Logo holodilshchik
интернет-выпуск № 2(38), февраль, 2008 г.
ПЕРВАЯ В РОССИИ ИНТЕРНЕТ-ГАЗЕТА ПО ХОЛОДИЛЬНОЙ И БЛИЗКОЙ ЕЙ ТЕМАТИКЕ

Грамотно преподнести себя через рекламу - тоже искусство!
ИСПЫТЕЛЬНЫЕ КАМЕРЫ
Е.С. Курылев, Ю.Д. Румянцев
НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫЕ ХОЛОДИЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ
ИСПЫТАТЕЛЬНЫХ КАМЕР

    

Испытательные камеры предназначены для создания внешних воздействующих факторов: климатических (температура, влажность и давление воздуха, солнечная радиация, атмосферные осадки и др.) и механических (вибрация, удар, ускорение и др.), а также для экспериментального определения характеристик объекта испытаний в результате воздействия на него указанных факторов. В состав этих камер входят и холодильное оборудование.

Испытательные камеры, универсальные по назначению, выпускают серийно, и технические требования к ним регламентируются стандартом. В зависимости от вида создаваемых воздействующих факторов выделяют следующие типы камер: термокамеры (положительные и отрицательные температуры воздуха); термобарокамеры (положительные и отрицательные температуры, давления воздуха); термовлагокамеры (положительные и отрицательные температуры, влажность воздуха); термобаровиброкамеры (положительные и отрицательные температуры, давление воздуха, а также вибрация) и т.д.



Часть 2-ая из 2-х

Термобаровлаговиброкамеры.

Термобаровлаговиброкамеры самые универсальные по выбору воздействующих факторов. Их вместимость обычно не превышает 4 м3, а по диапазону технических характеристик и компоновке конструкции они близки к термобарокамерам. Механические воздействующие факторы в заданных диапазонах (частота и форма колебаний, ускорение) создаются с помощью электродинамического вибростенда, расположенного под камерой, загрузочная платформа которого через герметический ввод введена в полезный объем (рис. 3).

Холодильные установки.

Низкотемпературные холодильные установки включают в основном парокомпрессорные холодильные машины: одноступенчатые, двухступенчатые и каскадные. Диапазоны температур, получаемых с помощью холодильных машин, работающих на различных холодильных агентах и смесях (азеотропных и неазеотропных), представлены в табл. 1.

Однако возможно использование холодильных машин других типов. Так, для получения температур воздуха ниже -70 °С в камерах большего объема применяют воздушные холодильные машины, а для получения температур ниже -100 °С - газовые холодильные машины. В камерах небольшого объема (до 0,05 м3), предназначенных для проведения кратковременных испытаний, используют термоэлектрические и воздушные с вихревыми трубами холодильные машины, а также системы, охлаждающие посредством сухого льда, жидкого азота.

Термобаровлаговиброкамера

Рис. 3. Термобаровлаговиброкамера:
1 - парогенератор; 2 - каскадный холодильный агрегат; 3 - одноступенчатый холодильный агрегат;
4 - вакуумный насос; 5 - вибростенд

В состав низкотемпературных установок входит оборудование, отличающееся от базового материалами и конструкцией некоторых узлов, что связано с влиянием низкой температуры на свойства материалов и рабочие процессы холодильных машин. Например, поршневые компрессоры должны иметь небольшое вредное пространство, смазываться маслом, обеспечивающим гидродинамический режим смазки и т. д. Материал деталей оборудования и арматуры, трубопроводы должны сохранять необходимую прочность и другие нужные свойства при низкой температуре. Одноступенчатые холодильные установки на хладагентах R502, R504 и R13B1 применяют для получения температур в диапазоне -60...-40 °С. Достижение предельно низкой температуры зависит в основном от температуры конденсации и в некоторой степени от вида хладагента и типа компрессора. Например, при температуре конденсации tк = 35 °С и отношении давления конденсации к давлению кипения π = 12 можно получить температуры: -42 °С на R502 и R504; -46 °С на R13B1. А при tк = 13 °С и π = 12 можно достичь: -54 °С на R502 и -60 °С на R13B1.

Наиболее низкую температуру нагнетания имеет R502 при прочих равных условиях. Объемные и энергетические показатели поршневых компрессоров в большей степени, чем винтовых, зависят от отношения давлений π, поэтому для них должно соблюдаться соотношение π ≤ 12.

Таблица 1. Рекомендуемые диапазоны температур

Тип холодильной машины
Диапазоны
температур кипения, °С
возможный
 целесообразный
Одноступенчатая:

на R502 и R504

-55...-30
-50...-40

на R13B1 и R504

-65...-30
-60...-40

на R13/R12

-70...-30
-65...-40
Двухступенчатая:

на R22

-80...-30
-70...-40

на R502 и R13B1

-85...-30
-75...-40

на R13/R12

-100...-30
-95...-40
Каскадные:

нижняя ветвь на R13 и верхняя на R22

-95...-40
-85...-40

двухступенчатая нижняя ветвь R13 и верхняя на R22

-110...-80
-100...-80

нижняя ветвь на R14 и верхняя на R22

-140...-100
-135...-100

В состав одноступенчатых холодильных установок входят компрессорный агрегат поршневой или винтовой, конденсатор с водяным или воздушным охлаждением, линейный ресивер, терморегулирующий вентиль или капиллярная трубка, воздухоохладитель с относительно небольшой длиной трубок, иногда отделитель жидкости, регенеративный теплообменник. На жидкостном трубопроводе устанавливают фильтр-осушитель, соленоидный вентиль, смотровой глазок.

