Thermoakustische Schwingungen stellen eine erhebliche Herausforderung für den Betrieb kryogener Systeme dar, bei denen extreme Temperaturunterschiede in einem Rohr zu nachteiligen Auswirkungen sowohl auf die Prozesseffizienz als auch auf die Integrität der Ausrüstung führen können. Bei WEKA haben wir innovative Lösungen entwickelt, die darauf abzielen, diese Schwingungen zu mildern und eine optimale Leistung kryogener Anlagen zu gewährleisten.

Verständnis thermoakustischer Schwingungen

In kryogenen Anlagen können thermoakustische Schwingungen auftreten, wenn ein Ende eines Rohrs dem sehr kalten Prozessfluid ausgesetzt ist, während das andere Ende mit der Umgebungstemperatur in Kontakt steht. Dieser Temperaturunterschied kann zu Fluidschwingungen im System führen, was zu einem erhöhten Wärmeeintrag und einem möglichen Einfrieren der Außenflächen führt – ein Szenario, das für kryogene Prozesse höchst unerwünscht ist.

Faktoren, die das Schwingungsrisiko beeinflussen

Mehrere Faktoren beeinflussen die Wahrscheinlichkeit thermoakustischer Schwingungen:

• Design- und Prozessparameter: Die Positionierung der warmen und kalten Enden innerhalb des Systems, die Flüssigkeitsvolumina, die Rohrgeometrien und die Betriebsparameter der Prozessflüssigkeit spielen alle eine entscheidende Rolle.
• Art der Prozessflüssigkeit: Systeme, die überkritisches, flüssiges oder supraflüssiges Helium verwenden, sind aufgrund der Stoffeigenschaften von Helium besonders anfällig.

Technische Lösungen, entwickelt bei WEKA

Um thermoakustische Schwingungen zu bekämpfen, hat WEKA spezifische Lösungen entwickelt, die auf kryogene Ventile und Anlagen zugeschnitten sind:

1. Konvektionsbremsen an Ventileinsätzen: Ventileinsätze mit Konvektionsbremsen verwenden Kunststoffringe, die am Rohr des Einsatzes befestigt sind. Durch diese Konstruktion wird das Volumen zwischen dem Ventileinsatz und den Rohren des Ventilkörpers in mehrere kleinere Volumina unterteilt, wodurch die Vermischung von warmen und kalten Schichten effektiv verhindert wird. Dadurch wird das Risiko von Schwingungen beseitigt. Konvektionsbremsen können nachgerüstet werden.
2. Anwendung von Rückschlagventilen: In kryogenen Kühlboxen verbinden Hilfsrohrleitungen oft warme, nicht isolierte Abschnitte mit vakuumummantelten Prozessrohrleitungen. Durch den Einbau von Rückschlagventilen in diesen Rohrleitungen wird ein Rückfluss verhindert, wodurch die Integrität der Temperaturunterschiede erhalten bleibt und Schwingungen gedämpft werden.
3. Thermische Anbindungen: Kryogene Verlängerungen von Ventilen oder Kupplungen können mit anpassbaren Flanschen ausgestattet werden, die mit thermischen Kühlkreisläufen verbunden sind. Diese Anordnung stabilisiert die Temperaturen entlang des Rohrs, reduziert das Temperaturverhältnis zwischen heißen und kalten Enden und minimiert das Risiko von Schwingungen. Kupfer wird aufgrund seiner effizienten Wärmeaustauscheigenschaften gewählt. Diese thermischen Anbindungen, die an den richtigen Positionen montiert werden müssen, gewährleisten ein effektives Wärmemanagement und reduzieren den Wärmeeintrag in die Flüssigkeit.

Schlussfolgerung

Obwohl thermoakustische Schwingungen eine große Herausforderung für kryogene Anlagen darstellen, können proaktive Maßnahmen ihr Auftreten wirksam eindämmen. Durch die Implementierung von Lösungen wie Konvektionsbremsen, Rückschlagventilen und thermischen Anbindungen können Betreiber die Zuverlässigkeit und Leistung des Systems erheblich verbessern. Bei WEKA sind wir uns der entscheidenden Bedeutung eines maßgeschneiderten Designs und einer sorgfältigen Bewertung der Betriebsrisiken bewusst, um Lösungen zu liefern, die den spezifischen Anforderungen jeder kryogenen Anlage gerecht werden.

Wenn Sie mehr darüber erfahren möchten, wie WEKA thermoakustische Schwingungen und andere Herausforderungen in kryogenen Systemen angeht, kontaktieren Sie uns bitte. Unsere Experten für kryogene Anwendungen stehen Ihnen jederzeit zur Verfügung.