2 января 1959 года вышло постановление Совмина СССР о разработке на Уралвагонзаводе криогенных емкостей для жидкого кислорода с вакуумно-порошковой изоляцией. В 1964 году начался серийный выпуск цистерны 8Г513, за которую группа работников ОКБ-250 получила первое авторское свидетельство на изобретение.
Первенцы тагильской криогеники
В 1954 – 1959 годах успешные запуски первых советских боевых и космических ракет обеспечили железнодорожные цистерны для жидкого кислорода – 8Г52 и для жидкого азота – 8Г54, а также подвижные заправочные средства ракеты Р-7 (кислородные заправщик 8Г117 и дозаправщик 8Г118; заправщик жидким азотом 8Г128). Но из-за самоиспарения цистерны приходили на ракетные полигоны полупустыми. Потери кислорода составляли 5-10 % в сутки.
Созданные в 1959 году специальные поезда с обратной конденсацией паров кислорода сократили потери. Но их эксплуатация оказалась дорогим и технически сложным делом.
Как сохранить холод?
Спасением мог стать вакуум – лучший в природе изолятор. Стеклянные контейнеры для хранения жидкого кислорода с двойными стенками и откачанным из межстеночного пространства воздухом появились в Германии еще в 1880-е годы. Однако широкую известность получили сосуды Дьюара, созданные в 1890-е годы шотландским ученым Джеймсом Дьюаром. С начала XX века они нашли применение в лабораториях, в промышленности для хранения низкотемпературных жидкостей и даже в быту в виде термосов.
Могло ли это изобретение помочь тагильским криогенщикам? За ответом обратимся к книге Станислава Павленко «Малая земля Вагонки»: «эта проблема (длительного хранения кислорода без потерь) решалась применением современной криогенной теплоизоляции: вакуумно-порошковой или экранно-вакуумной. К сожалению, она была освоена только на небольших лабораторных сосудах. Однако все понимали, что внедрение промышленных технологий и конструкций для крупногабаритного оборудования – это необходимая революция в нашей промышленности, тем более в транспортном машиностроении». Специалистам Уралвагонзавода предстояло создать технологии промышленного использования вакуума, иначе говоря, совершить революцию.
Принципиально новое изделие
Новая цистерна 8Г512, построенная в 1961 году, отличалась от своей предшественницы 8Г52 как внешним видом, так и конструкцией. Не зря разработчики считали ее «принципиально новым изделием». По внешнему виду она напоминала не товарный вагон, а серийную нефтеналивную цистерну. Новинка состояла из железнодорожной платформы, емкости, двух будок, испарителя и системы коммуникаций.
Емкость представляла собой два сосуда, расположенных один в другом. Внутренний – для криогенной жидкости, наружный – теплоизоляционная оболочка. Внутренний сосуд и оболочка были изготовлены из сплава АМцС. Пространство между ними засыпалось теплоизоляционным порошком и вакуумировалось. Арматура и приборы цистерны были выведены на специальный щит в задней будке. «Обязанностями» цистерны 8Г512 стало длительное хранение и перевозка жидкого кислорода по железным дорогам с минимальными потерями.
Покорение вакуума
В 1959 году ни одно предприятие и ни один НИИ Советского Союза не имели опыта изготовления криогенных сосудов больших объемов с вакуумно-порошковой изоляцией. Поэтому сотрудники вакуумной лаборатории – нового подразделения ОКБ-250 – могли опираться лишь на теоретические знания, полученные из технической литературы.
Совместно с сотрудниками Всесоюзного научно-исследовательского института кислородного машиностроения (ВНИИКИМАШ) было выполнено 25 научно-исследовательских работ. По их результатам составили более сотни отчетов. Работами руководил заместитель главного конструктора ОКБ-250 Николай Реутский.
Специалисты искали наиболее эффективные теплоизоляционные материалы, изучали степень их уплотнения при эксплуатации изделия, глубину вакуумирования сосудов различных объемов и решали многие другие технологические задачи.
Еще одним направлением работ стало изучение состояния криогенных цистерн и стационарных емкостей при их эксплуатации. Этим занимались сотрудники лаборатории прочности. Первое крупное исследование прошло в 1954 году. Тогда было изучено напряженно-деформированное состояние котла кислородной цистерны 8Г52. Таким же испытаниям подвергались головные образцы каждого нового изделия, ставящегося в производство. Работники лаборатории отслеживали «поведение» цистерн в аварийных ситуациях на железных дорогах, перегружали их избыточным давлением для определения запаса прочности, изучали крепость отдельных элементов криогенных сосудов. Все это помогало изделиям стать по-настоящему надежными и существенно увеличивало срок их службы.
Самая трудоемкая работа
Осваивая новые технологии, заводчане внедрили автоматическую сварку под слоем флюса всех продольных и кольцевых швов оболочки цистерны, освоили сборку емкостей, засыпку порошка в изолирующую полость, испытания изделий на герметичность и термоустойчивость.
Описывая проверку криогенных сосудов на герметичность, Станислав Павленко отмечает, что наибольшую сложность представлял контроль сварных швов наружной оболочки цистерны. «Это была самая неблагодарная и трудоемкая работа… Порой требовалось несколько суток непрерывной откачки для получения в изоляционном пространстве требуемого вакуума, после чего оператор подключал гелевый течеискатель к вакуумному пространству и обдувал каждый участок швов струйкой гелия из баллона, а другой оператор по прибору регистрировал дефектные участки… Процесс определения вакуумной герметичности повторялся и порой неоднократно». Но результат того стоил. Заводская новинка – цистерна 8Г512 – теряла не более 0,5% жидкого кислорода от испарения, что в 10-15 раз ниже, чем в цистерне 8Г52. В 1962 году Уралвагонзавод выпустил 50 цистерн 8Г512, в 1963 году– 104 штуки, в 1964 году – 131 изделие.
Первое авторское свидетельство
Железнодорожная цистерна 8Г513, пришедшая в 1964 году на смену 8Г512, стала еще одним достижением криогенного производства Уралвагонзавода. Группа специалистов ОКБ-250 получила первое авторское свидетельство на изобретение. Главный конструктор Мефодий Веремьев считал, что цистерна 8Г513 «по своим показателям превосходила лучшие зарубежные конструкции».
Общая масса новой цистерны стала почти на шесть тонн меньше, чем у 8Г512, но грузоподъемность увеличилась на две тонны. Она «сменила» внешнюю оболочку из сплава АМцС на стальную, имеющую более низкую теплопроводность. Для соединения стальных труб с внутренним алюминиевым сосудом использовались сталеалюминиевые переходники, произведенные на УВЗ по уникальной технологии сварки металлов. Теплоприток по трубам снизился больше чем в 30 раз.
В воспоминаниях ветерана ОКБ-250 Аркадия Саца отмечено, что цистерна 8Г513 «прожила долгую и полезную жизнь, работая и в промышленности, и в войсковых частях…»
Текст: Оксана Серебрякова, сотрудник Выставочного комплекса Уралвагонзавода
Фото: из архива музея истории УВЗ