Применение неазеотропных смесей холодильных агентов позволяет повысить термодинамическую эффективность и понизить температурную границу использования одноступенчатых холодильных машин до -70 °С, причем без усложнения схемы. В неазеотропных смесях используют в качестве низкотемпературного компонента R13, R13B1, R14, а в качестве высокотемпературного - R11, R12, R22, R114. Чем выше массовая концентрация низкотемпературного компонента и ниже температура конденсации, тем более низкая температура может быть достигнута. Например, одноступенчатая холодильная установка с традиционным набором элементов на смеси R13/R12 при двухступенчатой конденсации смеси (в конденсаторе, а затем в теплообменнике) позволяет без вакуума в испарителе получить температуру -63 °С.

Эффективней работает одноступенчатая холодильная установка, схема которой представлена на рис. 4. Компрессор 4 нагнетает пары в конденсатор 5, в котором конденсируется в основном высокотемпературный компонент. Смесь жидкой и паровой фаз выходит из конденсатора и поступает в отделитель жидкости 2, где фазы разделяются. Отделенная жидкость дросселируется в дросселе 1' до давления всасывания, смешивается с потоком паров, поступающих из воздухоохладителя 1, и направляется в конденсатор-испаритель 3 для охлаждения и конденсации паровой фазы смеси, поступающей из отделителя жидкости. Из теплообменника пары всасываются в компрессор. Пары из отделителя жидкости направляются в конденсатор-испаритель 3, конденсируются в нем, далее жидкость дросселируется в дросселе 2' и поступает в воздухоохладитель. Такие установки имеют хорошие эксплуатационные показатели: смазочное масло циркулирует в системе, не накапливаясь в воздухоохладителе, а всасываемый в компрессор пар имеет небольшой перегрев.

Схема одноступенчатой холодильной установки на смеси хладагентов

Рис. 4. Схема одноступенчатой холодильной установки на смеси хладагентов:
1 - воздухоохладитель; 2 - отделитель жидкости; 3 - Конденсатор-испаритель; 4 - компрессор;
5 - конденсатор; 1', 2' - дроссели

Двухступенчатые холодильные установки на хладагентах R22, R502, R13B1 применяют для получения температур -75...-40 °С. Двухступенчатые компрессорные агрегаты комплектуют из поршневых, поршневого и бустерного винтового, винтовых компрессоров. Отношение теоретических объемов компрессоров низкой и высокой ступеней составляет (2:1) - (6:1) в зависимости от температур кипения и конденсации, типа компрессоров. Холодильная установка содержит также конденсатор водяного или воздушного охлаждения, линейный ресивер, маслоотделитель, теплообменник или промежуточный сосуд. С целью уменьшить гидравлическое сопротивление испарителя часто применяют воздухоохладитель с относительно короткими трубками, а терморегу-лирующий вентиль настраивают на небольшой перегрев. В результате повышается вероятность влажного хода компрессора низкой ступени, и в состав установки включают отделитель жидкости. Теплообменник целесообразен при использовании R502, при других хладагентах он существенно увеличивает температуру нагнетания.

Схема двухступенчатой холодильной установки с промежуточным охлаждением изоляции

Рис. 5. Схема двухступенчатой холодильной установки с промежуточным охлаждением изоляции:
1 - компрессор СВД; 2 - маслоотделитель; 3 - конденсатор; 4, 7, 9 - теплообменники; 5 - испаритель для охлаждения изоляции; 6 - воздухоохладитель; 8 - компрессор СНД; 1', 2' -дроссели

На рис. 5 показана схема двухступенчатой холодильной установки, обеспечивающей охлаждение изоляции при промежуточной температуре, что экономически выгодно и сокращает время выхода камеры на заданный режим. Компрессор ступени высокого давления (СВД) 1 нагнетает пар в маслоотделитель 2 и конденсатор 3. Жидкий хладагент, выходя из конденсатора, делится на две части. Меньшая часть проходит теплообменник 4, в котором охлаждается, дросселируется в дросселе 1' и кипит в испарителе 5, отводя теплоту от теплоизоляции. Образовавшийся пар поступает в теплообменник 4, в котором нагревается, и далее во всасывающий трубопровод компрессора 1. Большая часть жидкого хладагента проходит теплообменник 7, в котором охлаждается, дросселируется в дросселе 2' и кипит в воздухоохладителе 6, охлаждая воздух в камере. Образовавшийся нар проходит теплообменник 7, в котором нагревается, и всасывается компрессором ступени низкого давления (СНД) 8. Компрессор 8 нагнетает пар в теплообменник 9, в котором он охлаждается водой, затем пар охлаждается, смешиваясь с потоком, поступающим из теплообменника 4, и всасывается компрессором 1. Применение неазеотропных смесей холодильных агентов целесообразно и в двухступенчатой холодильной машине. Так, двухступенчатая машина на смеси R13/R12 с последовательной конденсацией смеси позволяет получить температуру кипения -100 °С с высокими энергетическими и объемными показателями компрессоров. Каскадные холодильные установки применяют для получения наиболее низких температур. Так, установка с двумя одноступенчатыми ветвями - верхней на R12, R22, R502, R13B1 и нижней на R13, R13B1, R503 - позволяет получить температуры кипения -95...-40 °С. Установка с верхней одноступенчатой ветвью и нижней двухступенчатой позволяет получить более низкие температуры - до -110 °С. И самые низкие температуры для парокомпрессорных машин получают с помощью каскадных установок с тремя одноступенчатыми ветвями - верхней на R22, R502, средней на R13, R13B1, R503 и нижней на R14 - до -140 °С.

