4 / 27
В.В. Костюк, Б.И. Каторгин, В.П. Фирсов, К.Л. Ковалёв и др.
4
Инженерный журнал: наука и инновации
# 8·2017
Конструктивно криостат (рис. 2) состоит из сосуда хранения жидко-
го азота, внешнего кожуха и верхнего фланца. Экранно-вакуумная теп-
лоизоляция (ЭВТИ) имеет толщину свыше 20 мм. Она установлена
между стенками сосудов
1
и
2
, а также на верхнем фланце. Давление в
вакуумных полостях с ЭВТИ поддерживается на уровне 10
–3
Па.
На верхнем фланце в газовой подушке криостата закреплены
теплообменник нагрузки криорефрижератора, криогенный насос с
электроприводом АКН-017 и магистрали, наддува емкости, заправки,
дренажа, подачи жидкости в контур охлаждения ВТСП устройства.
Криогенный насос предназначен для поддержания необходимого мас-
сового расхода жидкого азота и давления в контуре криостатирования.
Все трубопроводы за исключением магистрали наддува обеспе-
чиваются штыковыми соединениями с проходным сечением 20 мм.
Трубопроводы подачи жидкости и неона снабжены ЭВТИ. Для по-
верхностей элементов трактов без ЭВТИ используют Cryogel Z.
Теплообменник нагрузки криорефрижератора установлен в газо-
вой подушке криостата (см. рис. 2). Он обеспечивает охлаждение
жидкого азота в тракте теплообменника и конденсацию пара в газо-
вой подушке бака.
Жидкий азот для предотвращения парообразования в контуре ис-
пользуется переохлажденным, т. е. при температуре ниже
Т
s
насыщения
(
T
s
=
f
(
P
)). Использование переохлажденного (не догретого до темпера-
туры насыщения) азота препятствует развитию кавитации в криогенном
насосе и обеспечивает надежное сохранение практической сверхпрово-
димости в зоне криостатирования, так как при изменении агрегатного
состояния хладоносителя, в дополнение к конвективному охлаждению,
поглощается теплота парообразования, что препятствует аварийному
переходу сверхпроводника в нормальное состояние.
Для получения переохлажденного азота после заправки контура
криостата жидким азотом из цистерны типа ЦТК предусмотрена си-
стема первоначального его охлаждения за счет создания в криостате
разрежения. В этих целях (см. рис. 2) установлен вакуумный насос
(ВН) с теплообменником подогрева паров азота на входе. Масса
жидкого азота в криостате составляет 400 кг. Потеря массы при
охлаждении на 20 K (с 78 до 65 K) составляет 60 кг жидкого азота.
В теплообменнике на входе в вакуумный насос осуществляется
подогрев паров для обеспечения надежной работы насоса.
Теплообменник изготовлен из коррозионно-стойкой стали в виде
змеевика длиной 10 м (диаметр проходного сечения трубы 14 мм,
внешний диаметр — 200 мм) и помещен в сосуд с проточной водой
(рис. 3).