Огненный воздух

Попадая в холодную трубу теплообменника, остатки воды превратятся в лед, который вызовет если не аварию, то во всяком случае остановку машины. Поэтому сжатый компрессором воздух пропускается через целую батарею баллонов, которые наполнены веществами, хорошо поглощающими влагу, — каустической содой, хлористым кальцием, едким кали и т. д. Пройдя через такой химический осушитель, воздух оказывается уже совершенно сухим.

В более крупных установках остатки влаги из сжатого воздуха вымораживаются в особых холодильниках при 40–45 градусах ниже нуля. Каждая такая установка обычно имеет два холодильника. Пока работает один холодильник, второй отогревается и освобождается от льда.

Но вот воздух прошел все эти аппараты. Он очищен от механических примесей, от углекислоты и водяных паров. Теперь можно беспрепятственно понижать его температуру, не рискуя вывести из строя установку глубокого холода.

МАШИНЫ ГЛУБОКОГО ХОЛОДА

Компрессор, сжимающий воздух, расширительное устройство, предназначенное для его охлаждения, и теплообменник, позволяющий превращать в жидкость воздух, вот главные части установки глубокого холода.

Мы уже знаем, что воздух может охлаждаться гораздо больше, если заставить его при расширении работать, например, двигать поршень воздушного моторчика. Такое охлаждение ведут в установках, которые, кроме сжимающего компрессора и охлаждающего теплообменника, имеют еще и расширительную машину, детандер.

Детандер устроен так же, как любая поршневая машина. Это цилиндр о поршнем, но поршень в детандере приводится в движение не паром, а сжатым воздухом.

Обратимся к рисунку 3.

^{Рис. 3. Принципиальная схема установки для получения жидкого воздуха.}

Многоступенчатый компрессор сжимает очищенный атмосферный воздух. Пройдя по внутренней трубке первого теплообменника, сжатый воздух разделяется на два потока. Один поток, составляющий около четырех пятых всего воздуха, направляется в детандер и, расширяясь, приводит в движение его поршень. При этом воздух значительно охлаждается. Затем он омывает внутренние трубки обоих теплообменников и, отдав свой холод текущим навстречу свежим порциям воздуха, покидает машину. Второй поток воздуха, охлажденный еще больше во втором теплообменнике, направляется через вентиль в расширительную камеру, затем вместе с воздухом из детандера идет к выходу. Вскоре наступает момент, когда сжатый воздух, устремляющийся в расширительную камеру, достигает температуры ожижения и часть его превращается в светло-голубую жидкость. Когда накопится достаточное количество этой жидкости, кран открывают и жидкий воздух выливают. Работа воздуха в детандере не пропадает даром. Поршень детандера может приводить в действие динамомашину. Но чаще всего механическая энергия детандера передается валу компрессора, в котором сжимается воздух. Таким образом, часть энергии, затраченной на сжатие воздуха, компрессор получает обратно, а это снижает расход энергии на ожижение воздуха.

СБЕРЕЖЕНИЕ ХОЛОДА

Итак, мы уже знаем, что теплообменник дает возможность получать весьма низкие температуры, необходимые для ожижения воздуха и других газов. Но одним этим роль теплообменника в установках глубокого холода не ограничивается.

Ведь ожижается обычно лишь небольшая часть расширяющегося воздуха. Однако охлаждать до низких температур приходится весь поступающий в установку воздух. Если бы не было теплообменника, воздух, не превращенный в жидкость, покидал бы установку при температуре около — 190 градусов и уносил бы с собою большое количество дорогостоящего холода. Но благодаря теплообменнику расширяющийся воздух покидает установку глубокого холода при температуре, очень мало отличающейся от температуры атмосферного воздуха. В современных установках эта разница температур обычно не превышает 4–5 градусов. Это значит, что за те несколько секунд, которые нужны расширившемуся воздуху для прохождения через теплообменник и другие аппараты установки, его температура повышается с — 192 градусов почти до температуры окружающего пространства. Почти весь холод, полученный воздухом в детандере и расширительной камере, передается им на обратном пути встречному потоку воздуха.

Тщательная тепловая изоляция всех аппаратов установки не позволяет холоду уходить в атмосферу. Такое сбережение холода позволяет получить больше жидкого воздуха и уменьшает расход энергии на его ожижение.

ОТ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ — К НИЗКОМУ

Широко распространенные установки для получения жидкого воздуха требуют применения громоздких поршневых компрессоров, в которых атмосферный воздух сжимается до нескольких десятков и даже сотен атмосфер. Естественно поэтому, что производительность установок глубокого холода ограничивается, прежде всего, размерами компрессоров. Очень трудно построить сложный поршневой компрессор, дающий большое количество воздуха высокого давления.