Диссертация (1025195), страница 15

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 15)

Далее расчет аналогичен, результаты сведены вТаблицы 19-20.U1  2,984P1 м3сQ20. P1 P2  1145 ПаU111111 1м3U 20  (  )  0,493U1 U 2 U 3 U 4 U 5с(3.37)(3.38)(3.39)По двум методикам расчета результаты различны и отличия болеесущественны при более производительных насосах. При расчетных параметрахпроводимость трубопровода значительно превосходит производительностьнасоса и практически не влияет на проводимость системы. Перепад давления подлине трубопровода ~60 Па.

Массовые расходы откачиваемого пара, которыеможно получить, используя серию рассматриваемых насосов, 0,04 – 2,25 г/с.111Таблица 19.Сравнение расчетов 1№ участкаI вариант расчетаII вариант расчетаU, м3/сP, ПаU, м3/сP, Па142,4923612,98411452107,34723313,0911373166,26123192,67711304211,69523112,18711225250,36123051,8621112Таблица 20.Сравнение расчетов 2Вариант расчетаU20.P1,м3/сS20.P1,л/сG20.P1,г/сI0,62919,40,039II0,49319,20,039Таблица 21.Сравнение расчетов 3Вариант расчетаU500.P3,м3/сS500.P3,л/сG500.P3,г/сI3285592,297II21545,52,242В качестве вакуумного насоса на стадии подготовительного экспериментаиспользовался насос АВЗ-20Д.Конечное уравнение Дарси-Вейсбаха:LR Tн G 2 0,085G 1,647p0  () T dxQd 4 02T  T0  (Tн  T0 )xL(3.40)(3.41)112LR Tн G 2 0,085Gxp0  () (T0  (TH  T0 ) )1,647 dx4QdL0(3.42)R Tн G 2 0,085G L(TH 2,647  T0 2,647 )) Qd42,647(TH  T0 )(3.43)0,0321Q 2  L(TH 2,647  T0 2,647 )G p0 2 Q 2G  2 2 0R 2 TH 2 d 4 (TH  T0 )R Tн(3.44)2p0 2  (2Решение уравнения численным методом для насоса АВЗ-20Д и давленияP1 d  0,04, L  10, p0  1145, Tн  273, T0  5, R  2087, Q  0,02, G20.P1  3,955105 .1,34210G1 55 2 25 2 821,13310  л Q  2, 98110  R  d  p02 168, 272 лQ ()44d2 Q  d5 4,12102RG1 (Q)  3,10710122,6371013 Q 2  6,9891018Q ( 2,568106 )2Q2(3.45)(3.46)Рисунок 3.4.

Зависимость массового расхода G от потока газа Q из О.О.В рабочем эксперименте для откачки паров жидкого гелия вместо АВЗ20Д был использован вакуумный сухой винтовой насос GXS 250.113Рисунок 3.5. Внешний вид насоса GXS 250Таблица 22.Характеристики насоса GXS 250Габариты корпуса, мм1092х390х568Масса нетто, кг305Впускной фланец устройства (на болтах)ISO63Выпускное соединение для отводных газовNW40Объем смазочного материала, л0.7Типовая максимальная подача, м3/ч250Предельноедавление(припродувкетолькоуплотнений вала), мбарМаксимально допустимое длительное давление навпуске, мбарНоминальнаямощностьэлектродвигателябезмасляного насоса, кВтПотребление воды(минимальный расход), л/мин<1х10-210007,54114Рисунок 3.6. Откачная характеристика насоса GXS 250Для откачки и предварительного вакуумирования арматуры рамы иколонны использовался высоковакуумный сухой пост «Сахара», состоящий измембранного насоса MD 4 и турбомолекулярного насоса MDP 5011.Таблица 23.Технические характеристики форвакуумного мембранного насоса MD4ХарактеристикаСкорость откачки по N2, м3/ч (л/с):3,3 (0,92)Создаваемое разряжение, Па2∙102Максимальное давление на всасывании, Па1∙105Скорость ротора, об/мин.1500-1800Эл.

питание, В/Гц230/50Потребляемая мощность, кВт0,2Ток, А1,5-1,9Степень защиты оболочкиIP 20115Таблица 24.Технические характеристики высоковакуумного турбомолекулярного насосаMDP5011MDPХарактеристика5011Скорость откачки по:N2 в м3/ч (л/с)27 (7,5)He в м3/ч (л/с)14,4 (4)H2 в м3/ч (л/с)10,8 (3)N21∙109Hе2∙104H21∙103Степень сжатия по:Минимальное остаточное давлениебез азотной продувки, ПаМаксимальноедавлениеПри любом типеохлаждения насосанавсасывании по N2, ПаЕстественное охлаждениеМаксимальное давление на выхлопе,при форвакуумной откачке3>= 4 м /ч (1,11 л/с)Скорость ротора, об/мин.Максимальная рабочая температураокружающего воздухаВыхлопной фланецВес, кг1∙1014∙103ПаСоздаваемое разряжение, Па1∙10-42∙10327 000Естественное охлаждение35°CDN162,3Вес контроллера, кг2Эл.

питание, В / Гц220/50Потребляемая мощность, Вт75Для перекачки остатков газа из арматуры после эксперимента в баллонутилизатор (БУ) и для закачки в смеси в баллон при минимальном избыточном116давлении использовался двухступенчатый вакуумный мембранный насосMPU 405.Для откачки сопутствующей арматуры и подготовке экспериментаиспользовался насос вакуумный пластинчато-роторный 2НВР-5ДМ. Егохарактеристики представлены в Таблице 25.Таблица 25.Технические характеристики насоса вакуумного пластинчато-роторного 2НВР5ДМБыстрота действия в диапазоне давлений на входеот атмосферного до 0,26 кПа (2мм рт.ст.), м3/ч (л/с)Предельное остаточное давление, кПа (мм рт.ст.),не более (полное без газобалласта)Наибольшее рабочее давление, кПа (мм рт.ст.)19,8 (5,5)6,7•10-4 (5•10-3)2,66 (20)Объем откачиваемого сосуда, м3, не более3,5Масса, кг, не более26Рисунок 3.7.

Откачная характеристика насоса 2НВР-5ДМНасос предназначен для откачки из герметичных сосудов воздуха инеагрессивных к рабочей жидкости и материалам конструкции пожаро-117врывобезопасных нетоксичных газов, очищенных от капельной влаги имеханических загрязнений, с содержанием кислорода не более, чем в воздухе(21 % по объему) при нормальных условиях, от атмосферного давления допредельного остаточного, при давлении в выходном сечении, не превышающематмосферное более, чем на 9,3 кПа (70 Торр).Насос 2НВР-5ДМ использовался совместно с азотной ловушкой,понижающей предельное остаточное давление до ~10-1 Па и уменьшающейобратный поток масла.3.2.3.

Экспериментальное построение откачной характеристики насосаGXS 250Паспортнаяоткачнаяхарактеристиканасосапоказываетпроизводительность насоса при откачке азота или воздуха. Перетечки в сухомвинтовом вакуумном насосе значительно выше, чем, например, в поршневоймасляной машине, соответственно его производительность при откачке гелиябудет значительно ниже. Для построения реальной откачной характеристикидля откачки гелиевых паров был проведен эксперимент.

Из баллона высокогодавления гелий подавался с различным расходом на всасывание GXS 250. Поразности значений давлений в баллоне определялась производительность. Спомощью стрелочного вакуумметра определялось абсолютное давление воткачиваемом объеме.Посчитана максимальная холодопроизводительность вакуумного насосапри откачкепаров насыщенногожидкого гелияи соответствующуютемпературу:м3кгкДжN (Вт)  G ( )   ( 3 )  rHe ()смкг(3.47)Исходя из давления насыщенных паров жидкого 4He при температуре 2 Кмаксимальная холодопроизводительность составит 450 мВт.Исходя из установленного значения мощности теплопритоков - 150 мВт,118минимально-достижимое давление в О.О. составит ~1,7 кПа, что соответствуетуровню температур в 1,8 К.

Максимальная полезная тепловая нагрузка натемпературном уровне 1,9 К ~ 150 мВт.Таблица 26.Экспериментальные значения производительности насоса GXS 250Давление в откачиваемом объеме, ПаПроизводительность, л/мин36608810,810531,220843,9380112,2551819,7724326,7Рисунок 3.8. График зависимости быстроты откачки насоса GXS 250 паровгелия и температуры соответствующей давлению насыщенных паров гелия отмаксимальной мощности термостатирования1193.2.4. Создание ректификационной колонныДля решения поставленных задач была создана ректификационнаяколонна для разделения смеси гелиевых изотопов.Начальные параметры колонны:- тип: насадочная;- режим работы: периодический;- высота слоя насадки: 100 мм;- давление: от 6 до 20 кПа;- температура в кубе: от 2,2 до 4,2 К;- температура в конденсаторе: от 1,8 до 2,8 К;- температура в ванне: от 1,8 до 4,2 К.Особенностьюданнойлабораторнойректификационнойустановкиявляется применение намеренно меньшей высоты насадочного слоя, дляопределения рабочих параметров насадки и режимов работы колонны.

Данноерешение принято с целью более точного определения ВЭТТ (высоты,эквивалентной теоретической тарелке или сопоставимого параметра – высотыединицы переноса ВЕП), таким образом, снижается погрешность расчета.В качестве насадки была выбрана спиральная насадка из нержавеющейстали со следующими параметрами:- тип: нерегулярная спирально-цилиндрическая;- длина элемента: 1,5 мм;- диаметр элемента: 1,5 мм (внешний);- диаметр проволоки: 0,2 мм;- кол-во витков: 7;- материал: сталь 12Х18Н10Т;- насыпная плотность: 1775 кг/м3;- доля свободного объема: 77 %.Удельная поверхность контакта спиральной насадки (расчет по одномуэлементу):120Длина одного витка:lв  1,3 мм  4,084 мм(3.48)lэ  71,3 мм  28,588 мм(3.49)Длина элемента:Объем элемента:2Vэ  71,3 мм   0,1мм   8,98110 7 л(3.50)Плотность материала насадки:   7920кг / м 3Масса элемента:mэ  7920кг271,3 мм   0,1мм   7,133103 г3м(3.51)Площадь поверхности элемента:2S э  2  0,1мм    0,2 мм 71,3 мм   18,026 мм 2(3.52)Насыпная плотность:  н  1775кг / м3Удельная поверхность контакта насадки:22 н   2  0,1мм    0,2 мм 71,3 мм  3 мS уд  4,49810 3кг2м7920 3 71,3 мм   0,1мм м(3.53)Расчет диаметра колонны:Рекомендуемая скорость пара в насадочной колонне [57, 59, 61]:V p  0,1м.сПредполагалась возможность ректификационного разделения «бедных»растворов 3He-4He, поэтому рассмотрим вариант накопления в конденсаторесмеси, близкой по физическим свойствам к 4He.Средняя плотность паров4He при параметрах вверху колонны:п 4 к  0,8кг / м3 .Теплота конденсации 4He при 2 К rкHe 4  22 Дж / г .Максимальная нагрузка на конденсатор при 2 К Qк  0,3Вт .Массовый расход паров в конденсаторе:121g Mк Qкг 49,1rкHe 4час(3.54)Объемный расход пара в конденсаторе:gVк g Mкмл 17п 4кс(3.55)Поперечное сечение колонны, заполненное насадкой, с учетом отводафлегмы и доли свободного объема насадки:SK gVк 277 мм 2V p 0,770,8(3.56)В качестве обечайки колонны была выбрана цилиндрическая трубка изнержавеющей стали диаметром 20 мм (толщина стенки 1 мм), учитываяразмещение дополнительной арматуры внутри по длине колонны, площадьсечения колонны заполненная насадкой составила 250 мм2.

Характеристики

Список файлов диссертации