УЛУЧШЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ СТУПЕНЕЙ СЖАТИЯ И ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ КРИОГЕННЫХ УСТАНОВОК БОЛЬШОЙ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ

Аннотация

При создании криогенных гелиевых и водородных установок большой производительности не удаётся заменить многочисленные поршневые и винтовые компрессоры центробежными компрессорами. Высокие скорости звука в Не и Н2 и низкие их плотности обусловливают очень малые степени сжатия криоагентов в одной ступени турбокомпрессора. В данной статье в общей постановке рассматривается комплекс вопросов создания крупных гелиевых и водородных систем на основе только машин динамического действия, а именно турбокомпрессоров и турбодетандеров. Показано, что такой подход можно реализовать путём перехода от компримирования гелия и водорода к сжатию смесей криоагент-хладагент. Расчётными и экспериментальными исследованиями ступени сжатия и предварительного охлаждения гелиевого рефрижератора подтверждена возможность как существенного снижения числа ступеней сжатия турбокомпрессора, так и значительного уменьшения расхода жидкого азота для охлаждения потока сжатой смеси. Установлены особенности изменения основных характеристик ступени сжатия и предварительного охлаждения при использовании смесей гелия с низкотемпературными хладагентами R13 и R14. Поставлена и решена задача определения оптимального состава смеси He-R13 как задача максимизации экономической эффективности перехода от сжатия Не в винтовых маслозаполненных компрессорах к сжатию смеси оптимального состава в турбокомпрессорах. Решение данной задачи иллюстрируется в приложении к крупным криогенным установкам: криогенной гелиевой системе ускорительно-накопительного комплекса и КТУ-5000/4,5, имеющим при температуре 4,5 К холодопроизводительности, соответственно, 33 и 5 кВт.