Низкотемпературная гелиевая компрессорная станция

 

Изобретение позволяет снизить энергозатраты на сжатие гелия. Для этого гелиевые турбины 9, Ю, 11, 12 объединены общим силовым гелиевьм контуром, содержаищм гелиевый компрессор с внешним приводом, высокотрный азотно-гелиевый теплообменник (ТО) 8 и водяной холодильник 13. Система азотного охлаждения выполнена в виде замкнутого контура с двухступенчатым или многоступенчатым азотным , турбокомпрессором, водяным, азотным , промежуточными ТО и газожидкостным турбодетандером 15. Высокот-рный и низкот-рньй азотно-гелиевые ТО 8 и 5 включены в контур системы азотного охлаждения, Охлаждение гелиевых потоков в ТО 5 осуществляется парожидкостной азотной смесью, вырабатываемой в азотном холодильном контуре. В установленном после азотного компрессора ТО 8 часть тепла сжатия отводится в гелиевый силовой контур. Контур вырабатывает холод, который расходуется на охлаждение ожижаемого в основном компрессоре гелия. 1 ил. (О (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

15 А1 (19) (11) F 25 В Il/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМ У СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4093571/23-06 (22) 11. 07. 86 (46) 15.01.88. Бюл. ф 2 (71) МВТУ им. Н.Э.Баумана

72) В.И.Ардашев, М.С.Бабичев, В.П.Леонов и В.М.Филиппов (53) 621.57 (088.8) (56) ICEC-9 Kobe, Japan, 1982, р. 174177., (54) НИЗКОТЕМПЕРАТУРНАЯ ГЕЛИЕВАЯ КОМПРЕССОРНАЯ СТАНЦИЯ (57) Изобретение позволяет снизить энергозатраты на сжатие гелия. Дпя этого гелиевые турбины 9, 10, 11, 12 объединены общим силовым гелиевым контуром, содержащим гелиевый компрессор с внешним приводом, высокотрный азотно-гелиевый теплообменник (ТО) 8 и водяной холодильник 3. Система азотного охлаждения выполнена в виде замкнутого контура с двухступенчатым или многоступенчатым .азотным турбокомпрессором, водяным, азотным, промежуточными TO и газожидкостным турбодетандером !5. Высокот-рный и низкот-рньпi азотно- гелиевые ТО 8 и 5 включены в контур системы азотного охлаждения . Охлаждение гелиевых потоков в ТО 5 осуществляется парожидкостной азотной смесью, вырабатываемой в азотном холодильном контуре.

В установленном после азотного компрессора ТО 8 часть тепла сжатия отводится в гелиевый силовой контур, Контур вырабатывает холод, который расходуется на охлаждение ожижаемого в основном компрессоре гелия. I ил.

1366815

Станция работает следующим обра" зом.

Гелий низкого давления с темпера- 45 турой 78 К поступает из криорефрижератора 6 на всасывание в основной компрессор, сжимается последовательно в первои 1 и второй 2 секциях компрессора до давления 0,4 МПа и с тем- 60 пературой 158 К поступает в четырехпоточный теплообменник 5, где, проходя через одну из его полостей, охлаждается до 80 К, затем сжимается по-. следовательно в третьей 3 и четвертой 4 ступенях компрессора до давления 1,6 МПа и с температурой )58 К поступает в другую полость теплообменника 5, где также охлаждается до

Изобретение относится к холодиль-, ной технике, в частности к компрессорным станциям гелиевых рефрижераторных установок.

Цель изобретения — снижение энергозатрат на сжатие гелия, На чертеже приведена схема низкотемпературной гелиевой компрессорной станции, 10

Компрессорная станция включает в себя четыре контура. Основной гелиевый контур состоит из четырех отдельно выполненных одноступенчатых секций 1-4, низкотемпературного азотногелиевого теплообменника 5 и криореф. рижератора 6. Силовой контур состоит из силового компрессора 7 с приводом от электродвигателя, высокотемпературного азотно-гелиевого теплообмен- 20 ника 8, четырех турбин 9-12, служащих для привода ступеней основного компрессора, и водяного холодильника 13. Азотный контур содержит первую ступень 14 азотного компрессора с приводом от парожидкостного турбодетандера 15, вторую ступень 16 азо тного компрессора с приводом от электродвигателя. l?, промежуточный 18, концевой 19, азотно-гелиевый 8, азот- 30 но †азотн 20 и четырехпоточный низкотемпературный азотно-гелиевый 5 теплообменники. Контур подпитки установки гелием в ожижительном режиме работы включает газгольдер 21 и теп- Зб лообменник 5. Все четыре контура объединены между собой теплообменниками 5 и 8 и механическими связями между ступенями 1-4 основного гелиевого компрессора и приводными турбинами 9-12.

