Гелиевый детандер

Рис. 85. Технологическая схема гелиевого ожижителя с детандером

Воздухоразделительные установки высокого давления с детандером предназначены для получения жидкого кислорода и азота. В схемах современны.х установок этого типа предусмотрено получение сырого аргона, а в некоторы.ч случаях и неоно-гелиевой смеси. Установки высокого давления с детандеро.м более экономичны по сравнению с установками для получения жидкого кислорода, работающими по циклу низкого давления, т. е. удельный расход энергии на получение 1 кг жидкого кислорода значительно ниже. Применение поршневых детандеров н компрессоров в установках высокого давления может привести к попаданию масла, применяющегося для смазывания цилиндров этих машин, в воздухоразделительный аппарат. Этот недостаток можно устранить заменой поршневого детандера турбодетандером и включением в схему установки блоков адсорбционной осушки или комплексной очистки воздуха. Наличие в этих установках машин, аппаратов и трубопроводов высокого давления усложняет обслуживание и ре.монт оборудования. Принципиальная технологическая схема установки высокого давления с детаиде-ро.м приведена на рис. 36. [c.112]

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]

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]

В отдельных конструкциях детандеров низкого и среднего давления находит применение щелевое уплотнение (с лабиринтными канавками). Такое уплотнение использовано в известной конструкции фирмы Кларк [13], а также в ряде конструкций гелиевых детандеров [31. [c.222]

Технический к. п. д. поршневых детандеров зависит от их конструкции и температурного интервала работы. Для поршневых детандеров воздухоразделительных установок к. п. д. равен обычно 0,6—0,7. Для гелиевых. детандеров, работающих с газовой смазкой, при температуре 10—15° К технический к.п.д. равен 0,8—0,9. [c.356]

Пример. Определить количество тепла ( , которое необходимо отвести на верхней ступени гелиевого ожижительного цикла в интервале температур 300— 80° К количество жидкого азота, необходимого для обеспечения холодопроизводительности ступени ( , или же количество газа, которое необходимо направить в детандер при использовании для этой цели ступени с детандером. [c.50]

Пример. Рассчитать гелиевый ожижитель производительностью 80 лЫ, работающий по циклу с предварительным охлаждением жидким азотом, расширением в двух детандерах и дросселированием (см. рис. 75). Определить коэффициент ожижения х потоки в детандеры Д, и количество азота 0 температуры во всех точках цикла расход энергии I Мдж[л. [c.157]

Пример. Определить полезную холодопроизводительность и поток, поступающий в детандер для рефрижераторного гелиевого цикла с предварительным охлаждением детандером и дросселированием. Давления, температуры и принятые потери те же, что и в примере на стр. 50. [c.70]

Л — компрессор Д — детандер /. //. III — теплообменники гелиевого контура (/, 2, 3 — теплообменники водородного контура 4 — сборник жидкого водорода) [c.115]

Циклы для получения жидкого гелия с дросселированием, с расширением в детандере, комбинированные и каскадные). Подобно жидкому водороду, жидкий гелий долгое время получали только в лабораторных условиях в небольших количествах. В настоящее время гелий широко используют в науке и технике, поэтому существует большое число гелиевых ожижителей и рефрижераторов, предназначенных для охлаждения сверхпроводящих систем, криогенных вакуум-насосов, квантовых генераторов, а также различных приборов и аппаратуры. [c.34]

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]

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]

Наибольшее распространение получил цикл с расширением гелия в двух детандерах, широко используемый для крупных гелиевых ожижителей и рефрижераторов. По такому циклу работает крупная отечественная гелиевая установка КГУ-250-4,5 в ожижительном и рефрижераторном режимах. Принципиальная схема и процессы цикла с предварительным охлаждением гелия, расширением его в турбодетандерах и дросселированием приведены на рис. 31 и 32. [c.38]

Рис, 82. Схема гелиевого рефрижератора с детандером [c.161]

На рис. 46 показан пример такой конструкции [68]. В кожухе 9, изготовленном из материала с низкой теплопроводностью, например из нержавеющей стали, размещены теплообменные аппараты и детандер гелиевого ожижителя, работающего в рефрижераторном режиме. Сам кожух вставлен в откачиваемую камеру 8, а вход и выход коммуникаций, связывающих ожижитель с компрессором 6, осуществлен через фланец 7. Сжатый в компрессоре 6 [c.110]

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]

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]

Чтобы избежать промежуточного охлаждения гелия жидким воздухом или жидким азотом, Коллинсом был построен гелиевый ожижитель с каскадным расширением гелия в детандерах. [c.197]

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]

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]

Сопоставление результатов расчета по идеальному газу с учетом джоуль-томсоновского эффекта и обычным методом с помощью 5—Г-диаграммы, Ниже приводятся результаты расчетов гелиевого холодильного цикла с одним детандером по описанному методу и с помощью 5—/"-диаграммы для конкретных условий, выбранных таким образом, чтобы влияние дроссель-эффекта было заметным. [c.24]

Таким образом, циклы с двумя детандерами на прямом потоке и с детандерами на прямом и обратном потоках при работе с идеальным газом имеют одинаковую эффективность. Для гелиевых холодильных систем предпочтительнее цикл с двумя детандерами на прямом потоке. [c.31]

Трехступенчатый цикл с предварительным охлаждением жидким криоагентом, расширением части потока в детандере и дросселированием, применяемый для сжижения водорода, также используют в ожижительных и рефрижераторных гелиевых установках. Первый гелиевый ожижитель с детандером был разработан П. Л. Капицей в 1934 г. [c.36]

В некоторых конструкциях поршневых детандеров удается избавиться от потерь из-за утечек через неплотности. В детандерах на гелиевом и водородном уровнях, а также в микродетандерах наиболее существенны потерн на трение между поршнем и цилиндром и от теплопритоков пзвие. В ряде конструкций (бесклапанные детандеры) отсутствуют потери от смешения при выталкивании. [c.91]

В гелиевом ожижителе Лонга и Симона применяется детандер силь-фонного типа. После того как экспериментально было установлено, что при весьма низких температурах продолжительность работы сильфонов 13 [c.195]

На рис. 3-19 показан гелиевый ожижитель с отнятыми сосудом Дюара и вакуумной изоляцией. Работа детандера передается при помощи механизма небольшой динамомашине, расположенной в верхней части ожижителя. [c.197]

Выделение зон преимущественного применения детандеров разных типов более сложно, что объ51с-няется большим влиянием на КПД плотности рабочего тела на входе в турбодетандер при малых расходах. Для расширительных машин высокого давления (на входе 5— 20 МПа), где плотность рабочего е-ла относительно велика, ориентировочная граница, разделяющая поршневые и турбодетандеры, проходит по производительности 2500 м . Для детандеров среднего давления (1,5—3 МПа) такой границей служит производительность 1000 м ч. Эти данные относятся к машинам воздухоразделительных установок. Для гелиевых детандеров при давлениях на входе 1,6—2,5 МПа соответствующая граница проходит по производительности У=1 3 м /ч. [c.70]

Поршневые детандеры — тихоходные машины (л= =100—400 об1мин) при использовании разгруженных клапанов удается довести число оборотов небольших машин до 1200 об/мищ поршневые детандеры снабжаются устройствами для регулирования холодопро-изводительпости, чаще всего методом изменения угла отсечки впуска, а иногда изменением числа оборотов. Наименее эффективным способом является дросселирование газа перед детандером. Поршневое уплотнение осуществляется металлич. поршневыми кольцами со смазкой маслами, имеющими низкую темп-ру застывания. В конструкциях уплотнений без смазки применяют графит, армированный фторопласт с различными присадками, кожу и др. В гелиевых детандерах применяют бесконтактные щелевые или [c.263]

Выдающийся вклад в развитие и усовершенствование установок для сжижения гелия был сделан акад. П. Л. Капицей, который впервые применил детандер для расширения гелия [Л. 4] это позволило отказаться от применения жидкого водорода, упростить установку и повысить ее эффективность. Основные кокструктив Ные решения, данные П. Л. Капицей, в частности для наиболее ответственного узла гелиевого детандера — цилиндра и поршня, остались неизменными до настоящего времени. [c.34]

