中國科學院(yuan)理(li)化技(ji)術(shu)(shu)研究(jiu)所(suo)研制(zhi)(zhi)的超級液(ye)氦到超流(liu)氦溫區大(da)型低(di)溫制(zhi)(zhi)冷(leng)裝備。中國科學院(yuan)理(li)化技(ji)術(shu)(shu)研究(jiu)所(suo)供圖

　　創造一個超大深冷“冰箱”，低溫提供20K（開爾文，工廠20K即零下253攝氏度）以下甚至2K（零下271攝氏度）的實現超低溫環境，并保證百瓦級到萬瓦級連續穩定工作——大型低溫制冷裝備憑借這一能力，中國造被稱作“超級低溫工廠”。超級快3百姓彩票

　　科(ke)學(xue)上把20K稱為(wei)液氫溫(wen)(wen)區，低溫(wen)(wen)2K為(wei)超(chao)流氦(hai)(hai)溫(wen)(wen)區。工廠液氫至超(chao)流氦(hai)(hai)溫(wen)(wen)區的實現大(da)型(xing)制(zhi)冷(leng)裝(zhuang)備，在(zai)航(hang)天工程(cheng)、中國(guo)造氫能源儲(chu)運(yun)、超(chao)級氦(hai)(hai)資源開發和(he)許多大(da)科(ke)學(xue)裝(zhuang)置運(yun)轉中發揮(hui)著重要的低溫(wen)(wen)支撐(cheng)作用。長(chang)期以來(lai)，工廠國(guo)內用的實現大(da)型(xing)低溫(wen)(wen)制(zhi)冷(leng)裝(zhuang)備幾乎(hu)全部依賴進口。

　　中(zhong)國科(ke)學院理(li)化(hua)技術研(yan)究所（以下簡(jian)稱(cheng)“中(zhong)國科(ke)學院理(li)化(hua)所”）科(ke)研(yan)團隊經過10多(duo)年持續攻關，中(zhong)國造攻克一系列關鍵核心技術，研(yan)制出20K到2K、百瓦到千瓦級（kW）的系列化(hua)大型低溫(wen)制冷裝備(bei)，讓“超級低溫(wen)工廠”實現了(le)中(zhong)國造，形成(cheng)了(le)從技術研(yan)發(fa)、工程示(shi)范到產業應(ying)用的完整(zheng)鏈條。

　　啃(ken)下自主(zhu)研制(zhi)大型低溫制(zhi)冷裝備(bei)這塊(kuai)“硬骨頭”

　　“大型低溫制冷裝備不在‘臺前’，但許多重要工作離不開它。”常年從事低溫設備研究，中國科學院理化所研究員胡忠軍對此體會深刻。百姓彩票大廳

　　來到中國科學(xue)院文獻情報中心大(da)樓，站(zhan)在(zai)(zai)北京正(zheng)(zheng)負電子(zi)(zi)對撞機(ji)介紹展板(ban)前(qian)，胡(hu)忠軍解釋：“氦(hai)氣在(zai)(zai)零下269攝(she)(she)氏(shi)度會成為(wei)(wei)液體(ti)，到零下271攝(she)(she)氏(shi)度就變(bian)成超(chao)流氦(hai)。為(wei)(wei)北京正(zheng)(zheng)負電子(zi)(zi)對撞機(ji)這(zhe)類粒子(zi)(zi)加速器中高場強超(chao)導(dao)磁體(ti)進行(xing)冷卻的，正(zheng)(zheng)是大(da)型低溫制冷裝備產生的液氦(hai)或(huo)者超(chao)流氦(hai)。”

　　不只是北京正(zheng)負電子對(dui)撞(zhuang)機，上海光源、高(gao)能(neng)同步輻射光源等大科學裝置(zhi)的運轉也離不開大型低溫制冷(leng)裝備(bei)。