80 К, после чего подается в криорефрижератор 6.

Охлаждение гелиевых потоков в теплообменнике 5 осуществляется парожидкостной азотной смесью, вырабатываемой в азотном холодильном контуре °

Азот с давлением 0,1 МПа и температурой 295 К направляют на всасывание в первую ступень 14 азотного центробежного компрессора, откуда подается в промежуточный теплообменник 18, а после него — во вторую ступень 16 азотного турбокомпрессора, где сжимается до давления 3 MIIa. В установленном после азотного компрессора азотно-гелиевом теплообменнике 8 часть тепла сжатия отводится в гелиевый силовой контур, после чего сжатый азот охлаждается до 300 К в концевом теплообменнике 19 и далее до 169 К в азотном теплообменнике 20, после чего расширяется до давления 0,1 МПа в парожидкостном турбодетандере 15, в результате чего его температура понижается до 78 К и часть азота ожижается . Парожидкостная смесь азота поступает в четырехпоточный теплообменник 5, где используется для отвода тепла сжатия в основном гелиевом компрессоре. Ожиженная часть азота в теплообменнике 5 испаряется, а образовавшийся при этом пар азота вместе с газообразным азотом нагревается до

150 К, после чего азот проходит через регенеративный азотный теплообменник 20, где нагревается до 295 К, и поступает на всасывание в азотный компрессор. Таким образом, контур представляет собой установку, вырабатывающую холод, который расходуется на охлаждение ожижаемого в основном компрессоре гелия. Для привода первой ступени азотного компрессора используется энергия, вырабатываемая турбодетандером 15, приводом второй ступени 16 азотного компрессора является электродвигатель 17;

Все четыре ступени основного компрессора имеют отдельные приводы, в качестве которых использованы одноступенчатые гелиевые турбины 9-12.

Сжатый гелий поступает к этим турбинам от центробежного компрессора 7 с приводом от электродвигателя. Гелий поступает в этот компрессор после расширения в параллельно включенных турбинах с давлением О,1 МПа и температурой 300 К. В процессе сжатия в

Формула и з о б р е т е н и я

Низкотемпературная гелиевая компрессорная станция, содержащая многоступенчатый турбокомпрессор, имеющий

Составитель И.Тайдаков

Техред Л.Олийнык Корректор М.Максимишинец

Редактор А.Огар

Заказ 6819/38 Тираж 482 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж- 5, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 з 13 компрессоре 7 до давления 1,26 МПа гелий нагревается до 337 К. Для увеличения теплоперепада renW после сжатия в компрессоре нагревается в теплообменнике 8 до 434 К, после чего направляется на расширение в приводные турбины, где он расширяется до давления О,1 МПа. С целью повьппения плотности гелия перед всасыванием в компрессор 7, что позволяет повысить степень сжатия в компрессоре без повьппения частоты вращения ротора, гелий охлаждается водой в холодильнике 13 до 300 К.

При работе установки в режиме ожижения подпитка ее гелием осуществляется из газгольдера 21, При этом ге лий пропускается четвертым потоком через теплообменник 5, где он охлаждается до 80 К, после чего подается на всасывание в секцию 1 гелиевого компрессора.

66815 4 привод и связанный на входе непосредственно, а на выходе — через низкотемпературный азотно-гелиевый теплообменник с криогенным рефрижератором, и систему азотного охлаждения ступеней турбокомпрессора, о т л и ч а ющ а я с я тем, что, с целью снижения энергозатрат на сжатие гелия, привод турбокомпрессора выполнен в виде установленных на валах его ступеней гелиевых турбин, объединенных общим силовым гелиевым контуром, содержащим гелиевый компрессор с внешним приво15 дом, высокотемпературный азотно-гелиевый теплообменник и водяной холодильник, а система азотного охлаждения выполнена в виде замкнутого контура с двухступенчатым или многосту2р пенчатым азотным турбокомпрессором, водяным, азотным, промежуточными теплообменниками и гаэожидкостным турбодетандером, причем высокотемпературный и низкотемпературный азотно-ге25 лиевые теплообменники включены в контур системы азотного охлаждения по азотным полостям, а турбодетандер и первая ступень азотного турбокомпрессора этого контура объединены в один агрегат с общим валом.