Гелиевая криогенная установка

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

<1; 70222I (6I ) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 02.03.76 (21) 2329215/23-26 с присоединением заявки М— (23) П риоритет— (5! )М. Кл.

F 25 т 1/00 йиуюретиеииый кепитет

СССР аа,иииии иеееретеиий и етирытий

Опубликовано 05.12.79. Бюллетень М 45

Дата опубликования описания 15.12.79 (53) УДK 621.592..3 (088.8) (72) А вторы изобретения

И. К. Буткевич, Ю. В, Светлов, А. Е, Комаров и И. А. Давыдов (7E) Заявитель (54) ГЕЛИЕВАЯ КРИОГЕННАЯ УСТАНОВКА

Г 1

ИзсВретение отнЬсится к криогенной технике и может быль использовано в ожижительных и рефрижераторных криогенных установках.

Известны рефрнжераторные и ожижительные с криогенные установки, в которых газообразный криоагент сжимают до рабочего давления и компрессоре, охлаждают его в процессе теплообмена с обратдым потоком, адиабатически расширяют в поршневом или турбодетандере и дросселируют в соответствующем устройстве.

При этом в зависимости от режима работы установки используют различное соотношение между потоками, поступающими на расширение и дросселирование, вплоть до полного исключения одного из этих потоков (1).

Известны также криогенные установки, включающие помимо компрессора, расширительных устройств и теплообменников для рекупераций холода, также ванны для жидкого вспомога20 тельного криоагента (например, жидкого азота), предназначенные для предварительного охлаждения основного криоагента (например, гелия) (2J

2 Иедостаток установок состоит в относительно невысокой надежности.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемой является гелиевая ожижнтельная криогенная установка с внешним криогенератором для реконденсации паров вспомогательного криоагентаазота, включающая -компрессор, теплообменники для теплообмена с обратным потоком газа и вспомогательным криоагентом и ванны для яащкого вспомогательного криоагента с размещенными в них теплообменниками (31.

Недостатком такой установки являются значительные габаритные размеры и вес оборудования для сжатия хладагента на уровне температуры окружающей среды, а также его очистки и осушки. По весогабаритным характеристикам на оборудование компримирования, осушки и очистки газа приходится, как правило, более

50% всей установки.

Цель изобретения — снижение весогабаритных характеристик криогенных ожнжительных „и рефоижераторных установок.

102 21

Поставленная цель достигается тем, что компрессор размещен в ванне с жидкик вспомогательным криоагентом, которая соединена трубопроводами для отвода и возврата вспомогательного криоагента с криогенератором.

На фиг. 1 приведена схема гелиевой рефри жераторной установки; на фиг. 2 в координатах Т вЂ” S изображен термодинамический цикл предлагаемой установки, работающей в рефрижераторном режиме.

Установка содержит компрессор 1 в ванне с жидким вспомогательным криоагентом, теплообменники 2 — 5, дроссельные вентили 6, 7, теплообменник 8 нагрузки, детандеры 9, 10, криогенератор 11 реконденсации паров вспомогательного криоагента, Установка работает следующим образом.

Гелий прямого потока сжимаютв,компрессоре 1 до давления Рпр и напраЬляют в теплообменники 2-5, где его охлаждают в процессе теплообмена с-обратным потоком холодного гелия. Часть прямого потока гелия расширяют иа двух температурных уровнях в детаццерах 9, 10..Оставшуюся,часть охлажденного гелия расширяют в дроссельных вентилях 6 и 7 с образованием влажного пара. Компрессор 1 охлаждают кипящим азотом, причем пары азота реконденсируют внешним источником холода — криогенератордм 11, работающим, например, по циклу Стирлинга, Мак —.Магона — Джнффорд а и др.

На фиг. 2 отрезок АБ соответствует сжатию криоагента при температуре окружающей среды, отрезок ВГ иллюстрирует изотермнческое сжатие в компрессоре. Отрезки ВД и ЕЖ изображают расширение криоагента соответственно в детандерах 9 и 10, а процесс отрезки 3 и

И вЂ” " расширение в дроссельных вентилях 6 и

7;. Точка К соответствует входу криоагента в теплообменник 5 по фиг. 1.

Применение низкотемпературного, компрессора возможно s обоих режимах работы установки — рефрижераторном и ожижительном. В режиме ожижения охлаждение гелия, компенсирующего отбор жидкости (идущего на подпитку), производят от температуры окружающей среды до температуры всасывания в компрессоре 1 парами вспомогательного криоагента; отводящего тепло сжатия в дополнительном теплообменнике. Поскольку количество гелия, идущего на подпитку, в 12 — 15 раз меньше количества гелия, циркулирующего в установке, габариты теплообменника невелики. Обратным потоком в этом теплообменнике служат пары 4 вспомогательного криоагента, выходящего из ванны с компрессором при температуре, близкой к температуре насыщения.

Преимущества изобретения выражаются в существенно большей компактности оборудования, а также в уменьшении теплопритоков и гидравлических потерь в криогенных установках.

Уменьшение необходимой работы сжатия f+

1O,ï0 сравнению с работой цикла (при сжатии на температурном уровне окружающей среды

То (фиг. 2) приводит к существенному (приблизительно в 3,75 раза) сокращению затрат энергии на привод компрессора, Понижение температуры сжимаемого газа позволяет увеличить его плотность (для гелия, например, более чем в 3 раза), что создает предпосылки для эффективного использования турбокомпрессоров, надежность которых выше, чеьь

20 поршневых машин. В современных криогенных установках при сжатии криоагентов, особенно гелия, на уровне температуры окружающей среды использование турбомашин существенно затруднено из-за малой плотности газа.

25 К преимуществам изобретения относится также отсутствие теплообменников, охлаждающих . рабочий газ от температуры окружающей среды до азотных температур, металлоемкость которых составляет до 40 o от всех теплообменнйзо ков.

Формула изобретения

Гелиевая криогенная установка, включающая компрессор, теплообменняки для теплообмена

35 с обратным потоком. газа и вспомогательным криоагентом, например, азотом, расширительные устройства, ванны для жидкого вспомогательного криоагента с размещенными в них теплообменниками и криогенератор для реконденсации

4о паров вспомогательного криоагента, о т rt и ч а - ю щ а я с я тем, что, с целью снижения вееогабаритных характеристик установки, компрессор размещен в ванне с жидким вспомогательным криоэгентом, которая соединена трубопровода45 ми для отвода и возврата вспомогательного криоагента с криогенератором.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Микулин Е. И. Криогенная техника. М., "Машиностроение", й69, с. 140-153.

2. Патент ФРГ У 2151806, кл. 17g 1, 18.10.71.

3. Патент Великобритании И 1131418, кл, F 4 Р, 16.12.65.

70222!

Составитель К. Чириков

Редактор Н. Цурикова Техред Э.Чудик Корректор В. Синипкая заказ 7568/37 . Тираж 607 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб,, д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4-: