автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.03, диссертация на тему:Моделирование и исследование режимов работы криогенных гелиевых систем

МОСКОВСКИМ ОРДЕНОВ ЛЕНИНА, ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛВДИИ И ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ г ЧСУДАРСТВЕННШ ТЕХНИЧЕСКИМ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ Н.Э. БАУМАНА

РГ6 ий На правах рукописи

БУТКЕВИЧ ИГОРЬ КОНСТАНТИНОВИЧ

УДК 621.594.71

МОДЕЛИРОВАНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЖИМОВ РАБОТЫ . КРИОГЕЗШХ ГЕЛИЕВЫХ СИСТЕМ.

05.од.аз - Машины и аппараты

холодильной и'криогенной техники и систем кондиционирования

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук .

Москва 1994

Работа выполнена в Балаиошшском ордена Ленина научно-производственном объединении криогенного машиностроения имени 40-летия Октября

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Б.А.Иванов,

доктор технических наук, ' профессор В.Е.Кайлин,

доктор технических наук Дьячков Б.И.

Ведущая организация -/Лнститут ядерного синтеза Российского научного центра "Курчатовский институт"

Защита диссертации состоится "16" июня 1994. г. в 14 час на заседании специализированного совета Д.063.15.II в Московском государственном техническом университете им.Н.Э.Баумана по адресу:107005, Москва Б-б, Лефортовская наб. д. I, корпус факультета "Энергомашиностроение". '

Ваш отзыв на автореферат в двух экземплярах,, заверенный гербовой печатью, просим направлять по указанному адресу.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГТУ им. Н.Э.Баумана

Автореферат разослан "1994 г.

Ученый секретарь специализизированного

совете доктор технических наук, . _

профессор А.С.Нуадин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность работы. Криог ткне гелиевые системы (КТО) относятся к наиболее низкотемпературной области криогенной техники и находят применение во многих отраслях народного хозяйства, особенно использующих эффект сверхпроводимости. Техническая сверхпроводимость (СП) по праву относится к одному из авангардных направлений научно-технического прогресса. Несмотря на открытие явления высокотемпературной сверхпроводимости, низкотемпературные сверхпрородящие устройства (СПУ) продолжают находить все более широкое применение в различных отраслях науки и техники, некоторые из которых, как например, термоядерная энергетика или физика высоких энергий очевидно не достигли бы современного уровня без использования СП магнитных систем.

Расширение областей применения СПУ потребовало решения новой научно-технической задачи - содакия специальных криогенных гелиевых систем (КГС) для их охлаждения на.температурном уровне 4,2 К и ниже.

Балашихинское HIÍO Криогенного машиностроения в 1970 -1980-е годы решало задачи создания КГС для опытного участка СП кабеля длиной 100 м (СПК-IOO), пергой термоядерной установки с СП магнитами Токамак-7, самой крупней термоядерной установки с RD^Sn сверхпроводящими магнитами Токамак-15, одного из крупнейших в мире ускорителей элементарных частиц на 3000 ГэВ (УНК-3000), и наконец крупнейшей в мире криогенной системы для международного термоядерного реактора (ИТЗР) (до 100 кВт на температурном уровне 4,4К). Каждая из этих систем - уникальна по выполняемым задачам, режимам работы, типам и характеристикам криостатируемнх объектов.

При создании КГС крупных СПУ ознюсает ряд новых научно-технических проблем, обусловленных уникальностью и высокой стоимостью изделий, требованиями высокой надежности, эффективности и автоматизац'и, мног режимностью работы системы, сжатыми сроками создания, :норгс и трудоемкостью натурных испытаний. Специфической особенностью КТС является то, что основное время их работы протекает в нерасчетных стационарных и нестационарных режимах, что обусловлено как специфическим регламентом работы СПУ, так и тем, что их создание протекает в условиях еполноты постоянно меняющихся (уточняющихся) исходных данных, окончательное значение которых, в силу объективных

3

причин, появляется только на стадии совместных, комплексных испытаний КГС с объектами криостатирования.

В связи с этим потребовалось провести комплекс работ по исследованию как статических режимов криостатирования, так и переходных режимов захолаживания, отогрева и регулирования криогенных гелиевых систем.

Работа выполнялась по тематическим планам научно-иссле-доват ^ьских работ НПО Криогенмаш в рамках решения проблемы: "'эзработка научных основ создания систем криогенного обеспечения сверхпроводящих устройств" в соответствии с постановлениями: * 84-270 от 11.10.78; » 23-5 от 04.01.80; * 831/196 от 16.07.87 и * 317-81 от 07.03.68, распоряжением * Ю96Р0Т от 22.06.85, а также ^постановлениями ГКНТ: * 500 от 21.12.70; » 550 от 19.12.75; *415 от 18.11.75; *4Б0 от 15.12.76 и координационным планам АН СССР (проблема 1.9.6).

Цель работы: разработать научно-методические основы рас-четно-экспериментального исследования и испытания крупных, полупромышленных криогенных, гелиевых систем с учетом переходных режимов работы, высоких требований по эффективности, надежности и автоматизации. Для достижения этой цели необходимо провести комплекс научных исследований со следующими задачами: выявить особенности и систематизировать КГС в рамках единой классификации, обобщить требования, предъявляемые криостатиру-емыми объектами (КО) к КГС; разработать методику расчета режимов работы КГС, основанную на широком использовании физико-математического моделирования основных элементов КГС; исследовать установир'таеся и переходные режимы КТО и определить для них оптимальные схемные решения и режимные параметры; предложить возможные пути форсирования холодопроизводительности КГС; разработать ресурсосберегающую методику испытаний на базе имитационного моделирования; исследовать характеристики КГС, как объектов управления, и сформулировать основные требования к системе автоматизированного управления; показать пути совершенствования КГС крупных СТО"; основные выводы и рекомендации проверить в условиях натурных испытаний и эксплуатации.

Научная новизна. Впервые проведено расчетно-эксперимен-тальное исследование КГС различного.типа и назначения, в процессе которого разработаны оригинальные методы и методики исследований и испытаний, получены характеристики и научно обос-4 '

нованэ перспективность КГС с рефрижераторами с избыточным обратным потоком (РИОП)• Раьрабс чна методика расчета режимов работы КГС, отличающаяся дифференцированным подходом к задаче моделирования различных элементов КГС на различных стадиях разработки и создания КГС, в частности: использованием численно-аналитических методов как в линейном, так и нелинейном приближении; квазидинамических моделей тегоюобменных аппаратов для расчета переходных процессов в КГС; линеаризованных сосредоточенных моделей динамики для исследования алгоритмов функционирования и управления. Теоретическим и экспериментальным путем обнаружены новые эффекты, характерные для КГУ с нерегулируемыми турбодетандерами (повышение производительности в рефрижераторном режиме при снижении давления перед турбодетвн-дерным агрегатом, неоднозначность характеристики КГУ: 0 - й ), впервые получены расчетные и экспериментальные характеристики одно- и двухконтурных КГС в установившихся и переходных режимах, в том число характеристики двухконтурных КГС с РИОП с различными ступенями 'окончательного охлавдения. Разработаны ресурсосберегающая расчетно-зкспетзиментальная методика натурных испытаний КГС и криогенного оборудования, использующая математическое моделирование и синтез расчетно-экспериментальных характеристик элементов системы, а также методики экспериментального исследования и испытаний КГС, использующие методы нестационарного режима и переходных характеристик, позволившие, в частности, дифференцировать источники тепловых потерь.

Практическая значимость.. Работа в целом решает задачу создания эффективных, автоматизированных криогенных'гелиевых систем, сокращения сроков их разработки и испытаний. Исследована новая, перспективная двухконтурная КГС с РИОП, позволившая поднять уровень унификации криогенного оборудования без ущерба качества, снизить затраты на разработку и сократить сроки создания новых КГС СПУ. Разработан алгоритм создания КГС СПУ, положенный в основу программн ых средств САН? криогенных сиспм сверхпроводящих устройств. Проведены исследования и оптимизация схемных решений с учетом переходных режимов, позволившие сократить время'захолаживания КГС совместно с СПУ, а также разработать методы форсирования холодопроиэводительности различных КГС, нашедших применение при испытании и эксплуатации различных СПУ (СПК-100, СПМС Т-15). Разработаны алгоритмы фун-

5

кционирования КГС в стационарных и переходных режимах работы, определены наиболее целесообразные контуры регулирования, сформулированы основные требования к системе автоматизированного управления.

Разработанные методики и рекомендации использовались при проектировании, испытаниях и эксплуатации КГС, в частности: при разработке схемных решений, подборе состава оборудования и разра ' тке алгоритмов функционирования КГС Токамак-1Б, УНК-",".00, СКМ и др. в НПО Криогенмаш; при испыгагжи КГУ и КГС в составе криогенных комплексов СПК-ЮО, ГСПК-50, Токамак-7, СЭД, СШС, Токамак-15 в НПО Криогенмаш, СКТБ ВКТ Мосэнерго, ИАЭ им. И.В.Курчатова, ВЩИЭМ, ИФЬЭ; для ускорения режима за-холаживания КГС СИМС, Токамак-7, Токамак-15 в ИАЭ им. И.В.Кур-.чатова; для форсирования холодопроизводительности КГС СПК-100, СШС, Токамак-15 в СКТБ ВКТ Мосэнерго, ИАЭ им. И.В.Курчатова.

Материалы диссертационной работы использованы автором в курсах лекций "Криогенные системы", "Криогенная техника", "Технический уровень и надежность криогенных систем", читаемых в МГТУ им. Н.Э.Баумана на кафедре Э-4.

Метода исследований. В условиях неполноты и невысокой точности ксхЩШх~д§шшх использовано физико-математическое моделировегше работы тешкюбмешшх ашаратов в одномерной постановке с учетом основных особенностей криогешшх теплогидро-динамических процессов, что позволяет получить относительно простые численно-аналитические решения с минимальными затратами машинного времени и достаточной точностью, а также физическое моделирование и натурные испытания КГС (КГУ) в рабочих условиях с целью проверки достоверности физико-математических моделей, параметров рассчитанных режимов работы КГС и разработанных методш расчета и испытаний.

К завдте представляются следущие положения.

1. Расчетные и экмериментетшие~данные по расчету параметров КГС в установившихся и переходных режимах работы.

2. Результаты теоретического и экспериментального исследования отдельных модулей КТО (блоков очистки, ожижителей, рефрижераторов) и одноконтурных КГС.

3. Результаты теоретического и •экспериментального исследования РИОП и двухконтурных КГС с РЩ1.

4. Методы форсирования холодопроизводительности одно- и

двухконтурннх KTO.

б. Алгоритмы функционировав-ч КТО в режимах криостат:-'ро-ва1шя и захолакивания КО.

6. расчетно-экспериментальные методики испытания КТО я их модулей.

Внедрение результатов работы. Результаты работы был« использованы при создании и испытании КГС термоядерной установки Токамак-15, при создании КГС для ускорителя элементарных частиц УНН-3000, при разработке концептуального проекта КГС опытного термоядерного реактора ИТЭР, при испытании и эксплуатации криогенного оборудования СПК-100, ГСЛК-50, СЭД, Токамак-7.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертации докладывались на Всесоюзных конференциях по криогенной технике (Балашиха, 1973, 1982 гг.; Москва, 1987 г.), на XIY международном конгрессе по холоду (Москва, 1975 г.), на Всесоюзной конференции по холоду (Ташкент, 1977 г.), на Всесоюзных конференциях по техническому использованию сверхпроводимости (Алушта, 1975 г.; Ленинград, 1984 г.), на Всесоюзных совещаниях по ускорителям заряженных частиц (Дубна, 1980, 1985 гг.), на Всесозных конференциях по инженерным проблемам термоядерных реакторов (Ленинград, 1974, 1981, iy84, 1990 гг.), на Всесоюзном научно-техническом совещании "Научно-технические и технологические вопросы создания сверхпроводникового электротехнического оборудования" (Москва, 1984 г.), на 111 и IV международна« семинарах ИКФА "Возможности и ограничения сверхпроводящих магнитов ускорителей" (Протвино, 1981 г.; Лос-Аламос, I98G г.), на международной конференции SOFT-16 (Лондон, 1990 г.), на международной конференции ЫТ-12 (Ленинград, 1991 г.), на международной конференции "Криогенная техника - науке и производству" (Москва, 1991 г.), на международной конференции ICEC-14 (Киев, 1992 г.), на ряде общесоюзных и международных сет-нарах и симпозиумах.

Публикации. Мягерчалы лесертацшг отражены в 25 статьях, 17. докладах и 12 авторских овидельствах на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести разделов, заключения и выводов по работе, списка использованной литературы ( 377 наименования ) и включает 456 стр., в том числе 245 стр. основного текста, 135 рисунков, 25 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, показана ее научная 7ювй5на~и практическая значимость, приведены примеры внедрения результатов работы.

В первом разделе приводится обзор состояния вопроса и пос-тшгавка-з5даад~йссл§дований. Анализируются различные сверхпроводящие устройства, обладающие, тем не менее, общими особенностями, "характеризующими их как криостатируемые объекты. Отмечайся недостатки и преимущества циркуляционных и погружных систем криостатирования СПУ, формулируются основные требования, предъявляемые современными СПУ, как объектами криостатирования, к КГС: высокая эффективность в широком диапазоне режимных параметров при переметь.характере тепловой нагрузки, высокая надежность при длительном цикле непрерывной работы ( до 8000 ч ), высокий уровень автоматизации.

Рассмотрены различные типы КГС, проведено их обобщение в рамках предложенной классификации по: типу термодинамической системы, количеству контуров, режимам работы, типу циркуляционного устройства. Проанализированы основные преимущества и недостатки одноконтурных и двухконтуршх КГС с криогенными насосами, показана перспективность сателлитных ( с РИОП ) двух-контурных КГС.

Рассмотрены основные направления исследования КГС, особое внимание обращено на работы, связанные с анализом и оптимизацией одно- и двухконтуршх КГС ( Dean J, Беляков В.П., Агеев А.И., Агапов H.H., Jensen J., Агр V., Rode С., Brown D., Краковский Б.Д., Пуртов H.A. и др .) и исследованию работы КГС (КГУ) в квазистационарных и переходных режимах ( Новотельное В.Н., Краковский Б.Д., Козлов В.Н., Вайнштейн Г.Е., Jensen J., Подольский А.Г., Болушшн В.А., Вэремчук С.И., Зуев U.A., Аришш А.Ф., Романишин В.Ф. и др.).

