机的真空羽流效应进行模拟，为了有效模拟发动机在真空深冷环境中的工作状态，发动机羽流试验时对舱内环境的真空要求非常苛刻，如极低的背景环境温度(零下260度以下)、超高的环境真空度(1.0e-6pa)。
3.为满足上述真空深冷的试验需求，需要在舱内布置大面积液氦热沉，同时往液氦热沉通入超低温液氦制冷，这就需要配置符合羽流试验需求的液氦输送系统。
4.液氦输送系统的主要作用是为舱内液氦热沉提供液氦制冷，使液氦热沉温度低于10k并保持液氦热沉温度均匀，用于吸附舱内液氮热沉无法吸附的气体，保持舱内极高的真空度和极低的低温环境，用于模拟发动机工作时羽流真实的太空环境。
5.目前，市面上的真空羽流效应实验系统，如申请号为201310242837.2的一种大尺寸多节液氦热沉的液氦输送系统及转级方法，虽然实现了对液氦热沉的液氦供应，但该发明采用开式液氦输送系统，将液氦通过液氦热沉后的冷氦气直接排放至大气，无法实现氦气的回收与再利用，单次羽流实验液氦用量大(单次实验液氦消耗量＞5立方)、液氦准备时间长，无法满足羽流实验的常态化、多频次实验需求，浪费稀缺氦气资源，导致实验成本高昂。同时液氦供货量有限制，且供货周期长，不可能满足单次连续300h实验的用量，必须将氦气循环利用。
6.除此之外，国内还没有专门用于研究发动机羽流试验的大型真空环境模拟试验设备，且传统的低温模拟都靠液氮制冷来实现，最低温度只能达到液氮温区(77k)，无法吸附发动机羽流气体(氮气、氧气、氢气等)，也就无法保证高的环境真空度。


技术实现要素：

7.为了解决上述问题，本发明提出一种了用于羽流超低温实验的氦气回收液化系统，对氦进行闭式循环和回收，实现了发动机羽流实验时对氦气的实时制冷、实时液化与实时回收，大幅降低了羽流超低温实验成本和实验时液氦的需求量，实验前仅需要准备少量氦气即可满足系统运行，实验准备时间大幅缩短。
8.所述的氦气回收液化系统包括：高纯氦储存系统1、氦气制冷与液化系统2、氦气回收系统3、氦气纯化系统4、氦气纯度分析系统5、液氦储存系统6和液氦热沉系统7。
9.高纯氦储存系统1提前存储高纯氦气，通过氦气制冷与液化系统2将氦气液化和制冷；并输送到液化机中，利用氦气纯度分析系统5对液化机产出的氦气纯度进行检测，当氦气中的氮气、水气及碳氢化合物，三者之和＜50ppm时，则氦气纯度大于99.995％，则储存于液氦储存系统6中，供液氦热沉系统7降温使用。
10.否则，启动氦气回收系统3，完成不纯氦气的回收与存储，利用氦气纯化系统4将氦气纯度＜99.995％的不纯氦气纯化成氦气纯度≥99.999％的高纯氦气，并存储于高纯氦储存系统1中，再次返回到氦气制冷与液化系统2。
11.液氦热沉系统7依据羽流实验需求，利用液氦或低温氦气实现液氦热沉本身的温度控制，吸附碳、氢、氧、氮等多组分羽流气体，完成超高真空羽流实验；
12.同时，通过将液氦热沉系统7的出入口管道与氦气制冷与液化系统2相连，将未用完的氦气送回，实现氦气的闭式循环以及氦气的实时液化、实时制冷。
13.所述液氦热沉系统7选用100液氦热沉，位于真空舱体内部，通过液氦或冷氦降温、制冷，用于羽流实验超低温真空抽气；
14.所述高纯氦储存系统1选用前后安装阀门的101稳压罐，用于存储高压纯氮气；
15.所述氦气制冷与液化系统2包括102循环压缩机、103除油系统和105氦液化机；
16.其中，102循环压缩机为101稳压罐输出的氦气加压循环，并输出给103除油系统，进行油水过滤和分离，使氦气无油、保持干燥；当满足105氦液化机的要求后，105氦液化机将常温氦气制冷到指定温度或液化成液氦储存，最后输送到100液氦热沉根据需要选择工作模式：
17.当100液氦热沉的冷量需求小于480w/h，采用制冷模式，通过输送低温冷氦气实现液氦热沉的降温；当100液氦热沉的冷量需求大于等于480w/h，采用液化模式，先将常温氦气液化成液氦储存于106液氦杜瓦中，通过输送大流量液氦实现液氦热沉的深冷抽气。
18.所述氦气纯度分析系统5选用104氦气纯度分析仪；通过分析仪入口阀与103除油系统的出口管道相连，当检测除油系统出口的氦气纯度，满足使用要求后进入105氦气液化机；不满足要求后，通过分析仪入口阀与107第一汽化器出口管道相连，进行不纯氦气的回收；
19.所述氦气回收系统3包括107第一汽化器、108第二汽化器、109电加热器、110氦气气囊、111高压压缩机、112油水分离器和113氦气高压储罐；
20.107第一汽化器与100液氦热沉相连，108第二汽化器位于107第一汽化器后部，两个汽化器用于将低温氦气回温至室温；109电加热器串联于108第二汽化器后部，将氦气加温至20℃，保证110氦气气囊正常工作；110氦气气囊用于临时存储不纯氦气；111高压压缩机位于110氦气气囊后部，用于将临时存储的不纯氦气压缩；112油水分离器位于111高压压缩机后部，用于去除经压缩后氦气中的油、水；113氦气高压储罐位于112油水分离器后部，用于储存高压不纯氦气；
21.所述氦气纯化系统4包括114减压器、115干燥器和116氦气纯化器；
22.114减压器位于113氦气高压储罐后部，115干燥器位于114减压器后部，用于将高压的不纯氦气减压至2mpa以下，并干燥后输入后部连接的116氦气纯化器中纯化成高纯氦气；116氦气纯化器连接101稳压罐，将纯化后的高纯氦气进行存储；
23.所述液氦储存系统6选用106液氦杜瓦，位于105氦液化机末端，用于储存液化机产生的液氦，供液氦热沉使用；并同时连接100液氦热沉的入口管道，向100液氦热沉输送液氦；
24.本发明的优点和积极效果在于：
25.1、用于羽流超低温实验的氦气回收液化系统，为闭式循环的回收系统，实现了氦
气的实时液化、实时制冷和实时回收，极大地节约了氦气资源，实验前不用准备大量氦气；
26.2、用于羽流超低温实验的氦气回收液化系统，能够为液氦热沉提供4.2k-80k任意温度下的超低温制冷；
27.3、用于羽流超低温实验的氦气回收液化系统，设有高纯氦储存系统，用于存储纯度5n(99.999％)的高纯氦气，稳压罐储存压力最大为12.7bar；
28.4、用于羽流超低温实验的氦气回收液化系统，设有氦气制冷与液化系统，通过将液氦热沉出入口管道与氦气制冷与液化系统的送回气管道相连，实现氦气的闭式循环，可实现氦气的实时液化、实时制冷，将氦气循环再利用，节约了氦气资源，大幅降低了实验成本。
29.5、用于羽流超低温实验的氦气回收液化系统，设有氦气回收系统，用于不纯氦气的回收与储存，否则会损坏氦液化机；高压压缩机出口设有单向阀，防止压缩机停机时其出口处高压氦气回流至压缩机导致压缩机损坏；
30.6、用于羽流超低温实验的氦气回收液化系统，原理清晰，相对已有的开式液氦系统来说实验所需氦气量少，长期实验成本低。
附图说明
31.图1是本发明提供的用于羽流超低温实验的氦气回收液化系统图。
具体实施方式
32.下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
33.本发明提供的用于羽流超低温实验的氦气回收液化系统，可以应用于姿轨控火箭发动机真空羽流效应的试验研究中，同样也可应用于其他技术领域的超低温真空试验中。
34.所述的氦气回收液化系统包括：高纯氦储存系统1、氦气制冷与液化系统2、氦气回收系统3、氦气纯化系统4、氦气纯度分析系统5、液氦储存系统6和液氦热沉系统7。按照系统流程图安装设备、管道和阀门，组成氦气回收液化系统，实现氦气的实时液化、实时制冷和实时回收。
