Заказать обратный звонок

Пурпе / Сменить регион

8 800 777 06 90

Главная    ›    Каталог    ›    Каскадные холодильные установки

Каскадные холодильные установки

Низкотемпературные холодильные установки для получения температур от  -50°С до -140 °С

Уточнить цену и комплектацию

 

 

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.

 

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. 1. 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.

 

    

Рис. 1. 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.

 

Рис. 2. 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. 2 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.

 

Рис. 3. 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. 3. 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. 

 

8 800 777 06 90
Работаем по всей России
и странам СНГ

ООО «Криолит» © все права защищены