Обзор этих исследований показал, что до проведения настоящей работы не были решены вопросы обобщенного подхода к исследованию и 'испытанию КГС, как больших технических систем, учитывающих специфику, связанную с совместной работой КГС и криостатируемого объекта, широким температурным интервале.",! (от 300 до 4.3 и ниже К ) работы криогенного оборудования, скоростями переходных режимов.

8

По результатам исследований необходимо разработать метода расчета и испытаний НТО как стационарных, так и в переходных режимах работы, определить принципы построения КГС, учитывающие требования переходных режимов, в частности .захо-лаживания, обосновать перспективные направления совершенствования КТО , выработать основные требования к системе автоматизированного управления КГС.

Во втором разделе предложен укрупненный алгоритм создания КГС. Показана роль математического моделирования на всёх стадиях создания КГС, при этом отмечается, что требуемая точность матмоделей (а следовательно и их сложность) существонко зависит от этапов исследования, проектирования я испытания и задач, решаемых с их помощью, а также от точности и полноты исходной информации. Описаны расчетно-теоретические зависимости основных аппаратов (теплообменников разного типа) и машин, из которых состоит криогенная гелиевая система, удовлет-ворягоие основным требованиям имитационного моделирования: быстродействие; простЬта, надежность и адекватность объекту; единство методического подхода к описанию статического и динамического режимов; модульный гг, ,щип построения с учетом необходимости взаимостыковки моделей при компановке модуля более высокого структурного уровня. Все модели разбиты на две категории: инерционные с распределенными параметрами и без-инерционные с сосредоточенными параметрами, что позволяет использовать для последних алгебраические уравнения сохранения. При упрощении матмоделей инерционных звеньев (теплообменных-аппаратов) учитывются особенности и специфика работы теплооб-менных аппаратов в криогенных гелиевых системах, а также классы процессов в mix протекающих: быстрые, для которых характерные времена т;* изменения параметров на входе в элемент соотносятся с релаксационным временем i этого элемента как: т* т , медленные с т*=б>- Т^ и статические (или квазистатические): т* — ост , для к торых динг.мичежтми составляюДИЛ'. можно пренебречь.Принимается ряд допущений,' типичных для любых теплообменников, а также специфичных для теплообменников, работающих в составе КГС: одномерность потоков, пренебрежение аксиальной теплопроводностью стенки, пренебрежение изменением кинетической энергии и энергии положения и скоростной составляющей (9W/ÖT) в уравнении движения, а для аппаратов с

Э

вышк А? - работой сил трения, использование модели идеального гааа в диапазоне температур 300 - 40 К, а при описания переходных режимов в этом температурном интервале пренебрежение 81£<ущ'ляцаэй холода потокам кркоагента и эффектами накопления массы. Зависимости а и К от Т учитывается функционально, а от С и р - только параметрически, для температурного уровня Т < 20 К пренебрегают теплоемкостью материала стенок.

>Для исследования кввзистатических режимов работы КГУ был мспользован метод расчета системы уравнений (для двухпоточно-го теплообменника):

дающий после интегрирования и преобразования (во избежание фактизного вырождения решения) квазилинейную систему относительно любой пара искомых температур:

гда: и=1Д;ср; 5'а=«и; У^ехрИЧи^-Цд); У, = (У0-1 )/(ий-и3); У2=С<У1/И')-1 ]/(ий-и5); TpT2.T3.T4 - температуры в четырех точках теплообменника; при ик=ид: У0--1, =КР и У2=Ю72.

Несмотря на достаточно хорошую точность по определешп) температур теплообменника, эта модель не обеспечивает необходимую точность энергетических характеристик при расчете' системы параллелыю-поелвдоватально соединенных теплообменник аппарвтов, особенно в области Т < 20 К. Это, а также возможность получения принципиально некорректного решения из-аа искусственной линеаризации распределенных параметров, обусловило необходимость использование нелинейной модели теплообмена. Анализ темшратурно-энталышйных зависимостей Т(1) для гелия показал, что для достижения разумной точности {<■!%) для большшетва теплообменных аппаратов достаточно ограничиться третьей степенью полиномиальной аппроксимации. Зависимость, 1П

(1) .

г, V! ия + Т3 - Т4(1 + V, 0ц) - -Тцд У2 ин - ТдаО + У2 он>

(2)

Т, (V, и3 - 1 ) + Тг - Тд V, и3 = - V, и3) - У2 и3

использующая четырехпараметрический набор может выглядеть так:

(i-lm)2 u-v3

(1п тп'

где индексы тип соответствуют двум опорным точкам теплообменника, а коэффициенты имеют следующий вид:

Tn-Tm 111 111

a=-,n_4m ; b-y <=---х- ); с—у- (=--х- )-а.

^ тп ' рп рга с °рп ирш

Выбранную аппроксимацию свойств T(i) необходимо дополнить конкретным видом функции К(Т):

(KF)"1 = А+(4В7ЗА-С)£+2(А+С-2В)£2 (4),

ic - 1,' 1В - 1л

где ? = ^ _ = ^ _ ^--новая переменная.

Интегрирование системи (I) приводит к двум алгебраическим уравнениям (пренебрегая теплопритоком из-вне): Gg (i, - ig) = GH (i4 - i3)

\ d£[A+(4B-3A-C)E+2(A+C-2B)E2]

(5),

I Z+ (U-Y+W) £+ (V-3W) £ +2W£'

T< - T, Ti - To T. - Tp

.111 111 1 ¿ uR Cp3 Срд US Cp2 Cp1

111 1 1 1 1 Z R рЗ р4 S р1 ир1

А=(КР)-1 j £=0 ; B--(KF)"11 6=1/2 ; С =(И')"1| Í=1

Предложенные решения нелинейной модели были обощены на различные типы теплообменных аппаратов и позволили создать программу расчета на ЭВМ режимов работы КГС, удовлетворяющую двум взаимно-противоположным требованиям: высокая'точность и высо-

- •. '.• • : II

кое быстродействие. '

Для расчета переходных режимов КТО (КГУ) необходимо использование динамической модели теплообменных процессов. Однако такие наиболее распространенные режимы работы КТО как захолаживание и отогрев могут быть отнесены к медленным процессам. Учитывая эту особенность была разработана квазидинамическая модель теплообмена, сущность которой сводится к аналитическому решению статической задачи при о определением некоторого вектора Т ассимптотических значений параметров на выхода, определению поправок к У, связанных с динамическими составляющими в предположении, что эти составляющие много меньше характерных статических членов, по коэффициентам при динамических производных и параметрах статических зввиси-, костей определение приближенных значений времен запаздывания, после чего статические функции от запаздывающих аргументов могут интерпретироваться как квазидинамическио решения. Исходная система (для двушоточногр теплообменника) выглядит так:

с50рз4%- - ^- - -<^ср£ггг|-+ V

ЗТп ЭТп л

Сксрн1) х + = % = %ср1гИ- <б>

^з^*) + аа№ти> = о» - + Оу»

Базисные значения температур выходных потоков Т2=Тд | х={ и Т4=Хд | х=0 определяются по зависимостям: .

исУ и„у

КР В ' ОоРсОвРо

,У-У|хв1'.,.а у(х)-(оф(1ЬсН)/0 а . Л

Поправки к выходным температурам - по зависимостям: •

1, U4V(1-X) Uo дт2= - {dxfaijd—«¿^- 1 + -ff-g-т-[V-V(1-I)]}

, ? ~ (3)

\ UnV ( 1 -x ) 1+Ur,V(1-x)

at4= - j P д + (Jr—jp-}

0

OgFg

°S+ ' OoPo + arpr %

™ V» - ' . ■

V o^s"? gRFR % _

причем значения ш целесообразно представить в виде («Лиот. Аналогичным образом разделяются и ЛТ=ДТд+ДТот . Вычисление ЛТот ведется в предположении cjCT-conat., предполагая нецелесообразность учета координатной распределенности малых величин q0T,a при вычислении ^^рассматриваются времена тогда: '

■ ч§ = +

31 д 1 ^ '

<4 = ^t-f^- +

Ms .

гда Ts=-v + % «ScpS<aSPS+VR)

ц ) ^

Tr= % + %cpr<№W

-г .

Основное преимущество разработанного метода заключается в том, что предлагается раздельное решение статики и динамики, причем статика может решаться по любой точной модели и только динамические поправки ищутся в линейном приближении. Это упрощает процесс, и сокращает время счета без существенной потери точности результата, а введение запаздывающего аргумента исключает неустойчивость решения при любых изменениях

• ' 13 .

входного параметра.

Для исследования переходных режимов теплообменного аппарата как объекта регулирования, когда возмущающие и регулирующие воздействия как правило малы, используется линеаризованная, модель динамики, в которой теплообменник рассматривается как объект с сосредоточенными параметрами. При атом вводятся дополнительные допущения: коайициенты теплоотдачи приняты пос еянными по длине, но параметрически зависящими от расхода /гелия, распределение температур по координате принимается из зависимостей для теплообмена в статике и носит экспоненциальный характер, давление считается распределенным по линейному закону, уравнение движения заменяется уравнением расхода через граничное сече'ше, теплообменник представлен в виде совокупности гидравлических и тепловых емкостей. Исходная система уравнений сохранения энергии, массы и движения с учетом принятых допущений, линеаризованная вблизи некоторой траектории движения по параметрам О, р, Т, сосредоточенным по пространственной координате, выглядит так:

Ь Э Э(ир) Э(ир) 31

3 ] АГ3^ДСвых1вых+авЫ*<1Гр-ДРвых+

О ! Ь

+с„ ЛТг ,„)-АС„.1„,-0„.(-—АР-.+с,, ЛТ„)= J аР(ЛТш-ДТ)<1х

О

(Ю)

I N Ь

о >10

Для двухпоточного теплообменника:

а1Рвх+а2Ршх+а3^х+а4ТвЫх=а5Рвх+аб'1'ы+йгРш«+а8Твых+а9<}вх+ ,

... +а100та+а11А5, ■

а12Рвх+а1з'Гвх+а14РВых+а15Тшх=Свх-(3вых <П)

а)бТга17ЛТ8+а,8Йв '. > . - ■■'•' -./V

КВЫ! Г «"■ Гцх

ь д? ЭР дР эт

(7р тч + тт сГг - вх - Свых л

I

Коэффициенты системы (II) получаются из (10). Например:

Для описания безинерционных элементов были использованы известные алгебраические зависимости, учитывающие специфику работы криогенных машин и арматуры с использованием эмпирических коэффициентов, полученных в процессе автономных или модельных испытаний. Например кпд турбодетандеров может определяться по зависимости:

■г] = Аха - Вх| , где А и В - эмпирические коэффициенты, а х3 - коэффициент окружной скорости.

Разработанные метода решения модифицированных моделей теплообменников в сочетании с моделями криостатируемых объектов позволяют исследовать поведение системы в широком диапазоне параметров гелия п построить алгоритм ее функционирования во всех режимах с 'малыми затратами машинного времени.

Третий раздел посвящен расчетно-эксперимонтальным исследованиям различных одноконтурных КТО. Исследования проведены на конкретных КГС: СПК-МО, установки Токамак-7, СШС, МГДЭС-100 и установках их комплектующих: КГУ 150/4,5, ОРГ 100250/4,5, ОРГ 300-1200/4,5, ОГ-ЗОО. Разработаны алгоритмы расчета как квазистатичоских, так и динамических режимов работы одноконтурных КГС. В результате расчетно-экспериментального исследования турбодетандерных КГУ (с нерегулируемыми турбоде-тандерами) показана возможность регулировашш таких установок методом снижения давления перед турбодетандером I ступени (рис.1), что позволило обеспечить эффективную работу системы во всем диапазоне характеристик (от ожижительного до рефрижераторного режима). Кроме того обнаружена еще одна особенность турбодетандерннх КГУ с нерегулируемыми турбодетандерами -неоднозначность характерней с с явно выраженным максимумом по а. Видно (рис.1), что одному значению а могут соответствовать два значения х:' х1 и х2. Сочетание 0 и х1 характеризуется более низким температурным уровнем работы турбодетандеров, неоптимальным соотношением потоков в КГУ, пониженной производительностью. Показано, что попадание в эту неэффективную зону работы возможно как в процессе захоложивания, так и в

номинальном режиме работы при кратковременном возрастании тепловой нагрузки. Предлагается алгоритм возврата установки (системы) к'эффективному (Q-x2) режиму работы путем увеличения величины дроссельного потока гелия. Разработан алгоритм эффективного функционирования турбодетандерной КГУ во всем диапазоне характеристики от чисто ожижительного до рефрижераторного режима работы путем введения контуров регулирования дав-.лшя и температуры перед первой ступенью турбодетандерно-го агрегата.

На примере криостатирования СПУ с токовводами, а также работы КГС с дроссельно-эжекторной ступенью окончательного охлаждения продемонстрирована необходимость определения рабочего режима КГС путем совместного решения уравнений характеристик КГУ и потребителя (КО) (рис.2). Исследован режим форсирования одноконтурных КГС методом подлива жидкого гелия в сборник КГУ при различном количестве работающих детандеров. (рис.3). Показана эффективность этого метода форсирования, неоднократно использованного при испытании различных СПУ.

Особый интерес представляли режимы захолаживания КГС совместно с СПУ. Характерным моментом режима захолаживания (особенно ниже 80 К) является необходимость форсирования хо- ; лодопроизводительности КГУ. В идеальном цикле с повышением температурного уровня работы КГУ ее холодопроизводительность должна возрастать пропорционально температурному уровню реализации холода, однако наличие термодинамических потерь, особенно от "обращенного теплообмена" в С00 и ограничений, связанных с производительностью реальных машин и гидравлическим сопротивлением аппаратов резко искажает такой характер изменения холодопрозводительности (рис.4). Были проанализированы схемные решения, исключающие "обращенный" теплообмен в С00, и предложены варианты схем, обеспечивающие существенное повышение холодопроизводительности КГУ на повышенном температурном уровне реализации холода, в том числе и с использованием детандера в С00 (рис.б).

В связи с тем, что при работе с реальными СПУ возникает необходимость регулирования КГС как по величине полной (Q), так и удельной (q) холодопроизводительности, а одноконтурные КГС имеют достаточно узкий диапазон оптимальных параметров, представляло интерес исследовать их регулировочные

характеристики. Как и следовало ожидать из общих термодинамических соображений, результаты зследований конкретных 1СГУ, обобщенные на класс одноконтурных КГС, продемонстрировали рост удельных энергозатрат при регулировании по q (рис.6). Расширение зоны эффективного регулирования можно обеспечить использованием в С00 КГС циркуляционного эжектора, снижающего однако общий уровень эффективности системы из-за невозможности (как правило) использования в С00 детандера или промежуточного дросселирования. Кардинальным путем расширения зоны эффективного регулирования является разрушение материальной и тепловой связей между КО и криогенерирукхцей установкой, что реализуется в двухконтурных схемах КГС с РИОП.