Неплотность поршневого уплотнения отнесена к устранимым потерям. Однако если исследуется машина со щелевым уплотнением (например, гелиевый детандер ГДСД-1), утечка через уплотнение включается в число факторов, влияющих на протекание нормального рабочего процесса детандера. [c.185]

Текстолит и гетинакс часто применяют в криогенных устройствах как прокладочный, теплоизоляционный и малофрикционный материал. В частности, из текстолита изготовляют уплотнительные кольца поршней гелиевых детандеров, работающих без смазки при температурах 15—30 К. [c.240]

Адиабатные КПД современных поршневых детандеров гелиевых )ефрижераторов и ожижителей находятся в пределах 0,75—0,85, воздушных и азотных — 0,7—0,85. [c.91]

К а п и ц а П. Л. Расчет гелиевого ожижительного цикла с каскадным включением детандеров. ЖТФ, 1959, № XXIX, вып. 4. [c.266]

Поршневые детандеры уже в течение многих лет применяются как в ожижителях, так и в других установках глубокого охлаждения. Детандеры с кривошипно-шатунным механизмом (в отличие от детандеров с кулачковым приводом) используются в установке для получения больших количеств гелия из природного газа (Амарилло, США). В США серийно выпускаются гелиевые ожижители конструкции Коллинза. Детандеры этих ожижителей, как и детандеры ожижителя гелия производительностью 45 л/час, сконструированного Коллинзом для криогенной лаборатории Массачусетского технологического института, имеют тонкие длинные штоки и работают при температурах до 10° К ). Таким образом, применение поршневых детандеров в водородных ожижителях средней производительности связано только с выбором соответствующих размеров и особенностей конструкции. [c.73]

Наибольший интерес криовакуумной техники связан с гелиевыми установками. Обычно эти установки работают по детандер-ному циклу среднего давления с предварительным охлаждением жидким азотом. Схема ожижительной установки показана на рис. 37. Она включает три ступени охлаждения азотную ванну [c.100]

Для получения жидкого водорода используют следующие холодильные циклы I) с однократнш дросселированием 2)с двойным дросселированием и циркуладией части газа с промежуточным давлением 3) с расширением всего количества газа до промежуточного в детандере и циркуляцией части газа после детандера 4) с расширением части газа в детандере до низкого давления (цикл Клода) 5) гелиево-водородный конденсационный цикл. [c.52]

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]

Вопросы построения и расчета газовых холодильных циклов рассматриваются в ряде работ [1]—[3]. Наиболее близкой по постановке задачи является работа [1], посвященная анализу гелиевого холодильного цикла с одним детандером и содержащая результаты расчетов, выполненных для идеального и реаль- ного газов. Принятая в этой работе методика анализа заключается в отыскании отношения давления сжатия к начальному, соответствующего максимальному значению холодильного коэффициента цикла при заданных величинах недорекуперации, теп-лопритока извне, адиабатического к. п. д. детандера, изотермического к. п. д. компрессора и коэффициента, учитывающего сопротивление при теплообмене. Полезная холодопроизводитель-ность и количество циркулирующего хладоагента находятся по оптимальному перепаду давления. [c.3]

Работы акад. П. Капица были использованы для постройки в ряде лабораторий гелиевых ожижителей, основанных на принципе адиабатического расширения гелия в детандере. Были построены лабораторные гелиевые ожижители в Мюнхенской высшей технической школе, в Иэль-ском университете. В этих гелиевых ожижителях конструкция детандера была заимствована у акад. П. Капица. [c.195]

На рис. 3-20 шображсна принципиальная схема гелиевого ожижителя. Гелий, сжатый в компрессоре от 1 до 15 ата, охлаждается в теплообменнике 4 до 60° К. Часть гелия, примерно 25 7о, поступает в детандер 2, расширяется до атмосферного- давления, и температура его понижается до 30° К. После теплообменника 6 около 50% гелия отводится во второй детандер, где его температура после расширения понижается до 9° К- Оставшаяся часть 25% проходит через теплообменник 8 и дросселируется до 1 ата. В сосуде 9 собирается жидкий гелий, который периодически сливается. [c.197]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология