Про можливість створення кріогенних гелієвих і водневих установок високої продуктивності та ефективності на основі машин динамічного принципу дії

Abstract

При створенні кріогенних гелієвих (КГУ) та водневих (КВУ) установок високої продуктивності доводиться вирішувати складну проблему компримування великих кількостей таких легких газів, як гелій та водень. Компресори таких кріогенних установок повинні забезпечувати значні ступені підвищення тиску, відрізнятися високою надійністю, малими габаритами та масою. Компресорні машини об'ємного принципу дії – поршневі та гвинтові компресори – з ряду причин не годяться для цього. Аналіз показує, що при сучасному стані компресоробудування неможливо створити відповідні для цього відцентрові турбокомпресори. Пояснюється це низькими густинами гелію та водню, високими швидкостями звуку в них, що призводить до малих ступенів їх стиснення в одному ступені турбокомпресора. У статті показано, що кількість ступенів стиснення можна істотно зменшити при переході до компримування сумішей водню та гелію з важкими низькотемпературними холодоагентами, наприклад, R12, R13, R14. Потрібно враховувати, що застосування холодоагентів у сумішах з воднем та гелієм призводить до зростання витрат потужності на стиснення у порівнянні з подібними процесами для чистих водню та гелію. Розглядаються два варіанти вирішення даної проблеми, які дозволяють роботу стиснення сумішей наблизити до роботи компримування чистих кріоагентів або навіть зробити її нижче. Один з варіантів заснований на організації стиснення кріоагенту в середовищі киплячого холодоагенту, а інший – на чергуванні процесів компримування та проміжного охолодження суміші киплячим холодоагентом. Крім того, для знаходження оптимальних проміжних параметрів суміші в установці отримано системи рівнянь, які можуть бути вирішені чисельними методами. Все це дає можливість розробляти високопродуктивні та ефективні КГУ та КВУ на основі машин динамічного принципу дії