　　“解決氫(qing)的大(da)規模儲(chu)存與運輸難題(ti)，大(da)型低(di)溫(wen)制冷裝備同(tong)樣關鍵。”胡忠(zhong)軍說(shuo)，氫(qing)氣密度遠(yuan)小于空氣，在常溫(wen)常壓下運輸，體積非常龐大(da)。如果用低(di)溫(wen)大(da)型制冷機將氫(qing)氣液化，體積可以減少至約1/800，極大(da)降低(di)運輸成(cheng)本。

　　據專家介紹，隨著經濟社會的快速發展，我國對大型低溫技術和裝備的需求日益迫切。但是，自主研制大型低溫制冷裝備，其難度超出預想。百姓彩票官網登錄

　　“拿其中一個(ge)關鍵設(she)備(bei)透平(ping)膨脹機來說(shuo)，它由氣體(ti)軸(zhou)承支撐，葉輪旋轉(zhuan)時，圓周線速度(du)極快(kuai)，且軸(zhou)承之(zhi)間(jian)僅隔著厚度(du)為頭發絲(si)直(zhi)徑1/5的氣膜。”胡忠軍介紹，怎(zen)么設(she)計氣體(ti)軸(zhou)承、如何(he)保障轉(zhuan)子高效穩(wen)定運轉(zhuan)，都(dou)考驗著科研人員的智慧(hui)。

　　像透平膨脹(zhang)機(ji)這樣的(de)挑戰，在大型(xing)(xing)低溫制冷(leng)裝備研制中(zhong)還有(you)很多。“大型(xing)(xing)低溫制冷(leng)裝備與大家常見的(de)空調、冰箱(xiang)不同，涉及(ji)多級(ji)壓(ya)力、溫度(du)與制冷(leng)級(ji)，系統十分復雜。”中(zhong)國(guo)科學院理化所研究員(yuan)劉立強說。他將攻堅難(nan)點概(gai)括為“兩機(ji)一(yi)箱(xiang)一(yi)集(ji)成(cheng)”，即透平膨脹(zhang)機(ji)、冷(leng)壓(ya)縮機(ji)，冷(leng)箱(xiang)集(ji)成(cheng)技術，以及(ji)整(zheng)個系統的(de)設計、控制和調試。

　　“再難，也要(yao)啃下(xia)這塊(kuai)‘硬骨頭’。”2009年，中(zhong)國(guo)(guo)科(ke)學(xue)院啟(qi)動(dong)“低(di)(di)溫氦(hai)透平制(zhi)(zhi)冷(leng)(leng)機(ji)樣(yang)機(ji)研制(zhi)(zhi)”專項(xiang)，作為項(xiang)目承接單位(wei)，中(zhong)國(guo)(guo)科(ke)學(xue)院理化所牽頭開展大型低(di)(di)溫制(zhi)(zhi)冷(leng)(leng)系統核心部(bu)件攻關和(he)樣(yang)機(ji)系統集成(cheng)技術研究。他們(men)研制(zhi)(zhi)的(de)國(guo)(guo)內首臺(tai)制(zhi)(zhi)冷(leng)(leng)量為“2kW@20K”的(de)氦(hai)透平制(zhi)(zhi)冷(leng)(leng)機(ji)，經受住了連續運(yun)行考驗和(he)測試(shi)，由(you)此(ci)證明我國(guo)(guo)具備自主研制(zhi)(zhi)大型低(di)(di)溫制(zhi)(zhi)冷(leng)(leng)裝(zhuang)備的(de)能力(li)。

　　從(cong)2010年起，該(gai)所承擔(dan)財政部(bu)國家(jia)重大科研裝備研制(zhi)專(zhuan)項(xiang)任務，一(yi)場向(xiang)更(geng)先(xian)進大型低溫制(zhi)冷裝備發起的沖刺開(kai)始了。

