Испытания на воздействие криогенных температур

Испытание ЭС на воздействие криогенных (ниже 120 К) температур проводят с целью проверки устойчивости параметров изделий при низких температурах. Криогенные (охлаждающие) системы, предназначенные

для испытания, входят в состав термовакуумных испытательных установок с многоступенчатой откачной системой и включают следующие элементы:

1) собственно криокамеру (или криостат), т.к конструкцию с рабочим объемом, в котором непосредственно размещается испытываемый объект (образец) и про­исходит его охлаждение (в криокамере — парами хладагента или охлажденным газом в криостате — жидким хладагентом) до заданной температуры;

2) хладагент;

3) устройства подачи хладагента в рабочую камеру. Выбор типа хладагента определяется предельной

температурой охлаждения испытываемого объекта. Для охлаждения до температур ниже 200 К обычно используют жидкие газы: азот (температура кипения 77 K). водород (20 К), гелий (4,2 К), неон (30 К). Охлаждение ниже 4 К достигается откачкой паров над поверхностью жидкого гелия. Испытываемые образцы охлаждают обычно в два этапа сначала жидким азотом до температуры около 73 К, а затем до более низких температур — жидким гелием и его парами.

Для проведения испытания при температуре жидкого гелия служат гелиевые криостаты (рис. 6). Гелиевый сосуд 9 криостата имеет широкую горловину 7, состоящую из двух коаксиально расположенных труб, вакуумно-плотно соединенных между собой и с сосудом. В нижней части гелиевый сосуд окружен экраном 8 прикрепленным к горловине. В верхней части криостата расположен сосуд с жидким азотом 2, к которому прикреплен экран 3, погруженный в кольцевой зазор горловины сосуда с гелием. Сосуд с

жидким азотом подвешен крышке 1 криостата с помощью двух трубок, служащих для залива азота и отвода его паров. Дно сосуда изолировано слоем пенополиуретана 4. На крышке криостата имеются выводные штуцера для залива гелия и азота, а также для отвода их паров. Изоляция сосуда с гелием — вакуумная или вакуумно-многослойная. В межстенном пространстве создается остаточное давление 10^-2...10^-3 Па, которое благодаря наличию адсорбента снижается после заполнения сосуда жидким гелием. Материал сосуда и горловины — тонколистовая коррозионно-стойкая сталь, материал кожуха — алюминиевый сплав. Гелиевые криостаты имеют различную емкость сосуда с гелием.

Для питания криогенных систем испытательных установок жидким азотом, газообразным или жидким гелием применяют криогенные установки работающие в рефрижераторном (сжатие в компрессоре и адиабатное расширение в детандере) или ожижительном (расширение в дросселе или эжекторе) режиме. Эти установки содержат насосы для перекачки хладагента, специальные вакуумированные трубопроводы, емкости для хранения больших количеств жидкого хладагента — сосуды Дьюара. Снабжение установок хладагентом осуществляют прокачкой жидкого хладагента через систему криорешеток или его заливкой в охлаждаемую рубашку под атмосферным давлением (открытая система), прокачкой жидкого хладагента через систему криорешеток под повышенным (до 10⁶ Па) давлением (замкнутая система) и с помощью сжатого газа. Устройство подачи хладагента с помощью сжатого газа показано на рис. 7. При поступлении газа из баллона 1 по трубопроводу 2 в верхней части сосуда Дьюара 4 создается повышенное давление, вследствие чего жидкий хладагент 6 по трубке 3 и трубопроводам выталкивается в рабочую камеру.

1 —крышка; 2 —сосуд с жидким азотом; 3, 8 — экраны; 4 — пенополиуретан; 5 — вакуумно-многослойиая изоляция; 6 — кожух; 7 — горловина гелиевого сосуда; 9 — сосуд с гелием; 10 — адсорбент(активированный уголь)

Рисунок. 6 - Схема гелиевого криостата КГ-15/150.

1 — баллон со сжатым газом; 2 — трубопровод с клапанами; 3 — трубка; 4 — сосуд Дьюара; 5 — вакуумно-порошковая изоляция; 6 — жидкий хладагент.

Рисунок 7 - Устройство подачи хладагента с помощью сжатого газа.