35.高纯氦储存系统1提前存储高纯氦气，通过氦气制冷与液化系统2将氦气液化和制冷；并输送到液化机中，利用氦气纯度分析系统5对液化机产出的氦气纯度进行检测，当氦气中的氮气、水气及碳氢化合物，三者之和＜50ppm时，则氦气纯度大于99.995％，则储存于液氦储存系统6中，供液氦热沉系统7降温使用。
36.否则，启动氦气回收系统3，完成不纯氦气的回收与存储，利用氦气纯化系统4将氦气纯度＜99.995％的不纯氦气纯化成氦气纯度≥99.999％的高纯氦气，并存储于高纯氦储存系统1中，再次返回到氦气制冷与液化系统2。
37.液氦热沉系统7依据羽流实验需求，利用液氦或低温氦气实现液氦热沉本身的温度控制，吸附碳、氢、氧、氮等多组分羽流气体，完成超高真空羽流实验；
38.同时，通过将液氦热沉系统7的出入口管道与氦气制冷与液化系统2相连，将未用完的氦气送回，实现氦气的闭式循环以及氦气的实时液化、实时制冷。
39.高纯氦储存系统1主要用于存储高纯氦气，实验前将市场购买的纯度5n(99.999％)的高纯氦气存储于稳压罐，稳压罐储存压力最大为12.7bar，以满足102氦气循
环压缩机使用需求。
40.如图1所示，高纯氦储存系统1包括101稳压罐、v12稳压罐出气阀、v50稳压罐进气阀、v51第一安全阀截止阀和v52第一安全阀。
41.通过v50稳压罐进气阀将高纯氦气充入101稳压罐，直到压力达到12.7bar为止；v52第一安全阀用于防止101稳压罐压力过高，放气用，排气压力15bar；在101稳压罐和v52第一安全阀之间安装有v51第一安全阀截止阀，该截止阀平时处于全开状态，仅在v52第一安全阀定期质检时关闭，好处是安全阀定期质检时不用将稳压罐内氦气排空，该方法可节约氦气资源、降低实验成本。
42.氦气制冷与液化系统2主要用于氦气液化和制冷，根据发动机羽流实验需求，有氦气液化模式和氦气制冷模式两种实验模式供选取。当液氦热沉的冷量需求小于480w/h，采用制冷模式，通过输送低温冷氦气实现液氦热沉的降温；当液氦热沉的冷量需求大于等于480w/h，采用液化模式，先将常温氦气液化成液氦储存于106液氦杜瓦中，通过输送大流量液氦实现液氦热沉的深冷抽气，以满足液氦热沉的大冷量需求。两种工作模式可通过计算机自动或手动控制；
43.氦气制冷与液化系统2包括102循环压缩机、103除油系统、105氦液化机、v13高压收气阀、v14低压补气阀、v15大旁通阀、v16小旁通阀、v18液化机高压进气阀、v19液化机低压回气阀、v20液化机出液阀、v21杜瓦回气阀、v23第一低温回气阀、v24第二低温回气阀、v25第三低温回气阀、v26第一制冷阀、v27第二制冷阀、107第一汽化器、v1第一汽化器入口阀、v5第一汽化器出口阀、t1第一汽化器入口管道温度传感器、t2第一汽化器出口管道温度传感器、t3第一低温回气阀管道温度传感器、t4第二低温回气阀管道温度传感器、t5第三低温回气阀管道温度传感器。
44.其中，102循环压缩机为经过v12稳压罐出气阀输出的氦气加压循环，为105氦液化机工作提供动力源，102循环压缩机入口的氦气压力为1.05-1.1bar(表压)，102循环压缩机出口的氦气压力为14.7bar(绝压)；103除油系统位于102循环压缩机出口处，用于将循环压缩机出来的氦气进行油水过滤、分离，使得油水量低至1ppm量级，满足105氦液化机的工作要求；105氦液化机用于将常温氦气制冷到指定温度或液化成液氦储存，低温制冷温度范围80k-4.5k，液化温度4.2k，自动控制模式，根据液氦热沉需要选择工作模式；