В заключительной части раздела исследуется влияние модульности компрессорного оборудования на регулировочные характеристики КГС при различном регламенте рвботы последних. Показано, что практически независимо от регламента работы целесообразно увеличение модульности компрессорного оборудования до 2-3-х, а создание регулируемых компрессоров позволяет тем сильнее снизить затраты, чем больше неравномерность загрузки компрессорного оборудован ч и длительнее время его работы в году.

В четвертом разделе рассмотрены характеристики КГС с РИОП. Обобщены основные свойства, которым должны удовлетворять КГС СПУ, к ним в т.ч. относятся: незагисимость эффективности КГС от величины тепловой нагрузки, простота изменения расходных параметров криоагента через СПУ, обеспечение высокого уровня надежности с минимальными затратами, устойчивость регулировочных характеристик, использование, для различных КО, типовых рядов криогенного оборудования.

Максимально этим качествам удовлетворяет двухконтурная КГС с РИОП, где практически исключена тепловая и материальная связь КО ъ основного криогитерирующего контура (рис.7). А в зилу, специфического поводе! и теплоемкости гелия удается fe счет избыточного обратного потока резко сократить термодинамические потери от теплоообмена и обеспечить высокую термодинамическую эффективность КГС, приближающуюся к эффективности одноконтурных систем. Расчетным путем оптимизированы (по -энергетическому критерию) параметры цикла РИОП для криостати-рования КО при Т -г 4,5 К: расход, давление и температурный

17

уровень избыточного потока гелия. Оптимальное давление прямого потока составляет 2,0-2,5 мПа, а температура подпиточного потока 6...8 К для дроссельного РИОП и 12...15 К для РИОП с детандориой С00. Однако, в связи со слабо выраженным оптимумом по температуре и соображениям, связанными с удобством • > эксплуатации, обосновывается целесообразность подпитки РИОП гадким гелием (ТПОди_— 4,3...4,5 К).

В связи с широкой номенклатурой КО проведен анализ различных схем КТО с РИОП для криостатирования СПУ в более широком диапазоне температур 3,2 ^ Т ^ 12 К (рис.8). Разработаны алгоритм и программа расчета СОО РИОП с двумя эжекторами: циркуляционным и откачным, исследованы характеристики РИОП с эжекторной СОО. Показано, что минимально-достижимый твмпера-, турный уровень достигается при воличине подлива существенно меньшой, чем это необходимо для обеспечения режима с минимальными энергозатратами, снижение давления перед струйным аппаратом сближает эти характеристики, хотя и пошшает минимально-достижимый температурный уровень. В качестве альтернативной рассмотрена СОО РИОП с детандером и криогенным нагнетателем, хотя появление двух машин практически сводит на нет одно из основных преимуществ КГС с РИОП - высокий уровень надежности.

Использование двухконтурной КГС с РИОП позволяет обосновать типовые технические рошения, положенные в основу гибкой криогенной технологии. Отдельные единицы криооборудования приобретают свойства модулей, большинство которых может использоваться в КГС различного назначения практически беа изменений, зь исключением РИОП, схема и производительность которых должки соответствовать параметрам конкретного КО. Основным пршлипом, положенным в основу объединения технологического оборудования в типовую структуру КГС, является относительная самостоятельность модулей, заключающаяся в возможности автономных поставки и испытаний (вплоть до режимных) и блочного построения системы управления..

В разделе пятом рассматриваются особенности эксперимент а л ь ного~ТГс с ле до в анйя и испытаний КГС, как типичного представителя большой технической системы- (БТС). Как всякая ЕГО,' КГС не допускает проведение такого объема натурных испытаний, которые обеспечили бы получение полного набора искомых "1 ' : '

Р1

О-холодопроизводительность х-коэффициент ожижения

Р1 > Рг > Ь

Х1 х? X

Рис. I. Т£1повая характеристика турбодвтендерной КГУ.

1—¿—3—ЬгдТс^

Рис. 2. Характеристики криогенной системы СПК-100: а)- в дроссельном режиме работы; б)- в режиме с циркуляционным

эжектором; 1-холодопроизводительность КГС, 2-тепловая нагрузка СПК-100» З-рсэгулировочныо характеристики эжектора, 4-гидравлическая характеристика СПК-100; С-расход на токовводи,

и-коэффициент эжекции. 0

Юио

500

Рис. 3. Характеристика СРГ 100-250/4,5 с подливом жидкого гелия; 1-е. детандером в С00; 2-е дросселем в С00; 3-е отключенными детандерами в СПО; »-отключение детандеров СПО; у =

С: /С. подл РИОП •

''"ном

г^ом Чгам

—¿о—¿0—¿0—¿0—

' Т из СПУ,

Гис. 4. Холодопроизводительность КГУ на переменном температурном уровне (в режиме захолаживания); 1-VI-варианты схем по

рис.5.

к ::

1 1

) 1 и' 1

1 □ ■ . 1

« 4 4

, , 1

1

<<ГС0

Ф

ц

ААл

1

Г

Асоо

3

С

3 лАсоо £

др

3

и

-АЛЛ1

IV

V VI

Р^'Зет

I

Рис. Б. Варианты схем для захолаживания СПУ (исследованы на примере захолаживания СИМСа с помощью КГУ ОРТ 100250/4,5)

п-М/М,

ном 1,25

1.0

О=сопа Ь

— ч

Я=сопзг

-т^з ► о-а/о^

Рис. 6.- Регулировочные характеристики одноконтурных КГС; 1-е регулируемой производительностью компрессора; 2-е нерегулируемым компрессором.

I

Рис. 7. Принципиальная схема двухконтурной КГС с РИОП; 1-РИОП, 2-оперативный криососуд жидкого гелия, 3- криогенный коллектор, 4-ожижитель гелия.

а)Р-дроссель (З)Р-детандер

в)Р-дроссель

г)Р-детандер

Ьуд, Вт/Вт ^

д)Р-детандер

Рис. 8. Схемы РИОП для криостатирования различных СПУ

а)

г;^—^-л)

>

500 400 300 200

Д«/г

Рис. 9. Характеристики РИОП для схем по рис.8; 1,2,3,4,6 -соответственно Лр„ =1,5;1,0;0,5;0,3;0,1 мПа.

а) С)

оценок. Вместе с том в результате режимных испытаний КГС необходимо определить весь спектр действительных параметров систомы, уточнить алгоритмы ее функционирования и регламент ее работы. Это оказывается возможным при наличии математических моделей №0 и ое чаитей (модулей), адекватных реальному ооокту и уточненных в процессе автономных испытаний. Для сокращения затрат гтри проведении автономных испытаний КГС и ее модулей _ предлагается расчетно-эксперимантальный' катод, использующий имитационно« моделирование в сочетании с натурным экспериментом. При наличии математической модели, адекватной испытываемому объекту с точностью до некоторых коэффициентов, задачей автономных испытаний является определение этих коэффициентов. Особенностью КГС, как объекта испытаний, является то, что в большинстве случаев удаится выбрать такие-коэффициенты (тештопритока, гидравлики, эффективности теплообмена, кпд машин и др.), которые в пределах изменения режимных параметров можно считать величинами постоянными. Однако не всегда удается определить искомые коэффициенты непосредственными измерениями. Это связано с тем, что при большом количестве 22

измеряемых парь .атров в условиях натурных испытаний вероятность того, что все измерения достоверны достаточно мала. Как правило это определяется двумя причинами: установочными погрешностями, которые могут быть следствием как ошибок, так и уровня "незнания", а также тем, что система измерения на стадии автономных испытаний также находится в состоянии отладки и испытаний и на исключены ошибки в монтаже и "сбои" в измерительных цепях и комплексах. В условиях недостаточности экспериментальной информации для облегчения и повышения достоверности поиска источников потерь и определения эмпирических коэффициентов целесообразно до проведения испытаний, расчетным путем оценить влияние основных видов потерь (теплообмена, утечек криоагента, теплопритока, эффективности детандеров) на такие характеристики КГС, как холодопроизводительность (скорость ожижения), термодинамический кпд,"удельные затраты энергии, а также на распределение характерных параметров (как правило температур) вдоль теплообменного столба кгу (по характерным точкам цикла). Обязательным этапом, предшествующим анализу результатов испытаний, является анализ достоверности экспериментальной информации. Здесь невозможно дать исчерпывание рекомендации и его успех во многом зависит от опыта и профессиональной интуиции испытателя, однако в работе приведены типовые ситуации и ряд приемов, позволяющих уменьшить уровень информационной неопределенности и выделить показания приборов, которым можно доверять с вероятностью близкой к единице. Затем, используя эти показания в качестве базовых, ведется процесс "информационного" поиска, основанный на расчете характеристик и распределения температур при различных комбинациях вероятных потерь и их сравнении с. результатами испытаний. Заключительным этапом расчетно-экспериментального метода испытаний является. расчет характеристик система по уточненной модели.

Другой осоОвнностью кгс является сложность определения тепловой характеристики системы криостатирования традиционный методом топлового баланса, связанная с точностью определения температур, расходов, паросодеряания. Большинство спу работают в узком диапазоне температур, соизмеримом с суммарной погрешностью системы измерений, кроме того сложная, раззетвлен-нои конструкция большинства кгс, наличие отводов к измери-

23

тельным и предохранительным устройствам, использование пнев-моуправляомой арматуры создают предпосылки к существенному увеличению тепловых потерь в коммуникациях КТО и КО при протекании черед них криоагента (гелия) по сравнению с тешкшри-током через изоляцию и тепловые мосты. В атом случае известный метод теплового баланса не позволяет разделить два источника тепловых' потерь: статический и динамический. Использование мбтода нестационарного нагрева позволяет разрешить эти проблемы. Суть метода заключается в определении теплоцритока к объекту по темпу его естественного отогрева. В общем случае теплоприток к объекту при его нагреве определится как суша:

0 = °Не + • гда 0 - суммарный тепловой лоток в зону криогенных температур;

0,, - тепловой поток, аккумулированный гелием: Ло ¿г т

"«НвЗр-аГ " МНе<ср - СУ> <~-р- -ТРС—

Оу - тепловой поток, аккумулированный конструктивными материалами: и <И

Наибольшие сложности возникают при определении поэтому для уменьшения погрешности этого метода целесообразно измерения начинать непосредственно от минимального температурного УРОЕНЯ (4,5...5 К), тогда для большинства СПУ в силу уменьшения см с пониже гшем температуры погрешность в определении 0 от неточности определения Оу составит не более 5-7%. Значение 0Не достаточно точно можно определить, организуя в каналах объекта процесс изохорного или изобарного нагрева;

) ^сопзГ V*" = ; „

(Л ) - И ь - - й ^-ЫгЩГ- •

Но р=оопаг - мнвсР ах - ТЛГХи - гн Тл15 ^ • где ДМ - масса гелия, покинувшая испытуемый объект в процессе изобарного нагрева за время Лт, легко определяемая любым традиционным способом (например по изменению объема газгольдеРа>- ' ' - ,

Раздел шесть посвящен результатам расчетно-эксперимен-- тальногсГйсйюдования да'?контурных КТО и их оборудования" 24 '

(модули компригтрования, очистки, ожижения, криостатирова-ния). Основное В1шмание в этом разделе уделяется алгоритмам функционирования отдельных модулей, а также КТО в целом в режимах захолаживания и криостатирования.

Учитывая перспективность использования безгазгольдериых схем компримирования гелия, исследовалась работа таких систем сжатия в пусковых и стационарных режимах, выработаны рекомендации по их проектировании и регулированию.

По системе очистки исследованы способы оптимального регулирования по критерию минимальных затрат жидкого азота. Рекомендован способ регулирования по ¿Т как более простой и практически столь же эффективный. Исследован алгоритм функционирования системы очистки и предварительного охлаждения в режиме захолаживания с заданным градиентом температур в СНУ (ДТСПУ = 50 К), выбраны контуры регулирования для типовой схемы модуля низкотемпературной очистки и предварительного, охлаждения.

Выбор эффективных контуров поддержания параметров ожижителя гелия осуществляется в результате анализа статических и динамических характеристик ОГ. Анализ оптимальной характеристики типового турбодетадцерного ОГ как в дроссельном, так и в детандэрном режимах работы ООО позволил сформулировать алгоритм регулировашя, заключающийся в том, что для поддержания максимальной холодопроизводительности ожижителя в зоне 0< О* 'поддерживается постоянным давление перед I ступенью турбоде-• тандерного агрегата (Рп/Т/Д= РщахЬ а при <2 > 0* - температура (Тп/т/д- Т*) перед турбодвтандерным агрегатом, регулируя давление <РП/Т/Д ^ Рщах^' Если 8 Рекшв криостатирования ОГ независимо от колебания тепловой нагрузки потребителя работает практически в ожижительном режиме с небольшой долей рефрижераторной нагрузки, то в режиме захолаживания он используется как типичный рефрижератор. Это накладывает свой отпечаток как на схему, так и на состав оборудования ОГ. Организация работы ОГ в процессе захолаживания ставит ряд научно-практических задач, в том числе: возможность и необходимость использования резервного компрессорного и детандерного оборудования, определение необходимого количества и температурных уровней ввода потока, гелия, возвращаемого из СПУ и условий перехода с одного ввода на другой, эффективность ис-

25

пользования парожидкостного детандера ООО в режиме захолажи-вания. Проведенный анализ позволил выработать рекомендации по плавному ведению режима захолакивания с использованием детан-.дера в ООО и двух дополнительных вводов обратного потока из КО в ожижитель (рис. 10.).

Алгоритм .функционирования системы криостатирования, основным модулем которой является РИОП, определяется типом КО .и характером его тепловой нагрузки. Однако для дроссельных и дроссельно-эжекторных ООО РИОП удалось выработать основные принципы регулирования и определить возможные регулирующие органы и параметры регулирования, в результате чего поставлена задача создания регулируемых эжекторов и приборов для измерения паросодержвния гелия.

В заключительной части этого раздела приведены характеристики двух наиболее крупных двухконтурных КТО с РИОП: установки Токамак-1Б и ускорительно-накопительного комплекса УНК-3000. '

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ВЫВОДЫ *

1. Из анализа различных КО и их КТО установлено, что для крупных СНУ преимущественно используются циркуляционные системы криостатирования. обобщены требования СПУ, как КО, предъявляемые к КГС: высокая эффективность в т.ч. при переменном характере тепловой нагрузки, высокая надежность при длительном цикле непрерывной работы, высокий уровень автоматизации. Проведено обобщение широкой номенклатура КТО в рамках предложенной классификации, проанализированы преимущества и недостатки одно- и двухконтурных КГС, показано, что для криостатирования современных СПУ, работающих в условиях менявшейся тепловой нагрузки и создающихся в условиях недостаточности исходной информации, наиболее полно удовлетворяющими

. перечисленным требованиям являются двухконтурные КГС с РИОП.

2. КГС современного КО является большой технической системой, что определяет при создании КТО необходимость системного подхода, заключающегося, в частности, в учете взаимосвязи и Езаимоышяния всех компонентов КГС и режимов работы системы, особенно режимов криостатирования и. захолакивания. Предложены методы и алггритмы расчета статических и динами--■ 26 - - ' , . и ■ ■ . ...... ■ '. -. . 1 •. • ,

ческих режимов работы КТО. Для эффективного использования модели и методы решения должны удовлетворять требованиям' быстродействия и удовлетворительной точности, для чего разработаны численно-аналитические методы решения упрощенных моделей. Показано, что точность получаемых характеристик в большей степени зависит от достоверности и точности исходных данных, чем от точности математического описания и всегда существует некий доверительный интервал, ширина которого роз-лична на разных стадиях создания системы.

3. В силу специфического поведения теплоемкости гедая, оптимальная температура избыточного обратного потока, вводимого в РИОП не должна понижаться ниже 6 К, однако из-за большего удобства работы, учитывая слабо выраженный оптимум, рекомендовано использование жидкого гелия, что позволяет комплектовать двухконтурную систему ожижителями' и сосудами жидкого гелия общепромышленного назначения. Исследованы схемы РИОП с различными С00, обеспечивающие эффективное криостати-рованиэ широкой номенклатуры КО в диапазоне температур 3.,2 = Т = 12 К и давлений 0,1 = р = 2,0 мПа.

4. Исследованы алгоритмы функционирования типовых модулей двухконтурной криогенной гелиевой системы с РИОП: компримироввния, очистки я предварительного охлаждения, ожижения, рекомендованы наиболее эффективные контура регулирования в режимах криостатирования и звхолаживагаш. Показано, что разработанные модули могут практически без изменения тиражироваться в ряда оборудования по производительности (400, 800, 1600, 2400 кг/ч) для КТО практически любых криостатируе-мых объектов.

5. Разработана ресурсосберегающая методика иснытений КТО, широко использующая математическое моделирование я результаты автономных испытаний ее отдельных элементов и моду-

^ лей. Показана необходимость, в условиях натурного эксперимента со сложной криогенной системой, оценки достоверности экспериментальных данных; предложены некоторые типовые приемы, облегчающие эту оценку.

6. Дяр определения тепловой-нагрузки КО и криогенных соединительных коммуникаций, а также для выделения из сумма тепловых потерь составляющей стационарного теплопритока чореэ теплоизоляционную систему предложен метод нестационарного

27

отогрева. Определен диапазон температур (Т = 10 К), в котором для большинства СПУ этот метод может быть использован с погрешностью не более 7-5Ж.

7. В результате проведенного расчетно-эксдаримэнтального исследования был открыт ряд новых эффектов и сделаны некоторые конкретные рекомендации:

- для исключения источников дополнительных тепловых потерь прри разработке разветвленной криогенной гелиевой системы по возможности избегать: "штыковых" (байонетных) соединений, "теплых" тупиковых отводов, исключить использование традиционных (с теплыми импульсными трубками) измерителей давления и перепада давлений (расходов), а также, по возможности, теплых предохранительных устройств;

- для обеспечения экономичной эксплуатации КТО увеличивать модульность компрессорного оборудования до 2-3 независимо от регламента работы системы, а для обеспечения плавного регулирования производительности создать регулируемые гелиевые компрессоры о диапазоном регулирования до 60 %;

- ожижители гелия с нерегулируемыми турбодетандерами могут эффективно регулироваться при переходе в рефрижераторный .режим путем снижения давления перед первой ступенью турбодетан-дерного агрегата;

- в процессе переходных режимов работы (захолаживания, возмущения по тепловой нагрузке) ожижитель гелия может попасть в неэффичтшэную область работы, путь выхода из которой лежит через увеличение доли потока гелия, поступающего в ООО (. "дроссельного" потока ) вплоть до снижения давления перед турбодетандорным агрегатом ступени предварительного охлаждения.

Работа в целом создала предпосылки к появлению нового поколения криогенных гелиевых систем, предназначенных для криостатирования сверхпровод:ицих устройств, сокращению сроков их разработки .и испытаний. Результаты работы использовались при проектировании КТО криокомдлексов Токамак-15, УНК-3000, ИТЭР, а. также при испытаниях и эксплуатации таких СПУ как СПК-100, ГСПК-50, Токамак-7, СИМС, Токамак-15.

Обозначен и я: Ср, су - изобарная и изохорная теплоемкость соотБотствёшюГТШ7кг,К; Г - поверхность, м2; й - расход, кг/с; ■

. 28

1 - энтальпия, пк/кг; К - коэффициент теплопередачи, Bt/m®K; М - масса, кг; Р - периметр, м; р - давление, Па; G- тепловой поток, ВТ; R - газовая постоянная, Дж/кгК; S -- площадь поперечного сечения, м2; Т - температура, К; и - внутренняя энергия, Дк/кг; V - объем, м3; х - координата, м; Z - коэффициент сжимаемости; а - коэффициент теплоотдачи, ВтЛ^К; т, т0, т* -время, транспортное и характерное время соответственно, с; р - плотность, кг/м3; т] - кпд.

Индексы: S - прямой поток; R - обратный поток; IV -.стенка; вх~~юсод; вых - выход; д - динамический; ст - статический; к - конец; н - начало.

Основное содержание диссертации опубликовано в работах:

1. Основные положения методики термодинамического анализа криогенных систем / Горбачев С.П., Буткевич И.К., Баркиева А.И., Никитенко Е.Д. // Тез. докл. I Всес. конф. по криог. технике.- М., 1973.- С.122-123.

2. Инженерные метода расчета квазистатических и динамн-ческих режимов работы теплообменников криогенной систе?ды / Буткевич И.К., Варемчук С.И., Зуев U.A. и др. // Межреспубликанский сб. "Хол. техника и технология".-К.', Техника, 1979.-С.48-53.

3. Буткевич И.К., Зуев U.A., Романишин В.Ф. Нелинейная модель взаимодействия потоков криоагента в теплообменных аппаратах // Инж.-физич. журнал.- IS8G.- т.51, ЙЗ.- С.383-383.

4. Буткевич И.К., Зуев H.A., Ромашшшн В.Ф. Квазилинейная модель взаимодействия потоков криоагента теплоносителей в трехпоточном теплообменнике // Инк.-физич,ч журнал.- 1987.-т.53, С.937-942. . '

5. Буткевич И.К., Зуев H.A., Романишин В.Ф. Квазидинамическое моделирование теплообменных процессов // Ина.-фязич. журнал.- 1989.- т.Бо, М.- G.II7-I26.

6. Буткевич И.К., Романишин В.Ф., Костров А.Н. Моделирование динамических режимов работы сложных систем // ¡¿втуз, сб. научн. тр. "Со'вр. пробл. гидродинамики и теплообмена в элементах энерг. установок и криог. технике".- М., ВЗМИ, -1986.- С.э1~99.

