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24小时咨询热线： 4006666666 “超级低温工厂”完成我国造（科技角度·以科技立异引领工业立异）
发布时间：2025-05-08 点此：720次
本报记者 喻思南
我国科学院理化技能研讨所研发的液氦到超流氦温区大型低温制冷配备。 我国科学院理化技能研讨所供图
习近平总书记指出，“科技立异是展开新质出产力的中心要素”“要在以科技立异引领工业立异方面下更大功夫”。
展开新质出产力，有必要以科技立异引领工业立异，及时将科技立异效果使用到详细工业和工业链上。近年来，科研机构、高等院校和企业不断加强科技立异和工业立异深度交融，加速科技效果转化使用，越来越多立异链上的“好技能”变成工业链上的“大使用”，完结科技立异与工业立异的同频共振。
即日起，科技版推出“以科技立异引领工业立异”系列报道，经过记者在科研、出产一线的调查，带您感触立异链工业链交融展开的微弱脉动和科技立异引领工业立异所开释的汹涌动能。
——编 者
发明一个超大深冷“冰箱”，供给20K(开尔文，20K即零下253摄氏度)以下乃至2K(零下271摄氏度)的超低温环境，并保证百瓦级到万瓦级接连安稳作业——大型低温制冷配备凭仗这一才能，被称作“超级低温工厂”。
科学上把20K称为液氢温区，2K为超流氦温区。液氢至超流氦温区的大型制冷配备，在航天工程、氢动力储运、氦资源开发和许多大科学设备作业中发挥着重要的支撑效果。长时间以来，国内用的大型低温制冷配备简直悉数依靠进口。
我国科学院理化技能研讨所(以下简称“我国科学院理化所”)科研团队经过10多年持续攻关，霸占一系列要害中心技能，研发出20K到2K、百瓦到千瓦级(kW)的系列化大型低温制冷配备，让“超级低温工厂”完结了我国造，构成了从技能研发、工程演示到工业使用的完好链条。
啃下自主研发大型低温制冷配备这块“硬骨头”
“大型低温制冷配备不在‘台前’，但许多重要作业离不开它。”终年从事低温设备研讨，我国科学院理化所研讨员胡忠军对此领会深入。
来到我国科学院文献情报中心大楼，站在北京正负电子对撞机介绍展板前，胡忠军解说：“氦气在零下269摄氏度会成为液体，到零下271摄氏度就变成超流氦。为北京正负电子对撞机这类粒子加速器中高场强超导磁体进行冷却的，正是大型低温制冷配备发生的液氦或许超流氦。”
不只是北京正负电子对撞机，上海光源、高能同步辐射光源等大科学设备的作业也离不开大型低温制冷配备。
“处理氢的大规模贮存与运送难题，大型低温制冷配备相同要害。”胡忠军说，氢气密度远小于空气，在常温常压下运送，体积十分巨大。假如用低温大型制冷机将氢气液化，体积能够削减至约1/800，极大下降运送本钱。
据专家介绍，跟着经济社会的快速展开，我国对大型低温技能和配备的需求日益火急。可是，自主研发大型低温制冷配备，其难度超出料想。
“拿其间一个要害设备透平膨胀机来说，它由气体轴承支撑，叶轮旋转时，圆周线速度极快，且轴承之间仅隔着厚度为头发丝直径1/5的气膜。”胡忠军介绍，怎样规划气体轴承、怎么保证转子高效安稳作业，都检测着科研人员的才智。
像透平膨胀机这样的应战，在大型低温制冷配备研发中还有许多。“大型低温制冷配备与咱们常见的空调、冰箱不同，触及多级压力、温度与制冷级，体系十分杂乱。”我国科学院理化所研讨员刘立强说。他将攻坚难点归纳为“两机一箱一集成”，即透平膨胀机、冷压缩机，冷箱集成技能，以及整个体系的规划、操控和调试。
“再难，也要啃下这块‘硬骨头’。”2009年，我国科学院发动“低温氦透平制冷机样机研发”专项，作为项目接受单位，我国科学院理化所牵头展开大型低温制冷体系中心部件攻关和样机体系集成技能研讨。他们研发的国内首台制冷量为“2kW@20K”的氦透平制冷机，饱尝住了接连运转检测和测验，由此证明我国具有自主研发大型低温制冷配备的才能。
从2010年起，该所承当财政部国家严重科研配备研发专项使命，一场向更先进大型低温制冷配备建议的冲刺开端了。
探究出一整套卓有成效的工程化办理形式
从液氢温区到液氦温区再到超流氦温区，温度每下降1摄氏度或功率每添加一个数量级，相关体系都需求从头规划，要害部件也要晋级，研发难度随之指数级添加。
走进我国科学院理化所低温工程与体系使用中心，科研人员正盯着轴心轨道试验渠道，检查、记载高速转子运转参数。我国科学院理化所研讨员彭楠告知记者，团队正在研讨新一代气浮轴承，转子速度有望到达每分钟30万转。
制冷温度越低，对透平膨胀机转速的要求就越高。彭楠回想，为研发高效且安稳的轴承，他和搭档废寝忘食地在试验室埋头作业，一向持续了一年多。