45.v13高压收气阀用于回收氦气至101稳压罐，循环压缩机停机后，将高纯氦气自动回收至101稳压罐储存，避免氦气浪费；v14低压补气阀用于向102循环压缩机入口补充氦气，避免入口压力过低导致102循环压缩机停机保护，影响105氦液化机的正常工作；v15大旁通阀和v16小旁通阀用于102循环压缩机的自循环启动，建立102循环压缩机的初始工作压力，102循环压缩机启动时，先自动开启v16小旁通阀，慢慢启动循环压缩机，待氦气流量达到额定值的60％时，自动开启v15大旁通阀，同时关闭v16小旁通阀，直至氦气流量和压力达到稳态运行，为保证102循环压缩机的平稳启动，v16小旁通阀的通径尺寸须为v15大旁通阀的通径尺寸的一半；v18液化机高压进气阀主要用于105氦液化机高压进气，通过管道将103除油系统与105氦液化机的进气管道连接；v19液化机低压回气阀主要用于氦气回流至102循环压缩机低压入口，通过管道将105氦液化机的低压回气口与102循环压缩机的低压入口相连，实现循环压缩机与氦液化机的闭式循环；v20液化机出液阀用于将生产的液氦输送至106液氦杜瓦；v21杜瓦回气阀用于将106液氦杜瓦内增发的冷氦气回送至105氦液化
机，实现冷量回收和氦气回收，节约能源和氦气；v23第一低温回气阀用于40k-80k冷氦气回流；v24第二低温回气阀用于20k-40k冷氦气回流；v25第三低温回气阀用于5k-20k冷氦气回流，完成冷量回收，减小能耗、提高制冷效率；v26第一制冷阀用于60k量级冷氦气供应，v27第二制冷阀用于20k量级冷氦气供应，通过输送管道送至100液氦热沉入口，实现对100液氦热沉的降温和制冷；v26第一制冷阀和v27第二制冷阀可通过测控系统自动调节开度，实现两路冷量的任意流量混合，通过v26第一制冷阀和v27第二制冷阀的自动化控制，使得100液氦热沉入口处的冷氦气温度在20k-80k任意温区可调；
46.107第一汽化器用于将100液氦热沉中输出的温度≥80k的冷氦气升温至常温，100液氦热沉的出口冷氦气温度≥80k时，须将氦气通过管道送往第一汽化器，不能将氦气直接送往液化机，影响液化机制冷效率；v1第一汽化器入口阀用于控制进入第一汽化器的氦气量，有全开和全关两种状态；v5第一汽化器出口阀用于控制进入循环压缩机的氦气量，有全开和全关两种状态；t1第一汽化器入口管道温度传感器位于第一汽化器入口三通管道前端，用于监控此处氦气温度，当氦气温度＜80k时进入氦液化机管道，当氦气温度≥80k时进入第一汽化器入口管道；t2第一汽化器出口管道温度传感器位于第一汽化器出口三通管道处，用于监控此处氦气温度，避免循环压缩机入口处氦气温度过低，导致循环压缩机停机保护，要求循环压缩机入口氦气温度≥5℃，如果温度低于5℃则将氦气引至108第二汽化器；t3第一低温回气阀管道温度传感器位于v23第一低温回气阀前端所在管道上，用于检测该管路氦气温度，当氦气温度为40k-80k，开启v23第一低温回气阀，氦气走此路进液化机回收冷量；t4第二低温回气阀管道温度传感器位于v24第二低温回气阀前端所在管道上，用于检测该管路氦气温度，当氦气温度为20k-40k，开启v24第二低温回气阀，氦气走此路进液化机回收冷量；t5第三低温回气阀管道温度传感器位于v25第三低温回气阀前端所在管道上，用于检测该管路氦气温度，当氦气温度为5k-20k，开启v25第三低温回气阀，氦气走此路进液化机回收冷量。
47.氦气回收系统3主要用于不纯氦气的回收与储存，高压储罐最大储存压力20mpa。当经过液氦热沉的氦气纯度或者103除油系统出口处的氦气纯度无法满足105氦液化机的运行要求时，启动氦气回收系统3，完成氦气的回收与存储，否则损坏105氦液化机。
48.氦气回收系统3包括108第二汽化器、109电加热器、110氦气气囊、111高压压缩机、112油水分离器、113氦气高压储罐、v2第二汽化器入口阀、v6高压压缩机入口阀、d7高压压缩机出口单向阀、v7高压压缩机出口阀、v8氦气高压储罐进口阀、v26氦气高压储罐出口阀、v60高压储罐抽空阀、v61第二安全阀截止阀、v62第二安全阀、v72第三安全阀。
