Криовакуумные камеры


Компания Криотрейд Инжиниринг разрабатывает и производит вакуумные камеры с интегрированными криогенными экранами и столиками для испытаний материалов при низких температурах. Также подобные вакуумные камеры могут использоваться для имитации космического пространства.
Криогенные экраны вакуумной камеры могут охлаждаться как потоком жидкого азота или гелия, так и криогенными газовыми машинами, работающими по замкнутому циклу Гиффорда-МакМагона или пульсационной трубы.
Проточные криогенные экраны могут быть дополнены криогеннымя емкостями, азотной или гелиевой ожижительной станцией для реализации непрерывной работы 24/7.
Выбор конструкции криогенного обеспечения вакуумной камеры зависит от конкретных условий и задач Заказчика.
Ниже представлены некоторые проекты, выполненные нашей компанией:
 

1. «Сухая» система криогенных экранов для испытаний материалов на воздействие вакуума, температуры и ЭМИ Солнца. Поставлена в АО «Информационные спутниковые системы», г. Железногорск.

Криовакуумная камера в ИСС Решетнева. Криогенная часть производства Криотрейд инжиниринг.

Описание:
Система из двух «сухих» криогенных экранов и двух КГМ Гиффорда-МакМагона устанавливается в вакуумную камеру Заказчика. Внешний экран имеет температуру 30-40 К при использовании проточного азотного экрана Заказчика (его температура 80-110 К) и температуру 70-120 К без использования вышеупомянутого экрана. Внешний экран охлаждается первыми ступенями КГМ, используется для снижения теплопритока к внутреннему экрану и имеет размеры Ø700х700 мм. Внутренний экран представляет собой охлаждаемый вторыми ступенями КГМ медный столик размерами 300х400 мм для размещения и охлаждения объектов испытания (далее ОИ) и экрана столика высотой 120 мм для защиты от нагрева излучением и создания изотермической зоны для ОИ. Внутренний экран охлаждается до температуры 3,0-4,5 К (в зависимости от температуры внешнего экрана и тепловыделений ОИ). При нулевых тепловыделениях ОИ возможно достижение температуры в 3,0К, тогда как максимальные тепловыделения ОИ для испытаний при температуре 4.5 К не должны превышать 2 Вт. Температура внутреннего экрана регулируется с помощью нагревателей и температурного контроллера LakeShore в диапазоне 4,5-120 К с точностью поддержания ± 1 К.
Принципиальная схема поставленного устройства и представлена ниже.
 

Схема устройства криовакуумной камеры


Основные характеристики системы:



  • Размеры внешнего экрана: Ø700х700 мм
  • Размеры внутреннего экрана: 310х410х120 мм
  • Температура внешнего экрана: 30-120 К (не регулируется, получается из теплового баланса)
  • Температура внутреннего экрана: 3,0-300 К (регулируется)
  • Максимальные тепловыделения объекта испытания на уровне 4,5 К : не менее 2 Вт
  • Точность поддержания температуры внутреннего экрана:
  • ± 1 К – заявленная
  • ± 0,3 К - достигнутая
  • Время выхода криоэкранов на минимальную температуру: 9 ч
  • Энергопотребление КГМ: 2х7,2 кВт (3ф х 380В, 50 Гц)
  • Расход охлаждающей воды для КГМ: 2х7 л/мин (4-28°С)
  • Возможность устанавливать скорость охлаждения/нагрева внутреннего экрана в диапазоне 0-1 К/мин
 

2. «Проточная» система криогенных экранов для имитации космического пространства. Поставлена в ФГУП ЦНИИмаш, г. Королев.

Криовакуумная камера ЦНИИМАШ
 

Описание:
В рамках выполнения проекта поставлены и запущены: гелиевый ожижитель LHeP 60 (CRYOMECH) производительностью по жидкому гелию 60 л в сутки, система проточных криогенных экранов, устанавливаемая в вакуумную камеру Заказчика.
Система проточных криогенных экранов состоит из внешнего экрана размерами 800х900х700 мм и внутреннего экрана размерами 400х400х300 мм. Система предназначена для имитации космического пространства внутри внутреннего экрана, для этой цели внутренний экран по ТЗ должен охлаждаться до 20 К. Внешний экран служит для снижений теплопритока к внутреннему. В стационарном режиме оба экрана охлаждаются гелием, подающимся из ожижителя, последовательно (сначала парожидкостная смесь гелия проходит теплообменник внутреннего экрана, затем газообразный гелий поддерживает температуру внешнего экрана). Температура внешнего экрана в стационарном режиме принимает значения в диапазоне 70-120 К, температура внутреннего экрана в стационарном режиме (в балансе по расходу с производительностью гелиевого ожижителя) равна 20 К с точностью ±1 К.
 
Принципиальная схема системы приведена ниже.
 
Схема устройство криовакуумной камеры ЦНИИМАШ

 
Для снижения потребления гелия на первичное захолаживание экранов от комнатной температуры на обоих криогенных экранах предусмотрены независимые контуры для предварительного захолаживания их жидким азотом.
Внутренний экран состоит из столика с азотным и гелиевым теплообменниками и пассивного криоэкрана, охлаждающегося до 20 К посредством контакта со столиком. Внутренние поверхности экрана зачернены со степенью черноты не хуже 0,9. Столик внутреннего экрана оснащен нагревателем, позволяющим регулировать температуру внутреннего криоэкрана в диапазоне 20-300 К.
Внешний и внутренний экраны снабжены многослойной экранно-вакуумной теплоизоляцией для снижения потребления криоагентов.
Система имеет возможность работать на накопленном в ожижителе жидком гелии (до 500 л) при меньшей температуре внутреннего экрана (5-10 К) до 80 суток.
 
Основные характеристики системы :
  • Диапазон рабочих температур внутреннего экрана:
  • 20-300 К в режиме 24/7
  • 5-20 К до 80 суток
  • Размеры и масса внешнего экрана: 600х600х600 мм, 56 кг
  • Размеры и масса внутреннего экрана: 400х400х300 мм, 21 кг
  • Потребление жидкого азота на предварительное захолаживание без установленного объекта испытания: не более 40 л
  • Потребление жидкого гелия на захолаживание от температуры 80 К без установленного объекта испытания: не более 7 л
  • Потребление жидкого гелия для поддержания температуры внутреннего экрана 20 К (при нулевых тепловыделениях объекта испытаний): не более 55 л/сут
  • Точность поддержания температуры:
  • ± 5 К - заявленная
  • ± 1 К – полученная