«Энергия» - «Буран»

     В способе охлаждения криогенных жидкостей с помощью холодильных машин производится выбор типа холодильных машин. В настоящее время применяются два их типа. Первый охватывает холодильные установки, реализующие низкотемпературный цикл в классической совокупности агрегатов: компрессор, холодильник, расширительная машина, охладитель или теплообменник для снятия тепловой нагрузки. Второй - это холодильные машины с внутренней регенерацией тепла. В таких машинах теплообменник регенератор расположен в мертвом пространстве расширительной машины, процесс расширения протекает одновременно с процессом теплообмена в регенераторе. Регенерация тепла осуществляется одновременно с процессом сжатия рабочего тела. Охлаждение криогенных жидкостей в газовых холодильных машинах происходит в теплообменнике за счет эффекта охлаждения - расширения рабочего газа с совершением внешней работы.

     Метод охлаждения криогенных жидкостей с помощью холодильных машин применяется, как правило, в случаях, когда необходимо исключить потери охлаждаемой жидкости в процессе ее охлаждения и длительного хранения. При хранении больших количеств криогенных жидкостей применение этого способа требует установки громоздких и дорогостоящих машин, что экономически не оправдано.

     Холодильные машины с внутренней регенерацией тепла компактны и относительно просты в эксплуатации, они легко могут быть автоматизированы, но имеют небольшую холодопроизводительность и могут применяться для охлаждения и термостатирования только небольших количеств криогенных жидкостей.

     Способ охлаждения посредством теплообменника в одинаковой мере применим для охлаждения любой криогенной жидкости. В качестве хладагента может использоваться жидкость, кипящая при температуре более низкой, чем охлаждаемая, или газ, охлаждаемый до требуемого температурного уровня с помощью постороннего холодильного цикла.

     В качестве хладагентов для переохлаждения водорода может быть использован жидкий водород, кипящий под вакуумом. Для охлаждения жидкого кислорода могут использоваться жидкий азот и жидкий азот, кипящий под вакуумом, бинарная смесь (жидкий кислород плюс жидкий азот под вакуумом) и жидкий водород. Способ охлаждения жидкости путем барботажа через нее неконденсирующегося газа, например, гелия, заключается в том, что пузырьки гелия, проходя через массу жидкости, насыщаются парами жидкости до равновесного состояния. Несущая пузырьки гелия жидкость понижает свою температуру, так как парообразование идет за счет внутренней энергии жидкости. Этот метод отличается надежностью и высокой холодопроизводительностью. Недостатком его является большой расход дорогостоящего и дефицитного гелия в процессе охлаждения. Для этого на стартовой позиции необходимо иметь большой запас гелия в баллонах, а также сложную систему очистки от примесей охлаждаемой жидкости. Это снижает эффективность данного метода.

     В способе охлаждения жидкости путем вакуумирования парового пространства охлаждение производится за счет частичного испарения жидкости при непрерывном отводе паров вакуумным агрегатом. Вакуумирование является простым, надежным способом, требующим только наличия соответствующих средств откачки пара. Такой способ может быть использован для переохлаждения жидкого водорода, однако он мало пригоден для глубокого охлаждения жидкого кислорода вследствие малого давления насыщенных паров кислорода при этих температурах. Вакуумные агрегаты дают очень малую производительность при таком давлении на входе.

     Одним из наиболее приемлемых средств вакуумирования, несмотря на низкий коэффициент полезного действия, является установка с газовым эжектором. Преимуществами такой установки является простота, надежность в работе и возможность отвода от охлаждаемой жидкости больших количеств тепла.

     Для охлаждения же высококипящих жидкостей применяются холодильные машины. В зависимости от степени охлаждения выбирается соответствующий тип машин.

     Способ охлаждения жидкого кислорода для заправки "Энергии" с применением газового эжектора при минимальной стоимости прост в управлении, не требует регулирования и в связи с отсутствием машинного оборудования обладает максимальной надежностью. Кроме того, для его реализации не требуется создания специального хранилища азота. Для обеспечения автономности система охлаждения включает в себя два охладителя, которые обеспечивают охлаждение до требуемой температуры кислорода, идущего на заправку отдельно блока второй ступени и блоков первой ступени. Суммарный расход жидкого азота на одну заправку составляет 200 т.