氦气螺杆压缩机是氦气低温体系的动力源，决议着低温体系运转的安稳性。胡忠军介绍，科研人员斗胆立异，一遍又一遍探究，终究开发出具有自主知识产权的氦气螺杆压缩机。为了在规则时间内完结压缩机测验等使命，团队与配套企业协作，加班加点，仅用1个月就完结了本来需求3个月的作业。
2010年10月至2014年12月，我国科学院理化所完结了国家财政专项Ⅰ期项目使命，研发出国内首套液氢温区万瓦级大型低温制冷体系，完结“10kW@20K”的既定目标。
2015年4月，国家财政专项Ⅱ期“液氦到超流氦温区大型低温制冷体系研发”项目发动。5年多日夜奋战，科研人员在原有效果根底上，不只自主研发出了技能目标为“[email protected]”和“500W@2K”的大型氦制冷机，还完结了包含大型低温制冷体系整机规划体系构建及操控技能、系列化气体轴承氦透平膨胀机技能等在内的技能打破。在大型液氦到超流氦温区制冷技能上，我国自此跨入世界先进队伍。
经过承当专项使命，我国科学院理化所探究出一整套卓有成效的工程化办理形式。
攻关触及范畴广、人员多，怎么构成合力？“做好严重使命，有必要安排好大团队。”我国科学院理化所所长王雪松介绍，他们成立了研讨开发、体系集成和工程使用3个课题组，组成低温工程与体系使用中心，构成了首席科学家领衔、科研主干和技能支撑人员联合攻关的立异团队形式。
项目难度大、体系集成杂乱，怎么保证研发进展？王雪松说，所里采纳行政、技能两条线并行推进形式，行政线抓办理、技能线抓节点，统筹掌握各类使命施行进展。
大型低温制冷配备研发走到今日，是我国科学院理化所几代科研作业者接力传承的效果。刘立强说，从20世纪50年代开端，包含洪朝生院士、周远院士在内的老一辈科学家，为研讨所低温研讨作业打下了厚实的根底，“没有前人的作业，就不会有今日的效果。”
联合研发单位也有不少奉献。以氦气螺杆压缩机研发为例，无锡锡压压缩机有限公司总工程师陆龙胜根据丰厚的经历，揣摩出了一套精巧的压力调理设备，处理了因吸气压力过高引起的停机难题；冰轮环境技能股份有限公司暂停出产使命、为科研让路，保证氦气螺杆压缩机顺畅测验……
“没有强壮的制作才能和相关单位协同攻关，科学家再好的主意也完结不了。”刘立强说。
构成从技能研发、工程演示到工业使用的完好链条
处理大型低温制冷配备“卡脖子”问题，单做出样机不可，还需完结工业化，带动上下游工业的展开，从而不断提高我国低温工业自主立异实力。
针对大型低温制冷配备使用性强、工业需求火急的特色，不同于以往先试验室打破、再中试、再工业化的效果转化途径，我国科学院理化地点该配备研发过程中发明性地探究出“边研讨、边使用、边转化”的展开形式。
“咱们重视的不是低温或大功率的目标能‘刷’到多高，而是考虑是否满意工业化需求。”刘立强说，产品能不能长时间安稳运转、本钱怎么、后续好不好保护等，都是科研人员关怀的问题。
这种形式下，产出科研效果之日，便是产品下线之时。2016年，我国科学院理化所联合社会资本一起创建科技效果转化企业——北京中科富海低温科技有限公司。
这样做有何优点？“科研机构善于技能开发，企业善于工程转化，两者优势互补，缩短了效果转化周期，提高了我国低温工业的水平。”中科富海董事长张彦奇说，大型低温制冷配备项目的施行，推进我国在该范畴构成了从技能研发、工程演示到工业使用的完好链条。
在项目配套过程中，高端氦气螺杆压缩机、低温换热器和低温阀门等相关制作企业的立异才能明显提高，我国开始构成了功用完全、分工清晰的低温工业群。
张彦奇介绍，有科学家团队做技能后台，中科富海得以坚持战略定力，坚持高标准做产品。经过产学研协作，公司敏捷生长为低温职业的领军企业。中科富海初次在国内开发了系列化、多标准成套深冷区大型氢氦制冷配备及液化设备，让我国在全球低温大型制冷设备制作范畴具有一席之地。
超导加速器、航天器地上试验、先进光源、聚变试验堆……今日，越来越多的国家严重工程用上了我国自主研发的大型低温制冷配备。值得一提的是，我国百瓦级氦制冷机和氢液化器还走出国门，在国外大科学工程中得到使用。
低温制冷技能研讨没有结尾。量子科技、氦资源提取以及航天工程的快速展开，都对大型超流氦低温配备提出了更高要求。前瞻布局，我国科学院2020年布置万瓦级液氦温度大型制冷机中心技能攻关，2021年发动“大型低温制冷机及提氦工程演示”先导专项。
“国家的需求便是咱们尽力的方向。我国科学院理化所将接力攻关，持续打好大型低温制冷配备攻坚战，活跃抢占低温科研高地。”王雪松口气坚决。
《 人民日报 》( 2024年04月15日 19 版)
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