　　探索出一整(zheng)套行之有效的(de)工程化管理模式

　　從液(ye)氫溫區到液(ye)氦(hai)溫區再(zai)到超(chao)流氦(hai)溫區，溫度(du)每(mei)下降(jiang)1攝氏度(du)或功率每(mei)增加一個數量(liang)級(ji)，相關系統都需要(yao)重新(xin)設計，關鍵部件也要(yao)升(sheng)級(ji)，研發難(nan)度(du)隨之(zhi)指數級(ji)增加。

　　走進中(zhong)國(guo)科(ke)學院理(li)化(hua)所低溫工程與系(xi)統應用中(zhong)心，科(ke)研(yan)(yan)人員正(zheng)(zheng)盯(ding)著軸心軌(gui)跡(ji)試驗平(ping)臺，查看、記(ji)錄高速(su)轉子運行參數。中(zhong)國(guo)科(ke)學院理(li)化(hua)所研(yan)(yan)究員彭楠(nan)告訴記(ji)者，團隊(dui)正(zheng)(zheng)在(zai)研(yan)(yan)究新(xin)一代氣浮軸承，轉子速(su)度有望達到每分(fen)鐘30萬轉。

　　制冷溫度越低(di)，對透(tou)平膨脹機轉速的(de)(de)要求(qiu)就(jiu)越高(gao)。彭楠回憶(yi)，為研制高(gao)效且穩定(ding)的(de)(de)軸(zhou)承，他和同事(shi)夜以繼日(ri)地在(zai)實驗室埋(mai)頭(tou)工作(zuo)，一(yi)直持續了一(yi)年多。

　　氦(hai)氣螺(luo)桿壓(ya)縮(suo)(suo)機(ji)(ji)是氦(hai)氣低溫系(xi)統的動力源，決(jue)定著低溫系(xi)統運(yun)行(xing)的穩(wen)定性。胡忠軍介紹(shao)，科研人員大膽創(chuang)新，一遍(bian)又一遍(bian)摸索，最終開發出(chu)具(ju)有自主(zhu)知識產(chan)權的氦(hai)氣螺(luo)桿壓(ya)縮(suo)(suo)機(ji)(ji)。為了在規定時間(jian)內(nei)完(wan)成壓(ya)縮(suo)(suo)機(ji)(ji)測試等(deng)任(ren)務，團隊與配套企業合作，加班加點，僅(jin)用1個月(yue)就完(wan)成了原(yuan)本需要3個月(yue)的工作。

　　2010年10月至2014年12月，中國科學院理化(hua)所(suo)完(wan)成了國家(jia)財政專項(xiang)Ⅰ期項(xiang)目任務，研(yan)制(zhi)出國內首套液氫溫區萬瓦級大型低(di)溫制(zhi)冷系(xi)統，實(shi)現“10kW@20K”的既(ji)定目標(biao)。

　　2015年4月(yue)，國(guo)家財政專(zhuan)項Ⅱ期“液氦(hai)(hai)(hai)到(dao)(dao)超流(liu)氦(hai)(hai)(hai)溫(wen)區大(da)(da)型(xing)(xing)低溫(wen)制冷系(xi)統(tong)研制”項目啟動。5年多(duo)日夜奮戰，科研人員在(zai)原有成果基礎上(shang)，不僅自(zi)主研制出了(le)技術指標為“2500W@4.5K”和“500W@2K”的大(da)(da)型(xing)(xing)氦(hai)(hai)(hai)制冷機(ji)，還實現了(le)包(bao)括大(da)(da)型(xing)(xing)低溫(wen)制冷系(xi)統(tong)整機(ji)設計體系(xi)構建(jian)及控(kong)制技術、系(xi)列化氣體軸承氦(hai)(hai)(hai)透平(ping)膨脹機(ji)技術等在(zai)內的技術突破。在(zai)大(da)(da)型(xing)(xing)液氦(hai)(hai)(hai)到(dao)(dao)超流(liu)氦(hai)(hai)(hai)溫(wen)區制冷技術上(shang)，我國(guo)自(zi)此(ci)跨入(ru)國(guo)際(ji)先(xian)進行列。

