Детандеры для гелия

При работе гелиевой установки в рефрижераторном режиме не обязательно газ доводят до ожижения, нередко тепло от охлаждаемого объекта отводят путем подогрева газообразного гелия. В этом случае схема, показанная на рис. 37, несколько трансформируется. Сразу же после теплообменника 5 весь сжатый гелий направляется в детандер. Расширившийся в детандере гелий при давлении несколько выше атмосферного и с температурой 10— 15К направляется в объект охлаждения. По выходе из указанного объекта гелий, имеющий температуру 20—25К, противотоком проходит теплообменники 5, 3 п снова сжимается в компрессоре 1. [c.101]

В детандере гелий охлаждается до 14°К. При давлении на входе в детандер в 30 ат производительность аппарата составляет 2,3 л жидкого гелия в час. Отдача детандера составляет около 50 вт. На охлаждение газ а в ожижителе расходуется 3 кг жидкого воздуха в час, причем ожижение начинается приблизительно через [c.197]

I, III — теплообменники на линии сжатого гелия И — ванна с жидким азотом /(/ — детандер V, V7/— теплообменники на линии сжатого водорода У/ —ванна предварительного охлаждения V///— конденсатор IX — сборник жидкого водорода. [c.50]

К) с двумя ступенями охлаждения (верхняя ступень — ванна с жидким азотом, нижняя — детандер). Под сечением а-а, как и в остальных случаях, расположена ступень Линде чтобы обеспечить условия ее работы, необходимо, чтобы 7 i3<7 hhd- Для гелия К, по- [c.193]

На рис. 8.14 показана схема наиболее простой L-системы такого типа, предназначенной для ожижения гелия. (Она может быть использована также и для неона и водорода.) Это классическая L-си-стема Капицы — Коллинза с параллельным включением детандеров. За исключением СИО ее схема аналогична схеме соответствующего [c.221]

В последние годы находят применение ожижители, в которых используется СОО с детандером, работающим в двухфазной области, г. е. L-системы с охлаждаемыми СПО и ступенями Сименса. В наибольшей степени они разрабатываются применительно к ожижению гелия, поскольку условия работы детандеров с жидкой фазой в этом случае наиболее благоприятны. Замена ступени L Линде ступенью L Сименса сводится по существу только к замене дроссельной или дроссельно-эжекторной СОО на СОО с детандером. На рис. 8.16 показана схема ожижителя водорода со ступенью Сименса и предварительным внешним охлаждением на двух уровнях кипящим жидким азотом. Замена в СОО дросселя [c.222]

Д - детандер Потоки / - гелий на установку, [c.250]

В установку входят аппараты по осушке и очистке гелия цеолитами. Для увеличения производительности в холодильный цикл включен парожидкостный детандер. [c.252]

Пример. Определить коэффициент ожижения х, а также поступающие в детандер и на дросселирование потоки в трехступенчатом цикле ожижения гелия с предварительным охлаждением (см. рис. 18, а), детандером (см. рис. 20) и дросселем (см. рис. 19, б). [c.50]

Гелиево-водородный конденсационный цикл (рис. 53). Ожижение водорода может быть осуществлено путем его конденсации с помощью гелиевого рефрижератора. Этот цикл состоит из двух самостоятельных контуров (гелиевого и водородного), связанных конденсатором (рис. 53, а). Гелий проходит через теплообменник I, ванну с жидким азотом //, теплообменник III и расширяется в детандере Д до температуры ниже конденсации водорода. Водо- [c.115]

Детандерные циклы. Водородное предварительное охлаждение может быть исключено при замене его детандером, в котором расширяется часть потока сжатого гелия. Впервые идея о создании гелиевого ожижителя с детандером была практически осуществлена П. Капицей в 1934 г. Схема такого цикла представлена на рис. 72. [c.145]

Рис. 72. Схема ожижения гелия ио циклу с детандером

Дальнейшее совершенствование рассмотренной схемы состоит в исключении азотного охлаждения и замены его вторым детандером. Полное исключение посторонних хладагентов имеет определенные преимущества и позволяет ожижать гелий независимо от внешних источников охлаждения . Схема такого цикла предусматривает отвод части потока сжатого гелия в каждый из детандеров, с последующим дросселированием оставшегося количества. Таким образом, сохраняется трехкаскадный цикл, как и в предыдущих схемах, однако термодинамически он более эффективен ввиду замены азотного охлаждения детандером. [c.147]

