Контрольные вопросы
1. Для каких целей применяют процессы глубокого охлаждения
2. Каким параметром характеризуют скорость изменения температур с понижением давления
3. Какие эффекты различают при адиабатическом расширении с отдачей внешней работы
4. Как определяется теоретическая степень сжижения
5. Чем отличается реальная степень сжижения от теоретической
3.3. Об аппаратурном оформлении процессов глубокого охлаждения
Компрессоры. В случае умеренной производительности (до 1 м3/с) применяют многоступенчатые поршневые компрессоры; при этом давления на выходе иногда превышают 20 МПа (200 бар). В зависимости от конечного давления (начальное - близко к атмосферному) компрессор содержит до шести ступеней. Степень сжатия снижается от ступени к ступени: в первых ступенях она на уровне 4, в последних – несколько превышает 2.
В случае высокой производительности (порядка 30 м3/с) и невысоких конечных давлениях до 0,6 – 0,8 МПа применяют многоколесные турбокомпрессоры с мощным (до 6000кВт) электромотором в качестве привода. Число колес достигает 12, степень сжатия в одном колесе не превышает 1,2; после 2-3 ступеней сжимаемый газ охлаждается в холодильниках.
Детандеры. В циклах высокого (10 – 20 Мпа) и среднего (2 – 6 Мпа) давления используют поршневые детандеры. Их основная цель – получение холода при расширении газа. Часто поршневые детандеры работают без возврата энергии в цикл.
В высокопроизводительных циклах низкого давления используются турбодетандеры – они дешевле и компактнее поршневых. Энергию от турбодетандера отводят с помощью посаженной на его вал динамомашины (электрогенератора).
Теплообменные аппараты (холодильники). Используют рекуператоры и регенераторы. В качестве рекуператоров применяются витые теплообменники, в которых узкие трубы навиты (с зазорами) в несколько слоев на полый заглушенный сердечник. В качестве регенераторов используются аппараты с насадкой – чаще всего в виде дисков из тонкой (доли миллиметра) гофрированной металлической (напр. алюминиевой) ленты либо в виде металлических сеток. Регенераторы дешевле рекуператоров.
Конструкционные материалы аппаратов глубокого холода должны быть достаточно пластичными и прочными при низких температурах. Применяются медь и ее сплавы (латуни, бронзы), сварка (пайка) ведется сплавами (припоями) на основе серебра. В неответственных узлах применяются алюминиевые сплавы, редко – нержавеющая сталь.