Схема каскадной холодильной установки

Рис. 6. Схема каскадной холодильной установки:
1 - конденсатор; 2, 11 - маслоотделители; 3 - компрессор верхней ветви каскада; 4, 10, 12, 14 - теплообменники; 5 - конденсатор-испаритель; 6, 13 - фильтр-осушитель; 7 - линейный ресивер;
8 - расширительный сосуд; 9 - компрессор нижней ветви каскада; 15 - воздухоохладитель;
1', 6', 7' - дроссели; 2'- 5'- соленоидные вентили

Каскадные установки с двумя одноступенчатыми ветвями наиболее широко распространены в серийно выпускаемых испытательных камерах, так как обеспечивают поддержание температур в широком диапазоне, просты по структуре, компактны, легко автоматизируются, в них относительно просто решается возврат масла в компрессор. Распространенный вариант каскадной холодильной установки показан на рис. 6. Компрессор 3 верхней ветви каскада нагнетает пар в маслоотделитель 2 и конденсатор 1. Жидкий хладагент из конденсатора поступает в линейный ресивер 7, освобождается от влаги и загрязнений в фильтре-осушителе 6, охлаждается в теплообменнике 4, дросселируется в дросселе 1' и кипит в конденсаторе-испарителе 5, отводя теплоту от конденсирующегося хладагента нижней ветви каскада. Образовавшийся пар нагревается в теплообменнике 4 и всасывается компрессором 3. Компрессор 9 нижней ветви каскада нагнетает пар в теплообменник 10, в котором пар охлаждается водой или воздухом, и далее в маслоотделитель 11, теплообменник 12 и конденсатор-испаритель 5. Жидкий хладагент проходит фильтр-осушитель 13, теплообменник 14, дроссель 6' и поступает в воздухоохладитель 15, в котором кипит, охлаждая воздух камеры. Образовавшийся пар нагревается в теплообменниках 14 и 12 и всасывается компрессором 9. Соленоидные вентили 2' и 4' закрываются одновременно с выключением компрессоров 3 и 9, чтобы предотвратить поступление жидкого хладагента со стороны высокого давления в конденсатор-испаритель и воздухоохладитель и их переполнение, и открываются при включении компрессоров. Соленоидный вентиль 3' открывается при включении компрессора 9, чтобы соединить сторону высокого давления с расширительным сосудом 8, и закрывается при включении компрессора. Соленоидный вентиль 5' открывается на период выхода камеры на стационарный режим, обеспечивая подачу жидкого хладагента и через дроссель 7' (обычно ручной регулирующий вентиль), поскольку массовая подача хладагента в пусковой период в несколько раз больше, чем в установившийся, и штатный дроссель 6' не может обеспечить подачу такого количества хладагента.


Окончание.
(Начало было опубликовано в предыдущем выпуске Холодильщик.RU -
1(37) январь 2008 г.)




Приглашаем ученых и инженеров, аспирантов и студентов, а также,
заинтересованные институты, фирмы, организации и частных лиц, принять участие в размещении
информации в интернет-газете, посвященной холодильной и близкой ей тематике.

Учредитель и издатель интернет-газеты: ООО "АВИСАНКО" (Москва).
Адрес редакции: Россия, 115551, Москва, Шипиловский проезд, д.47/1, офис 67-А.
Тел./факс: +7 (495) 343-43-71, тел.: +7 (495) 343-43-48, 223-60-50 доб. 132.

Головной сайт: www.avisanco.ru.

E-mail: info@holodilshchik.ru

Первый выпуск первой в России интернет-газеты по холодильной и
близкой ей тематике - "Холодильщик.RU" - вышел в свет в январе 2005 г.
Руководитель проекта и Главный редактор: Маргарян С.М. (АВИСАНКО, ООО)
За содержание рекламных материалов редакция ответственности не несет.
При перепечатке статей, ссылки на их авторов и интернет-газету обязательны.
Разместите на своем сайте нашу кнопку... Rambler's Top100 Многоязыковая поисковая система...


Авторские права © 2005-2017 // MARGARY@N

Партнеры: