КРИОТЕХНИКА. РАЗВИТИЕ КРИОГЕННОЙ ТЕХНОЛОГИИ
Приложение
Содержание
1. Криогеника. Развитие криогенной технологии
2. Криогенные продукты, их свойства
3. особенности низкотемпературной области. Некоторые понятия и определения
4. Системы ожижения газов
5. Хранение криопродуктов
6. Транспортирование криогенных продуктов
7. Процессы при длительном хранении криопродуктов
8. Трубопроводы
Таблица 1. Некоторые свойства криожидкостей при температуре нормального кипения (табл. 2.6 по Борон Р.Ф.)
Рис. 1. Процессы охлаждения (рис. 33.1 по Бродянскому В.М.)
Рис. 2. Схема процессов отвода тепла от объектов с температурой более высокой, чем То.с., и от объектов с температурой ниже То.с. (рис. 0-2 по Бродянскому В.М.)
Рис. 3 (а и б). Система и цикл Линде (рис. 3.4 и 3.5 по Барон Р.Ф.)
Рис. 4 (а и б). Система и цикл Капицы (рис. 3.18 и 3.20 по Барон Р.Ф)
Рис. 5. Каскадная система (рис. 3.16 по Барон Р.Ф.)
Таблица 2. Основные технические характеристики криогенных резервуаров (табл. 2.1 по Белякову В.П.)
Рис. 6. Криогенное хранилище (рис. 2.1 по Белякову В.П.)
Рис. 7. Конструктивная схема резервуара РВЦ-63/0,5 (рис. 6.9 по Филину Н.В.)
Рис. 8(а и б). Резервуары РЦГ-50/0,5 и РС-1400 (рис. 6.10 по Филину Н.В.)
Рис. 9. Монтаж резервуара РС-1400 (рис. 6.18 по Филину Н.В.)
Рис. 10. Схема перераспределения тепловых потоков по толщине теплоизоляции (рис. 2.11 по Белякову В.П.)
Рис. 11. Уровни эффективности СВТИ (рис. 2.15 по Белякову В.П.)
Рис. 12. Кипение жидкого азота (рис. 2.24 по Белякову В.П.)
Рис. 13. Конструктивные схемы опор внутренней трубы относительно кожуха (рис. 6.20 по Филину Н.В.)
Рис. 14. Конструктивные схемы унифицированных прямых секций (рис. 6.26 по Филину Н.В.)
Рис. 15. и 16. Конструктивные схемы унифицированных тройников (рис. 6.27 и 6.28 по Филину Н.В.)
Рис. 17. Внешний вид участка криогенного трубопровода, собранного из унифицированных секций (рис. 6.31 по Филину Н.В.)
Рис. 18. Схемы компенсации температурных напряженийв магистралях криогенных систем (рис. 6.32 по Филину Н.В.)
Таблица 3. Экспериментальные данные по герметичности затворов криогенной арматуры (табл. 6.10 по Филину Н.В.)
Рис. 19. и рис. 20. Типовая конструкция пневмоклапана (рис. 6.40 и 6.41 по Филину Н.В.)
Таблица 4. Основные характеристики криогенной пневмоарматуры (табл. 6.11 по Филину Н.В.)
В настоящее время в различных отраслях народного хозяйства: металлургии, энергетике, ракетно-космической технике, в медицине, в биологии, в пищевой промышленности широко используются криогенные системы и криопродукты, т.е. реализуется криогенная технология.
Что такое криогеника? В переводе с греческого – "крио" означает холод, "генос" – рождение. В наши дни под криогеникой понимают не холодильную технику и холодильную технологию вообще, а только те области, которые связаны с получением и использованием температур ниже 1200К (или -1530С). Эта граница, разделяющая холодильную технику и криогенику,. принята на XIII Конгрессе по холоду в 1971 г. Таким образом, криогеника (криогенная технология) – это создание (посредством криогенной техники) и применение наиболее низких температур, которые в естественных условиях Земли и околоземного пространства не наблюдаются.
В 1726 г. Джонатан Свифт писал, излагая сообщение Гулливера о его путешествии в вымышленную академию:"Остановлюсь только на деятельности одного знаменитого ученого <…>. В его распоряжении были две большие комнаты <…>; пятьдесят помощников работало под его руководством. Они сгущали воздух в сухое плотное вещество <…>». В то время, когда была написана книга "Путешествие Гулливера", считалось, что воздух является "совершенным газом" и "сгустить" его невозможно. И только в 1877 г. французскому горному инженеру (Луи Поль Кайете) удалось впервые ожижить "совершенный газ", реализовав процесс глубокого дросселирования газообразного кислорода.
В настоящее время криогеника – развитое научно-техническое направление технологической культуры промышленного развитого мирового сообщества. Значение криогеники, огромный интерес к ее достижениям, быстро расширяющейся сфере ее приложения объясняются следующим.
Во-первых, постоянно увеличивается потребление многими отраслями промышленности различных, так называемых промышленных, газов: кислорода, азота, метана (природного газа), аргона, водорода, гелия, неона и некоторых других. Эти газы, используемые как в жидком, так и в газообразном состоянии, имеют низкие температуры кипения, лежащие в криогенной области, поэтому технология их получения, транспортирования, хранения и применения составляет обширную область криогеники.
Во-вторых, при низких температурах проявляются новые, неожиданные, свойства материалов и процессов (например, сверхпроводимость).
В-третьих, при снижении температуры уменьшаются (в следствии уменьшения энтропии) внутренние "шумы" электронных кристаллических преобразователей и носителей информации. Практическое использование этого явления, например, в лазерной технике трудно переоценить.
Из областей, в которых находит применение криогенная технология, можно выделить:
1. Системы ракетных двигателей. Жидкий кислород-окислитель в паре в углеводородным горючим или с жидким водородом.
2. Исследования в области физики высоких энергий. Водородные пузырьковые камеры (г. Протвино, Россия) используются при обнаружении и изучении частиц высоких энергий.
3. Электроника. Чувствительные микроволновые усилители (мазеры) охлаждаются до температур жидкого азота или жидкого гелия, чтобы тепловые колебания атомов усилительного элемента были минимальны и стабильны при излучении микроволновой энергии.
4. Механические конструкции. Здесь используется явление сверхпроводимости. Так сверхпроводящие магниты были использованы для подвески высокоскоростных поездов (до 500 км/ч).