Результаты энтропийного анализа потерь в некоторых наиболее распространенных циклах ожижения гелия приведены в табл. 4. Очевидно, что увеличение числа детандеров улучшает характеристики цикла, но снижает его надежность, усложняет эксплуа- [c.147]

Рис. 75. Схема ожижения гелия по циклу с двумя детандерами, предварительным охлаждением и дросселированием

Примером относительно крупного гелиевого рефрижератора является мюнхенская установка, предназначенная для охлаждения жидким гелием экспериментального канала ядерного реактора, Этот рефрижераторный цикл, использующий два поршневых детандера при температурах 54 и 14° К, обеспечивает полезную холодопроизводительность 200 вт на уровне 4,3° К [c.161]

Детандер расположен в центральной части, внутри блока теплообменников. Внизу находится сборник жидкого гелия и коммуникации для дросселирования н слива жидкости. Все части ожижителя крепятся к крышке корпуса, через которую выведены трубопроводы и вентили сверху на крышке установлен механизм движения и тормозное устройство детандера. [c.166]

Характеристика ожижителей Г-2 и Г-3 приведена в табл. 5 Ожижитель Мейснера, повторяя принципиальную схему П. Капицы, отличается конструктивным выполнением отдельных узлов детандера, теплообменников, элементов корпуса. Внутренняя оболочка корпуса изготовлена из малотеплопроводного нейзильбера, нижняя суженная часть оболочки представляет сборник жидкого гелия. Давление во внутренней полости определяется давлением обратного потока, что делает несущественным малые утечки гелия. Предварительное охлаждение осуществляется жидким воздухом, который также используется для охлаждения угольного адсорбера [c.166]

Одними ИЗ наиболее крупных гелиевых ожижителей являются ожижители фирмы А. Д. Литтл производительностью до 120 л ч жидкого гелия. Установки работают по циклу с азотным охлаждением, двумя детандерами и дросселированием, коэффициента ожижения 9%. Основные особенности этих ожижителей — применение компрессоров без смазки использование пластинчаторебристых алюминиевых теплообменников применение порошково-вакуумной изоляции и высоковакуумной изоляции для самой нижней зоны. Детандеры расположены в отдельных кожухах вне блока теплообменников, что облегчает к ним доступ. Пуск такой установки продолжается 16—20 ч без применения азота производительность уменьшается в 2,5— 3 раза. [c.170]

Газовые потоки, направляемые в ожижители и другие криогенные системы, должны быть предварительно очищены от примесей, которые могут конденсироваться при низких температурах (происходит вымораживание этих примесей, что может привести к выходу системы из строя). Например, вымерзающие примеси могут вызвать забивку каналов теплообменника или вентиля, попасть в цилиндр детандера и привести к заклиниванию поршня. Особую опасность представляет проникновение кислорода в водородные системы, что может привести к взрывам. Опыт эксплуатации показывает, что нормальная работа криогенного оборудования может быть обеспечена, если количество примесей после очистки не превышает 1-10 объемной доли. Если же примесь неконденсирую-щаяся и неопасная (например, гелий в неоне), то допускается ее концентрация до нескольких процентов. [c.201]

Холодопроизводительность таких газовых рефрижераторных установок может быть весьма большой даже на температурном уровне, близком к гелиевому (4,2К). Например, разработан рефрижератор холодопроизводительностью 50 кВт, в котором указанная тепловая нагрузка снимается при нагревании циркулирующего гелия от 7 до 10 К. Схема этой установки приведена на рис. 38. Гелий, сжатый до 2,45 МПа, расширяется в двух параллельно включенных турбодетандерах до 0,49 МПа, нагревается в теплообменниках и возвращается в компрессорную установку. В турбодетандере 7 расширяется 28% гелия, а весь остальной газ поступает на вторую ступень охлаждения, где расширяется в детандере 9 и воспринимает тепловую нагрузку в теплообменнике 10. Мощность, затрачиваемая на сжатие циркулирующего гелия, оценивается в 5000 кВт. [c.101]

Современные установки для сжижения промышленных газов потребляют определенное количество энергии для осуществления циклов сжижения. Так, для получения 1 л сжиженного газа требуется (ориентировочно) затратить энергию (в МДж) метан (цикл с детандером и каскадный цикл соответственно) 1,13 и 1,07 водород (цикл с дросселированием) 8,28—9,36 гелий (цикл с детандером) 7,92—1,08 кислород и азот (цикл высокого давления с детандером) 3,42—4,43. При получении жидких водорода и гелия учитываются затраты энергии, связанные с Сжижением азота, необходимого для предварительного охлаждения водорода или гелия, равные 4,43 МДж/л жидкого азота [13, 16]. [c.23]

Для получения жидкого водорода используются цикл с однократным дросселированием (производительность ожижителей до 300 л/ч), цикл двух давлений и циклы с детандером (рис. 8). Оба цикла имеют производительность ожижителей более 300 л/ч. Используется также гелиево-водородный конденсационный цикл, основанный на конденсации водорода за счет охлаждения газообразным гелием, имеющим температуру ниже критической температуры водорода. Такой цикл, однако, не нашел широкого промышленного применения. [c.30]

Существуют также детандерные циклы с предварительным охлаждением, где испарение водорода заменено расширением части потока гелия в детандере. Усовершенствование детандерного цикла заключается в применении второго детандера с последующим дросселированием оставшегося количества гелия вместо охлаждения жидким азотом. [c.33]

Разработаны циклы с пятью ступенями предварительного охлаждения, что позволяет приблизиться к идеальному циклу сжижения. В крупных ожижительных установках нашел применение цикл с четырьмя ступенями предварительного охлаждения жидкий азот, расширение сжатого гелия в двух детандерах и дросселирование. Увеличение числа детандеров улучшает характеристику цикла, но усложняет эксплуатацию. [c.33]

В США с 1964 г. эксплуатируются установки по сжижению гелия производительностью 60, 100 и 120 л/ч, работающие по циклу с детандерами [55, 56]. Применение турбодетандеров в гелиевых циклах позволило получить ожижители производительностью до 700 л/ч [57]. [c.33]

В книге изложены основы теории, методы расчета, принципы конструирования и методы исследования низкотемпературных поршневых детандеров низкого, среднего и высокого давления для расширения воздуха, азота, водорода и гелия. Рассмотрены конструкции детандеров в целом и их отдельных узлов. Изложены методы расчета узлов и элеуентов, характерных для поршневых детандеров. [c.183]

Он отличается от (7.36) величиной GAip, отражающей холодопроизводительность детандера AiV= —At3 4=AI3-4 ilafl Это означает, что установка Сименса может работать и на таких рабочих телах (водород, гелий, неон), , у которых при То с значение Ai r<0. Нужно только, чтобы GMt- -GAI >0. [c.196]

Чаще всего рабочей средой является гелий, для которого при Г] 300° К дроссельэффект А/ < О, т. е. представляет собой потерю. Затрата работы в данном цикле определится как разность работы, затрачиваемой в компрессоре и возвращаемой в детандере [c.68]

Для надежной и высокоэффективной работы различных радиоэлектронных устройств, квантовых генераторов и усилителей, инфракрасных приемников излучения необходимо обеспечить их интенсивное охлаждение вплоть до температур жидкого гелия. Обычно размеры охлаждаемых элементов очень малы, отводимое тепло не превышает 1—2 вт, а габаритные размеры жестко ограничены. Отсюда следует необходимость в использовании очень малых — микрокриогенных систем. К таким низкотемпературным устройствам предъявляются следующие основные требования компактность, малая масса, быстрота действия, высокая надежность. Тепловой насос и детандерный рефрижератор в значительной степени удовлетворяют этим требованиям на их основе был разработан ряд таких устройств. Так, например, миниатюрный рефрижератор, предназначенный для охлаждения инфракрасных детекторов, работает по циклу детандера с регенератором в мертвом объеме. Характеристики рефрижератора следующие диаметр цилиндра 5,1 мм, длина 50 мм, регенератор диаметром 2,4 мм размещен внутри поршня. Теплоизоляция выполнена в виде сосуда Дьюара. Через 2—3 мин после пуска рабочая температура достигает 55" К. Л 1асса рефрижератора (без компрессора) составляет 283 г, расход газа 0,35—0,5 лl Vч. [c.87]

К — компрессор Д — детандер /. ///. IV, V — теплообменники II —ванна с жндкнм азотом VI — сборник жидкого гелия [c.146]

К — компрессор Д1Д1 — детандеры /, III, IV. V. VI, VII—тепло. обменники II — ванна с жидким азотом VIII — сборник жидкого гелия [c.148]

Ожижители конструкции Коллинса с двумя детандерами используются как криостаты, работая по рефрижераторному режиму. Эти установки снабжены специальной экспериментальной камерой, в которой может поддерживаться температура вплоть до температуры жидкого гелия. Криостаты такого типа удобны в работе и пользуются широкой популярностью фирма Литтл изготовила свыше 200 таких криостатов (см. рис. 86). [c.160]

В ожижителях Коллинса обычно используются два или три детандера, а также предусмотрено предварительное азотное охлаждение. Рассмотрим ожижитель Коллинса с двумя детандерами (рис. 86). Корпус представляет металлический сосуд Дьюара 5, внутри которого расположена вся аппаратура, прикрепленная к крышке 4. Внутренняя полость заполнена гелием под давлением обратного потока, что облегчает уплотнение. Поперечно-точные однорядные теплообменники из оребренных трубок навиты на сердечник большого диаметра, внутри которого размеш,ены детандеры 2 и 3 с угольными адсорберами перед ними, а также все остальное оборудование. Теплообменники из оребренных трубок имеют малые скорости и малое гидравлическое сопротивление по обратному потоку. Во внутреннюю полость вставлена камера — труба 6, в которую помеш,ают охлаждаемый объект исследования чем ниже расположение объекта, тем ниже его температура. Дополнительный змеевик 7 может использоваться для ожижения любого другого газа. Детандеры имеют к. п. д. 90—95"о, что обеспечивает высокую степень обратимости цикла. При переработке 45 м ч гелия давлением 1,5 Мн1м производительность ожижителя 2 л1ч, а при использовании азотного охлаждения возрастает до 4 л ч. [c.167]

Большой ожижитель Коллинса имеет три детандера на температурных уровнях 45, 25 и 9 К, а также предварительное азотное охлаждение. Следует отметить, что азотом охлаждается не весь поток гелия, а только его часть (8%) причем это количество в интервале 300—80"" К охлаждается только азотом. В верхний детандер поступает 8 % гелия, во второй — 15 %, в нижний — 52 % остальные 25% дросселируются. Основной теплообменник витой, из гладких трубок малого диаметра 3,2/2,5 мм. Производительность этого ожижителя составляет 25—32 л/ч, а без применения азота уменьшается до 10 л/ч. [c.167]

Ожижитель, работающий по циклу с каскадным включением двух детандеров и позволяющий ожижать гелий без применения посторонних хладагентов, был разработан в Институте физических промблем П. Капицей и И. Даниловым (рис. 87). Внутри корпуса Дьюара с вакуумной изоляцией имеется экран 3, охлаж- [c.167]

Процесс ректификации водорода происходит при температуре около 20 К. Холод создается за счет дросселирования или расширения в детандере водорода высокого давления. При столь низких температурах все газы, кроме гелия, отвердевают в процессе ох.ла-ждения водорода, что требует очень тщательной очистки газа. В табл. У-28 приведены некоторые параметры, характерпзующпе процесс ректификации изотопов водорода [134]. [c.201]

Гелиево-водородный конденсационный цикл (рис.Ш.5) [12, 13]. Водород можно сжижать также при помощи гелиевого рефрижератора. Этот цикл состоит из двух самостоятельных контуров (гелиевого и водородного), связанных конденсатором 5. Холодобразую-щий поток гелия охлаждается последовательно в теплообменнике 3, ванне жвдкого азота 4 и теплообменнике 3 и после этого расширяется в детандере 2 до температуры ниже температуры конденсации водорода. Сжижаемый поток водорода охлаждается в теплообменниках водородного контура 3 и полностью ожижается в конденсаторе 5. [c.59]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология