7.1.3.1 Материалы, используемые при изготовлении уплотнений

Для тарели клапана:

Ф-4, Ф-3, графитированный фторопласт, поликарбонат и т.п.…

Для седла клапана:

Сталь Х18Н10Т

Трущиеся пары

Фторопласт + ситал АМИП-15Н

Фторопласт + графит 4К20

Смазка – криогель (-200…+200 ^ОС)

7.1.3.2 Гидравлические потери

Характерный размер для клапана – диаметр условного прохода (D_у).

Для пневмоклапана с условным диаметром провода D_у — 100 мм значения составяющих общего теплопритока, равного 15 Вт, при работе на жидком азоте составляют:

7 Вт —по тепловому мосту,

2 Вт —по опорам,

4 Вт — по штоку,

2 Вт — через изоляцию.

Dу, мм	ξ	Qпр, Вт	М, кг
32	6.5	6	12
100	5	15	80
400	2.5	100	1000

В таблице представлены данные для стендовых клапанов. Все стендовые клапаны обеспечены ЭВТИ.

Теплопритоки к трубопроводу:

1. без изоляции:

( )

.

2. с изоляцией:

( )

7.1.4 Фильтры

Фильтры применяют для задержания мелких твердых частиц (механические примеси в потоке жидкости в виде льда, грязь и т.п.).

Для фильтров используют: спеченную пористую медь, пористую нержавеющую сталь. Также используется сетка с диаметром ячеек .

9.1.5 Насосы в криогенной технике

Насосы предназначены для увеличения пропускной способности магистрали и повышения давления в ней.

В криогенной технике применяют насосы следующих типов.

1. Объемного типа (обеспечивают небольшой расход)

1. Поршневые насосы (пульсации давления и расхода).

2. Шестеренчатые насосы (принцип действия: преобразование энергии вращения в механическую энергию).

3. Плунжерные насосы (обеспечивают сжатие в жидкой фазе, тем самым увеличивая давление).

2. Струйные насосы (впрыск газа в основной поток: газ увлекает за собой молекулы прокачиваемой жидкости)

Недостатки:

1. небольшая степень повышения давления, следовательно, необходимо применение многоступенчатых струйных насосов;

2. шумовое загрязнение.

Достоинства:

1. прокачка любой агрессивной среды

3. Лопаточные насосы

До 90% всех насосов в криогенной технике – лопаточные.

Диффузор используется для торможения потока с целью превращения кинетической энергии потока в потенциальную энергию давления.

Достоинства:

1. прокачка большого объемного расхода;

2. уменьшение размера конструкции (повышение частоты оборотов)

4. Электрогидродинамические насосы

Э лектрогидродинамические насосы.

Электроды изготовлены в виде сетки. Необходимо очень высокое напряжение .

Недостатки:

1. прокачка небольших объемных расходов;

2. малая степень повышения давления.

Достоинства:

1. долговечность;

2. бесшумность.

7.2 Особенности течения криогенных жидкостей в трубах

Принятые допущения:

1. течение стационарное:

2. накопление массы жидкости в трубе отсутствует:

3. 

4. потери давления происходят за счет трения и возникновения отрывных зон в проточной части

5. плотность жидкости сильно не изменяется:

6. плотность теплового потока на внешней стенке трубы:

Втекающая масса жидкости в трубу:

Вытекающая масса жидкости из трубы:

Изменение энтальпии:

Тепло за счет теплопритока:

Тепло за счет необратимых потерь:

Уравнение баланса тепла:

Определим подогрев жидкости:

Рассчитаем величину диссипативных потерь:

Работа проталкивания жидкости в трубу:

-на входе:

-на выходе:

Работа на преодоление диссипативных потерь:

Таким образом, подогрев запишется в виде:

Запишем уравнение неразрывности:

Потери давления выразим из закона Бернулли:

λ_тр – коэффициент распределенных потерь (для технических гладких труб λтр ~ 0,2)

ξ_i – местные гидравлические потери (потери в элементах, длина которых меньше или соизмерима с диаметром канала)

Окончательно подогрев запишется в виде:

Оптимальная скорость течения жидкости определяется как:

Для каждого теплопритока существует некоторая оптимальная скорость потока.

Выводы:

1. даже при отсутствии внешних теплопритоков криогенная жидкость нагревается за счет потерь в канале;

2. с увеличением теплопритока необходимо увеличить скорость потока;

3. существует некоторая оптимальная скорость потока, обеспечивающая минимальный прогрев жидкости;

4. выбор диаметра канала производится по следующему алгоритму:

1. задана скорость потока

2. определяется подогрев

3. вычисляется площадь поперечного сечения канала

4. определяется диаметр канала