　　通過承(cheng)擔專項任(ren)務，中(zhong)國科學院理(li)化所探索出一整套行(xing)之有效(xiao)的工程(cheng)化管理(li)模(mo)式(shi)。

　　攻關涉及領域廣、人(ren)員多，如(ru)何形成(cheng)合力？“做好(hao)重大任務，必須組(zu)織好(hao)大團隊。”中國科學院(yuan)理化所所長王雪松介紹，他們成(cheng)立了研(yan)(yan)究開發、系統集(ji)成(cheng)和工(gong)程(cheng)應(ying)用3個課(ke)題(ti)組(zu)，組(zu)建(jian)低溫工(gong)程(cheng)與系統應(ying)用中心，形成(cheng)了首席科學家領銜、科研(yan)(yan)骨干和技術支撐人(ren)員聯合攻關的(de)創(chuang)新團隊模式。

　　項(xiang)目難度大、系統(tong)集成復雜，如何確保(bao)研制進度？王雪松說，所里采取行政、技術兩(liang)條線(xian)并行推進模式，行政線(xian)抓管理(li)、技術線(xian)抓節點，統(tong)籌(chou)把握(wo)各類任務(wu)實施進度。

　　大(da)型低(di)溫(wen)制冷(leng)裝備研制走到(dao)今天，是中國科學院理化所幾代科研工作者接力傳承的結(jie)果。劉(liu)立強說，從(cong)20世紀50年代開始，包括洪朝(chao)生院士、周遠院士在(zai)內的老一輩科學家(jia)，為研究(jiu)所低(di)溫(wen)研究(jiu)事(shi)業打(da)下了扎實的基礎，“沒有(you)(you)前人(ren)的工作，就不(bu)會有(you)(you)今天的成(cheng)就。”

　　聯合研制(zhi)單位(wei)也有不少貢獻(xian)。以氦氣(qi)螺桿(gan)(gan)壓(ya)縮(suo)(suo)機(ji)研制(zhi)為例，無(wu)錫(xi)(xi)錫(xi)(xi)壓(ya)壓(ya)縮(suo)(suo)機(ji)有限公司總工程師陸龍(long)勝基于豐富的經驗，琢磨(mo)出(chu)了一(yi)套精巧的壓(ya)力調節裝置，解決了因吸氣(qi)壓(ya)力過高引(yin)起的停(ting)機(ji)難題；冰輪環境技(ji)術股份有限公司暫停(ting)生產任務(wu)、為科研讓路，保障氦氣(qi)螺桿(gan)(gan)壓(ya)縮(suo)(suo)機(ji)順利測試……

　　“沒(mei)有強大(da)的制造能力(li)和(he)相關單位協同攻(gong)關，科學家再(zai)好的想法也實現(xian)不了。”劉立強說。

　　形成從技術研發、工程示范到產業應用的完整鏈條(tiao)

　　解決大型低溫制(zhi)冷裝備“卡脖子”問題，單做出樣(yang)機不(bu)行，還(huan)需實(shi)現(xian)產(chan)業化，帶動上下游產(chan)業的發展(zhan)，進而不(bu)斷提升我(wo)國低溫產(chan)業自主創新實(shi)力。

　　針(zhen)對大(da)型低溫制冷裝備應用性強(qiang)、產業需求迫切的特點，不同(tong)于以往先實驗室突破、再中試、再產業化(hua)的成果轉化(hua)路徑(jing)，中國科(ke)學院(yuan)理化(hua)所在該裝備研制過程(cheng)中創造性地探索出(chu)“邊(bian)(bian)研究、邊(bian)(bian)應用、邊(bian)(bian)轉化(hua)”的發(fa)展模式。

　　“我們關注的(de)(de)不(bu)是(shi)低溫或大功率(lv)的(de)(de)指標能(neng)‘刷’到多高，而是(shi)考慮是(shi)否滿足產(chan)業化需(xu)求。”劉立(li)強說，產(chan)品能(neng)不(bu)能(neng)長期穩定運行(xing)、成本如何、后續好不(bu)好維護等，都是(shi)科研人員關心(xin)的(de)(de)問(wen)題。

　　這種模式下，產出科研成果(guo)之日，就(jiu)是產品下線之時。2016年，中國(guo)科學院理化所(suo)聯合社(she)會(hui)資(zi)本共同創立科技成果(guo)轉化企業——北京中科富海(hai)低溫(wen)科技有限公司。

　　這樣做(zuo)有何好處？“科研機(ji)構長(chang)于(yu)技(ji)術開發，企業長(chang)于(yu)工程轉(zhuan)化，兩者優勢互補，縮(suo)短了成果轉(zhuan)化周期(qi)，提(ti)升(sheng)了我國低溫產業的水平(ping)。”中科富海董(dong)事長(chang)張彥奇說，大(da)型(xing)低溫制冷裝備項(xiang)目的實施，推動(dong)我國在該領(ling)域形成了從技(ji)術研發、工程示范到產業應用(yong)的完整鏈條。

　　在(zai)項目配套過程(cheng)中，高(gao)端氦(hai)氣(qi)螺桿(gan)壓縮機、低(di)溫換(huan)熱器和低(di)溫閥門等(deng)相關制(zhi)造企業(ye)的創新能力顯著(zhu)提(ti)升，我國初步形成了功能齊全、分工明確(que)的低(di)溫產業(ye)群。

　　張彥奇介(jie)紹，有科(ke)(ke)學家團(tuan)隊做(zuo)技術后盾(dun)，中科(ke)(ke)富海得以(yi)保持戰(zhan)略定力，堅持高標準做(zuo)產(chan)品。通過(guo)產(chan)學研合作，公司迅速成長為低溫(wen)行業的領(ling)軍企業。中科(ke)(ke)富海首次在國(guo)(guo)內開發了系列(lie)化、多規格成套深(shen)冷區大型(xing)氫氦制冷裝(zhuang)(zhuang)備(bei)及液(ye)化裝(zhuang)(zhuang)置，讓中國(guo)(guo)在全球低溫(wen)大型(xing)制冷設備(bei)制造(zao)領(ling)域擁(yong)有一席之地。

　　超(chao)導加速器、航(hang)天器地(di)面(mian)試(shi)驗(yan)、先進光(guang)源、聚變實(shi)驗(yan)堆……今天，越(yue)來(lai)越(yue)多的(de)國家重大(da)工(gong)程(cheng)用上了我國自主研制的(de)大(da)型(xing)低溫制冷(leng)裝備。值得一提的(de)是，我國百瓦級氦制冷(leng)機和氫液(ye)化(hua)器還走(zou)出國門(men)，在國外大(da)科學工(gong)程(cheng)中得到應用。

　　低(di)溫(wen)(wen)制(zhi)冷技(ji)(ji)術研究沒有終點(dian)。量(liang)子科(ke)技(ji)(ji)、氦(hai)資源提(ti)取(qu)以及航天工程的(de)快速發展，都對大(da)型(xing)(xing)超流(liu)氦(hai)低(di)溫(wen)(wen)裝備提(ti)出了更(geng)高要求。前(qian)瞻(zhan)布局，中國科(ke)學院(yuan)2020年部署萬瓦級(ji)液氦(hai)溫(wen)(wen)度(du)大(da)型(xing)(xing)制(zhi)冷機核心技(ji)(ji)術攻關(guan)，2021年啟動“大(da)型(xing)(xing)低(di)溫(wen)(wen)制(zhi)冷機及提(ti)氦(hai)工程示范”先導專項。

　　“國家(jia)的需(xu)求(qiu)就是我們努力的方向。中國科(ke)學院理化所將接力攻關，繼續打好大(da)型低溫(wen)制冷裝備攻堅戰，積極搶占低溫(wen)科(ke)研高地。”王雪松(song)語氣堅定。喻思南