Низкотемпературная гелиевая компрессорная станция

Низкотемпературная гелиевая компрессорная станция

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение позволяет снизить энергозатраты на сжатие гелия. Для этого гелиевые турбины 9, Ю, 11, 12 объединены общим силовым гелиевьм контуром, содержаищм гелиевый компрессор с внешним приводом, высокотрный азотно-гелиевый теплообменник (ТО) 8 и водяной холодильник 13. Система азотного охлаждения выполнена в виде замкнутого контура с двухступенчатым или многоступенчатым азотным , турбокомпрессором, водяным, азотным , промежуточными ТО и газожидкостным турбодетандером 15. Высокот-рный и низкот-рньй азотно-гелиевые ТО 8 и 5 включены в контур системы азотного охлаждения, Охлаждение гелиевых потоков в ТО 5 осуществляется парожидкостной азотной смесью, вырабатываемой в азотном холодильном контуре. В установленном после азотного компрессора ТО 8 часть тепла сжатия отводится в гелиевый силовой контур. Контур вырабатывает холод, который расходуется на охлаждение ожижаемого в основном компрессоре гелия. 1 ил. (О (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

15 А1 (19) (11) F 25 В Il/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМ У СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4093571/23-06 (22) 11. 07. 86 (46) 15.01.88. Бюл. ф 2 (71) МВТУ им. Н.Э.Баумана

72) В.И.Ардашев, М.С.Бабичев, В.П.Леонов и В.М.Филиппов (53) 621.57 (088.8) (56) ICEC-9 Kobe, Japan, 1982, р. 174177., (54) НИЗКОТЕМПЕРАТУРНАЯ ГЕЛИЕВАЯ КОМПРЕССОРНАЯ СТАНЦИЯ (57) Изобретение позволяет снизить энергозатраты на сжатие гелия. Дпя этого гелиевые турбины 9, 10, 11, 12 объединены общим силовым гелиевым контуром, содержащим гелиевый компрессор с внешним приводом, высокотрный азотно-гелиевый теплообменник (ТО) 8 и водяной холодильник 3. Система азотного охлаждения выполнена в виде замкнутого контура с двухступенчатым или многоступенчатым .азотным турбокомпрессором, водяным, азотным, промежуточными TO и газожидкостным турбодетандером !5. Высокот-рный и низкот-рньпi азотно- гелиевые ТО 8 и 5 включены в контур системы азотного охлаждения . Охлаждение гелиевых потоков в ТО 5 осуществляется парожидкостной азотной смесью, вырабатываемой в азотном холодильном контуре.

В установленном после азотного компрессора ТО 8 часть тепла сжатия отводится в гелиевый силовой контур, Контур вырабатывает холод, который расходуется на охлаждение ожижаемого в основном компрессоре гелия. I ил.

1366815

Станция работает следующим обра" зом.

Гелий низкого давления с темпера- 45 турой 78 К поступает из криорефрижератора 6 на всасывание в основной компрессор, сжимается последовательно в первои 1 и второй 2 секциях компрессора до давления 0,4 МПа и с тем- 60 пературой 158 К поступает в четырехпоточный теплообменник 5, где, проходя через одну из его полостей, охлаждается до 80 К, затем сжимается по-. следовательно в третьей 3 и четвертой 4 ступенях компрессора до давления 1,6 МПа и с температурой )58 К поступает в другую полость теплообменника 5, где также охлаждается до

Изобретение относится к холодиль-, ной технике, в частности к компрессорным станциям гелиевых рефрижераторных установок.

Цель изобретения — снижение энергозатрат на сжатие гелия, На чертеже приведена схема низкотемпературной гелиевой компрессорной станции, 10

Компрессорная станция включает в себя четыре контура. Основной гелиевый контур состоит из четырех отдельно выполненных одноступенчатых секций 1-4, низкотемпературного азотногелиевого теплообменника 5 и криореф. рижератора 6. Силовой контур состоит из силового компрессора 7 с приводом от электродвигателя, высокотемпературного азотно-гелиевого теплообмен- 20 ника 8, четырех турбин 9-12, служащих для привода ступеней основного компрессора, и водяного холодильника 13. Азотный контур содержит первую ступень 14 азотного компрессора с приводом от парожидкостного турбодетандера 15, вторую ступень 16 азо тного компрессора с приводом от электродвигателя. l?, промежуточный 18, концевой 19, азотно-гелиевый 8, азот- 30 но †азотн 20 и четырехпоточный низкотемпературный азотно-гелиевый 5 теплообменники. Контур подпитки установки гелием в ожижительном режиме работы включает газгольдер 21 и теп- Зб лообменник 5. Все четыре контура объединены между собой теплообменниками 5 и 8 и механическими связями между ступенями 1-4 основного гелиевого компрессора и приводными турбинами 9-12.

80 К, после чего подается в криорефрижератор 6.

Охлаждение гелиевых потоков в теплообменнике 5 осуществляется парожидкостной азотной смесью, вырабатываемой в азотном холодильном контуре °

Азот с давлением 0,1 МПа и температурой 295 К направляют на всасывание в первую ступень 14 азотного центробежного компрессора, откуда подается в промежуточный теплообменник 18, а после него — во вторую ступень 16 азотного турбокомпрессора, где сжимается до давления 3 MIIa. В установленном после азотного компрессора азотно-гелиевом теплообменнике 8 часть тепла сжатия отводится в гелиевый силовой контур, после чего сжатый азот охлаждается до 300 К в концевом теплообменнике 19 и далее до 169 К в азотном теплообменнике 20, после чего расширяется до давления 0,1 МПа в парожидкостном турбодетандере 15, в результате чего его температура понижается до 78 К и часть азота ожижается . Парожидкостная смесь азота поступает в четырехпоточный теплообменник 5, где используется для отвода тепла сжатия в основном гелиевом компрессоре. Ожиженная часть азота в теплообменнике 5 испаряется, а образовавшийся при этом пар азота вместе с газообразным азотом нагревается до

150 К, после чего азот проходит через регенеративный азотный теплообменник 20, где нагревается до 295 К, и поступает на всасывание в азотный компрессор. Таким образом, контур представляет собой установку, вырабатывающую холод, который расходуется на охлаждение ожижаемого в основном компрессоре гелия. Для привода первой ступени азотного компрессора используется энергия, вырабатываемая турбодетандером 15, приводом второй ступени 16 азотного компрессора является электродвигатель 17;

Все четыре ступени основного компрессора имеют отдельные приводы, в качестве которых использованы одноступенчатые гелиевые турбины 9-12.

Сжатый гелий поступает к этим турбинам от центробежного компрессора 7 с приводом от электродвигателя. Гелий поступает в этот компрессор после расширения в параллельно включенных турбинах с давлением О,1 МПа и температурой 300 К. В процессе сжатия в

Формула и з о б р е т е н и я

Низкотемпературная гелиевая компрессорная станция, содержащая многоступенчатый турбокомпрессор, имеющий

Составитель И.Тайдаков

Техред Л.Олийнык Корректор М.Максимишинец

Редактор А.Огар

Заказ 6819/38 Тираж 482 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж- 5, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 з 13 компрессоре 7 до давления 1,26 МПа гелий нагревается до 337 К. Для увеличения теплоперепада renW после сжатия в компрессоре нагревается в теплообменнике 8 до 434 К, после чего направляется на расширение в приводные турбины, где он расширяется до давления О,1 МПа. С целью повьппения плотности гелия перед всасыванием в компрессор 7, что позволяет повысить степень сжатия в компрессоре без повьппения частоты вращения ротора, гелий охлаждается водой в холодильнике 13 до 300 К.

При работе установки в режиме ожижения подпитка ее гелием осуществляется из газгольдера 21, При этом ге лий пропускается четвертым потоком через теплообменник 5, где он охлаждается до 80 К, после чего подается на всасывание в секцию 1 гелиевого компрессора.

66815 4 привод и связанный на входе непосредственно, а на выходе — через низкотемпературный азотно-гелиевый теплообменник с криогенным рефрижератором, и систему азотного охлаждения ступеней турбокомпрессора, о т л и ч а ющ а я с я тем, что, с целью снижения энергозатрат на сжатие гелия, привод турбокомпрессора выполнен в виде установленных на валах его ступеней гелиевых турбин, объединенных общим силовым гелиевым контуром, содержащим гелиевый компрессор с внешним приво15 дом, высокотемпературный азотно-гелиевый теплообменник и водяной холодильник, а система азотного охлаждения выполнена в виде замкнутого контура с двухступенчатым или многосту2р пенчатым азотным турбокомпрессором, водяным, азотным, промежуточными теплообменниками и гаэожидкостным турбодетандером, причем высокотемпературный и низкотемпературный азотно-ге25 лиевые теплообменники включены в контур системы азотного охлаждения по азотным полостям, а турбодетандер и первая ступень азотного турбокомпрессора этого контура объединены в один агрегат с общим валом.