Изучение гелиевого криостата для проведения научных исследований (Отчет по пройденной преддипломной практике в физико-техническом институте им. А.Ф.Иоффе), страница 5

Устройство и работа составных частей изделия

Основными составными частями установки являются агрегат охлаждения, компресооры для сжатия гелия, осушитель и блок очистки гелия.

Компрессор гелиевый угловой 302 НП-6/30 производительностью 360 м3/час с масляным уплотнением поршневых групп, сжимает гелий до 30 кгс/см2. Техническое описание компрессора входит в комплект документации последнего.

Вспомогательный компрессор 1ВУВ-45/150 производительностью 45 м3/ч служит для закачивания гелия в баллоны до давления 150 кгс/см2 при остановках установки.

Агрегат охлаждения  включает в себя блок охлаждениях гелиевым детандером ДЛГ4-24/0,2 и опорной рамой, щит приборов агрегата охлаждения и два подогревателя гелия.

Блок охлаждения. В блоке охлаждения происходит охлаждение гелия от температуры окружающей среды до температуры ожижения гелия (~ 4, 5К) Одновременно в теплообменниках блока происходит рекуперация холода обратного потока, поступающего из сборника.

Блок охлаждения включает шесть теплообменников, гелиевый детандер, азотную ванну, оборник жидкого гелия, два сливных сифона, 1 холодный запорный и 1 дроссельный вентиль. Это оборудование заключено в кожух с вакуумно-слоистрй изоляцией и закрыто сверху крышкой; кожух укреплен на раме.

Теплообменники.  Для изготовления применена медная трубка 3x0,35 с наружным оребрением медной проволокой диаметром 0,5 мм. Обечайки и прочие детали теплообменников сделаны из нержавеющей стали XI8HI0T. Во всех теплообменниках по трубкам 3x0,35 проходит сжатый гелий прямого потока, в межтрубном пространстве - гелий обратного потока.

Теплообменники 1, 3 и 4 выполнены как витые поперечно-многослойные аппараты. На сердечник (диаметром соответственно 82, 79 и 79 мм) навиты оребренные трубки 3x0,35. Чтобы исключить проток газа обратного потока вдоль обечайки, последний слой трубок в каждом теплообменнике обмотан жгутом d=3-4 мм, изготовленным из пленки ПЭТФ-8 путем скручивания, а затем обернут в несколько слоев фторопластовой пленкой Ф4-30. Обечайки теплообменников плотно насажены на указанную обмотку.

Наружный диаметр первого теплообменника 183 мм, высота 375 мм, соответственно третьего - диаметр 162, высота 400 мм, четвертого - диаметр 134, высота 250 мм.

Теплообменники 2 и 5-6 выполнены по типу "труба в трубе". Пятый и шестой теплообменник выполнены как один аппарат. Устроены эти теплообменники следующим образом. В медной трубе 24x1 размещены: во втором теплообменнике 5, а в пятом и шестом до 7 оребренных трубок 3x0,35. В каждом теплообменнике снаружи трубы 24x1 припаивается по одной гладкой трубке 3x0,35 для увеличения поверхности теплообмена. По гладкой трубка проходит сжатий гелий прямого потока. Труба 24x1 свита в змеевик диаметром у второго теплообменника 380 мм, у пятого-шестого 430 мм. Высота теплообменников соответственно 600 и 455 мм.

Азотная ванна служит для предварительного охлаждения гелия за счет холода жидкого азота. Ванна представляет собой двухстенный цилиндр с наружным диаметром 430 мм, внутренним 350 мм и высотой 360 мм. В кольцевом пространстве расположен змеевик, навитый в один слой из медной трубки 16x1. Высота змеевика 160 мм от днища ванны. По змеевику проходит сжатый гелий, в межтрубном пространстве кипит жидкий азот. Сверху и снизу ванны выведены импульсные трубки для указателя уровня. Конец нижней импульсной трубки в азотной ванне приподнят вертикально вверх и прикрыт колпачком. Такая конструкция обеспечивает более надежную работу прибора. Сердечник ванны открыт сверху и снизу. Обечайки и донышки азотной ванны выполнены из нержавеющей стали XI8III0T.

Сборник жидкого гелия предназначен для накапливания и хранения жидкого гелия при работе установки в ожижительном режиме . Сборник представляет собой сосуд емкостью 41 л, изготовленный из нержавеющей стали ХХ8НХ0Т. Диаметр сборника 380 им, высота 480 мм. В верхней части трубки имеется штуцер, к которому припаяна трубка от дроссельного вентиля Р-3. К концу трубки прикреплен сепаратор, представляющий собой перфорированную гильзу, обмотанную металлической сеткой в два слоя. В сепараторе происходит разделение жидкого и газообразного гелия. Жидкость затем стекает вниз сборника, а пары поднимаются вверх.