Турбодетандерная установка
Детандер представляет собой механизм, в котором газ прокачивается по замкнутому циклу, вращает по пути рабочее колесо, теряет на этом энергию и охлаждается. Конечная цель — охладить газ через потерю энергии настолько, чтобы он перешел в жидкое состояние. Турбодетандер оснащен турбиной, которая значительно ускоряет процесс, так как поставляет в систему воздух, сжатый до нескольких бар. Попадая в систему, сжатый воздух расширяется, крутит рабочее колесо, теряет энергию, и так получается до крайности контринтуитивная схема: чтобы сжидить газ, его надо сначала расширить.
С 1936 по 1938 г. выдающийся физик и инженер Пётр Леонидович Капица разрабатывал новый метод ожижения воздуха с помощью цикла низкого давления. Подробно почитать о создании экспериментальной машины, которая демонстрировала этот метод, можно в отдельной статье. Но и история создания серийной установки на базе этого образца еще интереснее.
За разработку установки взялись почти сразу после доказательства того, что теоретический механизм работает на практике. Как было заведено в лаборатории Капицы, установку собрали почти целиком из подручных материалов и изделий в мастерских ИФП. Например, механизм переключения регенераторов приводился в движение двумя электромагнитными транспортными тормозами с завода «Динамо».
Прототип почти не пришлось менять, и сотрудники музея с трудом отличают его от установки. Однако с ее появлением Капица мог утверждать, что впервые в истории криогеники удалось ожижить воздух в механизме промышленного типа, полностью исключив его предварительную очистку и предварительное сжатие до высокого давления. В одном ряду с классическими процессами Линде и Клода для сжижения газов появился новый — процесс Капицы. Эти сенсационные результаты были опубликованы в начале 1939 г., но на родине ученого их встретили без особенного энтузиазма.
Лишь часть коллег Капицы оценила разработку по достоинству. Большинство же советских специалистов заняли либо скептическую, либо негативную позицию. Особенно этим отличались те ученые, которых Капица не пригласил к участию в своих работах.
Одновременно три промышленные фирмы из США и одна из Швеции предложили Капице заняться разработкой и производством воздухоожижительных и кислородных установок по его методу. Контракт так и не состоялся по причинам скорее политического, чем технического характера, но, когда началась Великая Отечественная война, международное признание помогло сдвинуть дело с мертвой точки.
Сжиженный кислород был нужен в медицине, для производства оксиликвитных взрывчатых веществ, военным летчикам, совершавшим дальние бомбардировочные полеты, — его было нужно очень много и прямо сейчас. Метод Капицы получил поддержку Государственного комитета обороны, и установка пошла в серийное производство.
Установки работали с очень значительным КПД, и произведенный на них кислород стало возможно повсеместно использовать в доменных печах и конвертерах. Это упростило выплавку и преобразование чугуна. Получаемая сталь была высокого качества, так как содержала мало азота. Применение чистого кислорода также существенно повышает температуру и позволяет переплавлять огромное количество металлолома зараз.
В 1941 году Капица в числе первых ученых становится лауреатом Сталинской премии I степени, а в 1943-м назначается начальником Главкислорода — Главного управления кислородной промышленности при СНК СССР. В 1945 году Капице присвоено звание Героя Социалистического Труда.
Воздухоразделительные установки на основе процесса Капицы работают во всем мире, производя более 150 миллионов тонн кислорода в год. В частности, они поддерживают жизнь пациентов с обширными поражениями легких.
Экземпляр турбодетандера с тормозами завода «Динамо» — единственный в стране, он сохранился в отличном состоянии и находится в доме-музее Петра Леонидовича Капицы.
За разработку установки взялись почти сразу после доказательства того, что теоретический механизм работает на практике. Как было заведено в лаборатории Капицы, установку собрали почти целиком из подручных материалов и изделий в мастерских ИФП. Например, механизм переключения регенераторов приводился в движение двумя электромагнитными транспортными тормозами с завода «Динамо».
Прототип почти не пришлось менять, и сотрудники музея с трудом отличают его от установки. Однако с ее появлением Капица мог утверждать, что впервые в истории криогеники удалось ожижить воздух в механизме промышленного типа, полностью исключив его предварительную очистку и предварительное сжатие до высокого давления. В одном ряду с классическими процессами Линде и Клода для сжижения газов появился новый — процесс Капицы. Эти сенсационные результаты были опубликованы в начале 1939 г., но на родине ученого их встретили без особенного энтузиазма.
Лишь часть коллег Капицы оценила разработку по достоинству. Большинство же советских специалистов заняли либо скептическую, либо негативную позицию. Особенно этим отличались те ученые, которых Капица не пригласил к участию в своих работах.
Одновременно три промышленные фирмы из США и одна из Швеции предложили Капице заняться разработкой и производством воздухоожижительных и кислородных установок по его методу. Контракт так и не состоялся по причинам скорее политического, чем технического характера, но, когда началась Великая Отечественная война, международное признание помогло сдвинуть дело с мертвой точки.
Сжиженный кислород был нужен в медицине, для производства оксиликвитных взрывчатых веществ, военным летчикам, совершавшим дальние бомбардировочные полеты, — его было нужно очень много и прямо сейчас. Метод Капицы получил поддержку Государственного комитета обороны, и установка пошла в серийное производство.
Установки работали с очень значительным КПД, и произведенный на них кислород стало возможно повсеместно использовать в доменных печах и конвертерах. Это упростило выплавку и преобразование чугуна. Получаемая сталь была высокого качества, так как содержала мало азота. Применение чистого кислорода также существенно повышает температуру и позволяет переплавлять огромное количество металлолома зараз.
В 1941 году Капица в числе первых ученых становится лауреатом Сталинской премии I степени, а в 1943-м назначается начальником Главкислорода — Главного управления кислородной промышленности при СНК СССР. В 1945 году Капице присвоено звание Героя Социалистического Труда.
Воздухоразделительные установки на основе процесса Капицы работают во всем мире, производя более 150 миллионов тонн кислорода в год. В частности, они поддерживают жизнь пациентов с обширными поражениями легких.
Экземпляр турбодетандера с тормозами завода «Динамо» — единственный в стране, он сохранился в отличном состоянии и находится в доме-музее Петра Леонидовича Капицы.
Полное наименование
Материалы
Установка турбодетандерная низкого давления для ожижения воздуха
1931-1945 гг. СССР, г. Москва
Металл
Место и время создания
Оборудование
Кабинет-музей Петра Капицы
Лабораторные исследования
при подготовке текста использовали
При создании материала мы использовали статью «Кислородная эпопея», опубликованную в № 4 журнала «Природа» в 1994 г. Автор — В. М. Бродянский, доктор технических наук, профессор Московского энергетического института; статью в журнале «Квант» и материал «Цепная реакция идей» Ф.Б. Кедрова.
Где увидеть
Химическое производство
Изготовление
Институт физических проблем Академии наук СССР, г. Москва
СССР, г. Москва, 1931-1945 гг.
С этим экспонатом связаны истории и музеи