7. Буткевич U.K., Веремчук С.И., Зуев H.A. Теоретическое

¿9

и экспериментальное исследование квазистационарных рошмов работы криогенных гелиевых установок // Тез. докл. Всез. конф. по холоду. Секц. I—II.- Ташкент., 1977.- С.Б-6.

8. Базовые решения в системах криогенного обеспечения сверхпроводящих устройств./ Коваленко В.Д., Бармин Н.В., Бут-кэвич К.К. и др. // Сверхпроводимость в технике.- Труды Всес. конф. по техн. исп. сверхпроводимости.- Л., 1984.- С.177-180.

Результаты исследования криогенной гелиевой системы для СПК-ЮО./ Буткевич И.К., Веремчук С.И., Матвеев H.A. и др. // Сверхпроводящие ЛЭП: Сб. научн. тр. ЭНИН.- М., 1979.-С. 36-47.

10.Натурное исследование циркуляционного контура системы криогенного обеспечения сверхпроводящего кабеля СПК-ЮО./ Добровольский Л.К., Аринин А.Ф., Аринин В.Ф., Бендик Н.Г., Буткевич И.К. и др. // Межвуз. сб. науч. тр. "Совр. пробл. гидродинамики и теплообмена в элементах энерг. уст. и криог. техн.".--М., ВЗМИ, 1988.- С.29-35.

11.Создание и исследование криогенной гелиевой системы. / Буткевич И.К., Ильков А.П., Уткин В.Н. и др. // Хим. и кефт. машиностр.- IS80, J67.- С.7-9.

12.Результаты длителышх испытаний криогенной гелиевой системы установки Токамак-7./ Буткевич И.К., Коваленко В.Д., Морковкин И.М. и др. // /ез. докл. III Всес. науч.-Техн. конф. по криог. технике "Криог. техн. - 82".- М., 1982.- 0.89.

13.Результаты испытаний криогенного комплекса СШ£С./ Балашов'Ю.А., Бармин ,Н.В., Буткевич М.К. и др. // Докл. III Всес. конф. по инж. пробл. термояд, реакторов.- М., 1984.-С.284-292.

14.Буткович И.К., Микитенко Е.Д., Пуртов H.A. Сравнительный термодинамический анализ двухконтурных криогенных гелиевых систом.// Тез. докл. Мзждунар. науч ..-практ. конф. "Криог. техн. - науке и производству".- М., 19Э1.- С.43.

15.Буткевич И.К., Пуртов 'H.A., Микитенко Е.Д. Анализ схем рефрижераторов с избыточным обратным потоком для циркуляционных объектов криостатирования. // Межвуз. сб. науч. тр. "Собр. пробл. гидродинамики и теплообмена в элементах энерг. уст. И криог. техн."- М., МИЛ,. ГЭ8Э.- С.127-132.

16.Совершенствован}'; ступеней окончательного охлаждения'-30 " ''''.■-:.-'•.'

со струйными аппаратами рефрижераторов с избыточным обратным потоком./ Добровольский Л.Н., Аринин А.Ф., Аринин В.Ф., Бут-кевич И.К. и др.// Меквуз. сб. науч. тр. "Совр. пробл. гидродинамики и теплообмена в элементах энерг. уст. и криог. техн."- М., МИЛ. 1989.- C.II9-I27.

17.Криогенные гелиевые системы для Токамаков. Опыт испытания и эксплуатации./ Блазнин Ю.Н., Буткович И.К., Горбачев .С.II. и др. // Тез. докл. Междунар. науч.-практ. конф. "Криог. техн. - науке и производству".- М., 1991.- С.40.

18.Токвтак~15 cryogenic system. The results of the. design and experimental researches. Operation experience./ Butkevltch I.K., Veremchuk S.I., Duhanin Yu.I. e.a. // Abstr. 12-th Intern, conf. on Magnet Technology.- L., USSR.- 1991.-P.387.

19.К вопросу разработки автоматизированной криогенной системы Токамак-15./ Буткевич И.К., Бармин Н.Ф., Веремчук С.И. и др. // Докл. III Всес. конф. по инж. пробл. термояд, реакторов.- М., 1984.- т.2.- С.61-68.

20.Cryogenic cooling and maintenance systems of the superconducting magnets of big accelerators./ Butkevltch I.K., Grygorenko N.M., Dudkln I.E. e.a. // Possibilities and Limitations for Supercond. accel. magnets: Proc. of ICFA Workshop.- PlKJtvino, USSR.- 1980.- P.135-145.

21.Криогенная система ИТЭР./ -Буткевич И.К., Ковалонко В.Д., Микитенко Е.Д. и др. // Вопросы атомной науки и техники; науч.-техн. сб., серия Термоядерный синтез.- Вып.1.- М., 1991.- С.23-29.

22.Буткевич И.К., Курдюков .В.И., Ромашшшн В.Ф. Оперативный анализ работы криогенных гелиевых систем в процессе испытаний.// Тез. докл. Мевдунар. науч.-практ. конф. "Криог., техн. - науке и производству",- М., I99I.-C.44.

23.Tokamak-15 Cool down and Steady-state Operation Modes./ Butkevltch I.K., Veremchuk S.I.6 Duhanin Y.I.' e.a.// Abstr. The 14-th Intern. Cryog. Eng. Conf.- Kiev, Ukraine.-June, 1992.- P.51

24.Butkevltch I.K. The Large Cryogenic Helium Systems for Superconducting Magnets.// Abstr. The 14-th Intern. Cryog. Eng. Conf.- Kiev, Ukraine.- June, 1992.- P.78.

25.А.С. 820351 СССР, МКИ В 9/00, 12/00. Система криоста-

31

■тирования сверхпроводящих электротехнических устройств с то-ковводами./ Буткевич И.К., Готвянский Н.Ф., Коваленко В.Д. и др. (СССР).- * 2581885; Заявл. 27.02.78, ДСП.

26.А.с. 1207256 СССР, МКИ В 9/00. Способ управления режимом захолаживания криогенной гелиевой системы./ Буткевич И.К., Духанин-Ю.И., Романишин В.Ф. и др. (СССР).- Л 3787369; Заявл. 25.06184, дсп.

27.А.с. 651906 СССР, МКИ В 9/00. Способ охлавдения крио-статируемого объекта./ Буткевич И.К., Коваленко И.М., Морковкин И.М. и др. (СССР).- * 2162895: Заявл. 06.08.75. ДСП.

28.А.с. 953387 СССР, МКИ В 49/00. Способ автоматического управления криогенной гелиевой системой./ Буткевич И.К., Гольман И.А., Марков-В.М. и др. (СССР).- * 2986874; Заявл. 26.09.80.

29.А.с. >1312348 СССР, МКИ В 9/02. Эжекторная ступень криогенной установки./ Добровольский Л.Н., Буткевич И.К., АрИНИН А.Ф. И др. (СССР).- * 3946039; Заявл. 19.08.85.

30.А.с. 819525 СССР, МКИ В 9/00. Способ автоматического регулирования криогенной гелиевой системы./ Буткевич И.К., Веремчук С.И., Романишин В.Ф. и др. (СССР).- Л 2769626; Заявл. 21.05.79.

Подписано к печатиЦ .^/.94. Обьем 2,0 п.л. Зан.ЯбД. Тир.100

Типография МГТУ им. Н.Э.Баумана