49.108第二汽化器位于107第一汽化器后部，用于将低温氦气进一步回温至室温；109电加热器位于108第二汽化器后部，与其串联，防止108第二汽化器因长时间工作导致出口氦气温度过低，将氦气加温至20℃，保证110氦气气囊正常工作，避免气囊因低温冻裂；110氦气气囊位于109电加热器后部，用于临时存储不纯氦气，氦气气囊体积≥200立方米，常压储存；111高压压缩机位于110氦气气囊后部，用于将临时存储于110氦气气囊中的氦气压缩至高压储罐，将氦气高压压缩，不占体积，采用自动控制模式，待氦气气囊中氦气体积≥氦气气囊总体积的三分之二时，自动启动氦气高压压缩机抽气压缩，待氦气气囊中氦气体积≤氦气气囊总体积的五分之一时，自动停止氦气高压压缩机；
50.112油水分离器位于111氦气高压压缩机后部，用于去除经过高压压缩机后氦气中
的油水；113氦气高压储罐位于112油水分离器后部，用于储存高压不纯氦气，最大储存压力≤20mpa，储罐容积≥10立方米；v2第二汽化器入口阀位于第一汽化器后部，用于控制进入第二汽化器的氦气量，有全开、全闭两种状态，当氦气不纯时全开，将氦气输送至第二汽化器；v6高压压缩机入口阀位于高压压缩机入口，用于控制进入压缩机的进气量；d7高压压缩机出口单向阀位于高压压缩机出口，防止压缩机停机时其出口处高压氦气回流至压缩机导致压缩机损坏；v7高压压缩机出口阀位于高压压缩机出口单向阀后部，用于控制进入油水分离器的氦气量；v8氦气高压储罐进口阀位于油水分离器出口，用于控制进入氦气高压储罐的氦气量；v26氦气高压储罐出口阀位于氦气高压储罐出口，用于控制高压储罐的出气量；v60高压储罐抽空阀位于高压储罐本体下部，用于高压储罐真空抽气，kf接口，进氦气前须将高压储罐内的空气抽除，利用真空泵将高压储罐抽空至100帕以下，避免混入过量空气影响氦气纯度，不利于后续氦气的纯化；v62第二安全阀用于防止高压储罐压力过高，放气用，排气压力20.5mpa；在高压储罐和v62第二安全阀之间安装有v61第二安全阀截止阀，第二安全阀截止阀平时处于全开状态，仅在v61第二安全阀截止阀定期质检时关闭，好处是安全阀定期质检时不用将高压储罐内氦气排空，该方法可节约氦气资源、降低实验成本；v72第三安全阀位于氦气气囊出口管道上，避免气囊超压，放气用，排气压力1.05bar。
51.氦气纯化系统4主要用于将氦气纯度＜99.995％的不纯氦气纯化成氦气纯度≥99.999％的高纯氦气，并存储于氦气稳压罐中，以满足氦液化机使用要求。
52.氦气纯化系统包括114减压器、115干燥器、116氦气纯化器、v9干燥器入口阀、v10干燥器出口阀和v11氦气纯化器出口阀。
53.114减压器位于氦气高压储罐后部，用于将高压储罐中的高压气体减压至2mpa以下，以满足氦气纯化器使用要求；115干燥器位于114减压器后部，用于干燥氦气，去除氦气中残留的水汽；116氦气纯化器位于115干燥器后部，用于将不纯氦气纯化成高纯氦气，经过116氦气纯化器后的氦气纯度≥99.999％；116氦气纯化器连接101稳压罐，将纯化后的高纯氦气进行存储；v9干燥器入口阀位于干燥器入口，用于控制进入115干燥器的氦气流量；v10干燥器出口阀位于115干燥器出口，用于控制流出干燥器的氦气流量；v11氦气纯化器出口阀位于116氦气纯化器出口，用于控制流出纯化器的氦气流量。
54.氦气纯度分析系统5用于氦气纯度检测，可对氦气中的氮气、水气及碳氢化合物进行ppm量级分析，当三者之和＜50ppm时，则氦气纯度大于99.995％，满足105氦液化机使用需求，否则启动氦气回收系统，将不纯氦气储存于高压储罐，待纯化使用。
55.氦气纯度分析系统包括104氦气纯度分析仪、v17a分析仪第一入口阀、v17b分析仪第二入口阀和v17c分析仪出口阀。
56.104氦气纯度分析仪用于氦气纯度分析，可对氦气中含有的氮气、水及碳氢化合物进行ppm量级分析，确保氦气纯度可靠；v17a分析仪第一入口阀一端与103除油系统出口管道相连，另一端与104氦气纯度分析仪入口相连，用于检测除油系统出口氦气纯度，氦气纯度满足105氦液化机使用要求后方可进入液化机；v17b分析仪第二入口阀一端与107第一汽化器出口管道相连，另一端与104氦气纯度分析仪入口相连，用于检测第一汽化器出口氦气纯度，氦气纯度满足循环压缩机使用要求后方可进入循环压缩机；v17c分析仪出口阀一端与氦气气囊入口管道相连，另一端与104氦气纯度分析仪出口相连，利用110氦气气囊持续回收经氦气纯度分析仪检测的氦气，避免氦气浪费，节约资源。
57.液氦储存系统6用于液氦储存，将氦液化机产出的液氦储存于液氦杜瓦中，供液氦热沉降温使用。
58.液氦储存系统包括106液氦杜瓦、v28液氦杜瓦送液阀、t6液氦杜瓦进液管道温度传感器和t7液氦杜瓦送液管道温度传感器。
59.106液氦杜瓦位于105氦液化机末端，用于储存液化机产生的液氦，供液氦热沉使用；v28液氦杜瓦送液阀一端与100液氦热沉的入口管道相连，另一端与106液氦杜瓦出液管道相连，用于向106液氦热沉输送液氦；t6液氦杜瓦进液管道温度传感器安装在106液氦杜瓦的进液管道上，用于监控该路管道氦温度；t7液氦杜瓦送液管道温度传感器安装在106液氦杜瓦的送液管道上，用于监控该路管道氦温度。
60.液氦热沉系统7主要用于羽流气体超低温吸附，依据羽流实验需求，利用液氦或低温氦气实现液氦热沉本身的温度控制，吸附碳、氢、氧、氮等多组分羽流气体，完成超高真空羽流实验。
61.液氦热沉系统包括100液氦热沉、v3液氦热沉管道入口阀、v4液氦热沉管道出口阀和t8液氦热沉管道入口温度。
62.100液氦热沉位于真空舱体内部，通过液氦或冷氦气降温、制冷，用于羽流实验超低温真空抽气；v3液氦热沉管道入口阀位于液氦热沉入口管道，用于控制进入液氦热沉的液氦流量或者冷氦气流量；v4液氦热沉管道出口阀位于液氦热沉出口管道，用于控制流出液氦热沉的液氦流量或者冷氦气流量；t8液氦热沉管道入口温度安装在液氦热沉入口管道，用于监控液氦热沉入口处的氦温度，便于系统测量与控制。

技术特征：
1.用于羽流超低温实验的氦气回收液化系统，其特征在于，具体包括：高纯氦储存系统(1)、氦气制冷与液化系统(2)、氦气回收系统(3)、氦气纯化系统(4)、氦气纯度分析系统(5)、液氦储存系统(6)和液氦热沉系统(7)；高纯氦储存系统(1)提前存储高纯氦气，通过氦气制冷与液化系统(2)将氦气液化和制冷；并输送到液化机中，利用氦气纯度分析系统(5)对液化机产出的氦气纯度进行检测，当氦气中的氮气、水气及碳氢化合物，三者之和＜50ppm时，则氦气纯度大于99.995％，则储存于液氦储存系统(6)中，供液氦热沉系统(7)降温使用；否则，启动氦气回收系统(3)，完成不纯氦气的回收与存储，利用氦气纯化系统4将氦气纯度＜99.995％的不纯氦气纯化成氦气纯度≥99.999％的高纯氦气，并存储于高纯氦储存系统(1)中，再次返回到氦气制冷与液化系统(2)；液氦热沉系统(7)依据羽流实验需求，利用液氦或低温氦气实现液氦热沉本身的温度控制，吸附碳、氢、氧和氮多组分羽流气体，完成超高真空羽流实验。2.如权利要求1所述的用于羽流超低温实验的氦气回收液化系统，其特征在于，所述液氦热沉系统(7)的出入口管道与氦气制冷与液化系统(2)相连，将未用完的氦气送回，实现氦气的闭式循环以及氦气的实时液化、实时制冷。3.如权利要求1所述的用于羽流超低温实验的氦气回收液化系统，其特征在于，所述液氦热沉系统(7)选用液氦热沉(100)，位于真空舱体内部，通过液氦或冷氦降温、制冷，用于羽流实验超低温真空抽气；所述高纯氦储存系统(1)选用前后安装阀门的稳压罐(101)，用于存储高压纯氮气；所述氦气制冷与液化系统(2)包括循环压缩机(102)、除油系统(103)和氦液化机(105)；其中，循环压缩机(102)为稳压罐(101)输出的氦气加压循环，并输出给除油系统(103)，进行油水过滤和分离，使氦气无油、保持干燥；当满足氦液化机(105)的要求后，氦液化机(105)将常温氦气制冷到指定温度或液化成液氦储存，最后输送到液氦热沉(100)根据需要选择工作模式：所述氦气纯度分析系统(5)选用氦气纯度分析仪(104)；通过分析仪入口阀与除油系统(103)的出口管道相连，当检测除油系统出口的氦气纯度，满足使用要求后进入氦气液化机(105)；不满足要求后，通过分析仪入口阀与第一汽化器(107)出口管道相连，进行不纯氦气的回收；所述氦气回收系统(3)包括第一汽化器(107)、第二汽化器(108)、电加热器(109)、氦气气囊(110)、高压压缩机(111)、油水分离器(112)和氦气高压储罐(113)；所述氦气纯化系统(4)包括减压器(114)、干燥器(115)和氦气纯化器(116)；所述液氦储存系统(6)选用液氦杜瓦(106)，位于氦液化机(105)末端，用于储存液化机产生的液氦，供液氦热沉使用；并同时连接液氦热沉(100)的入口管道，向液氦热沉(100)输送液氦。4.如权利要求3所述的用于羽流超低温实验的氦气回收液化系统，其特征在于，所述工作模式为：当液氦热沉(100)的冷量需求小于480w/h，采用制冷模式，通过输送低温冷氦气实现液氦热沉的降温；当液氦热沉(100)的冷量需求大于等于480w/h，采用液化模式，先将常温氦
气液化成液氦储存于液氦杜瓦(106)中，通过输送大流量液氦实现液氦热沉的深冷抽气。5.如权利要求3所述的用于羽流超低温实验的氦气回收液化系统，其特征在于，所述第一汽化器(107)与液氦热沉(100)相连，第二汽化器(108)位于第一汽化器(107)后部，两个汽化器用于将低温氦气回温至室温；电加热器(109)串联于第二汽化器(108)后部，将氦气加温至20℃，保证氦气气囊(110)正常工作；氦气气囊(110)用于临时存储不纯氦气；高压压缩机(111)位于氦气气囊(110)后部，用于将临时存储的不纯氦气压缩；油水分离器(112)位于高压压缩机(111)后部，用于去除经压缩后氦气中的油、水；氦气高压储罐(113)位于油水分离器(112)后部，用于储存高压不纯氦气。6.如权利要求3所述的用于羽流超低温实验的氦气回收液化系统，其特征在于，所述减压器(114)位于氦气高压储罐(113)后部，干燥器(115)位于减压器(114)后部，用于将高压的不纯氦气减压至2mpa以下，并干燥后输入后部连接的氦气纯化器(116)中纯化成高纯氦气；氦气纯化器(116)连接稳压罐(101)，将纯化后的高纯氦气进行存储。

技术总结
本发明公开了用于羽流超低温实验的氦气回收液化系统，属于真空科学领域；具体为：高纯氦储存系统存储的氦气通过氦气制冷与液化系统进行液化和制冷，输送到液化机中，利用氦气纯度分析系统对液化机产出的氦气纯度进行检测，当为纯氦气后，储存于液氦储存系统中，供液氦热沉系统降温使用。否则，启动氦气回收系统，利用氦气纯化系统将其进行纯化，再次返回到氦气制冷与液化系统；液氦热沉系统依据羽流实验需求，利用液氦或低温氦气实现液氦热沉本身的温度控制，吸附碳、氢、氧、氮等多组分羽流气体，完成超高真空羽流实验；同时，液氦热沉系统与氦气制冷与液化系统相连，实现氦气的闭式循环以及实时液化和制冷。以及实时液化和制冷。以及实时液化和制冷。


技术研发人员：凌桂龙 蔡国飙 贺碧蛟 翁惠焱
受保护的技术使用者：北京航空航天大学
技术研发日：2023.02.15
技术公布日：2023/7/11