Випробувальні холодильні установки

 

Розрізняють 3 види випробувальних установок: термокамери, термобарокамери і установки для режимних випробувань конструкцій на міцність і витривалість.

Термокамери призначені для досліду впливу низьких температур на процеси, явища, властивості речовин.

Термокамери бувають:

• науково-дослідні і науково-виробничі в різних галузях науки і техніки;
• кліматичні, що реалізують зимовий або полярний клімат у замкненому об'ємі;
• медичні.

Малі термокамери, об'ємом до 1м³, випускаються серійно, крупні камери і стенди – унікальні.

Система холодопостачання термокамер – фреонові 2-х ступінчасті і каскадні агрегати або повітряні холодильні машини; застосовують охолодження рідким азотом.

Термокамери мають високоякісну ізоляцію завтовшки (200...300) мм.

У термокамерах за заданою програмою можна реалізовувати температури повітря від 160°С до –80°С.

У кліматичних камерах регулюється температура, швидкість, вологість повітря, а також інтенсивність світлового потоку.

Всі холодильні машини термокамер мають резерв холодовидатності.

Холодильні агрегати малих камер розташовуються поряд з камерами; крупні камери мають окремі машинні відділення.

Охолоджуючі прилади термокамер – повітроохолоджувачі, рідше – батареї. Застосовують, в основному, безпосереднє випаровування, а там де необхідно – проміжні холодоносії.

Термобарокамери призначені для висотних випробувань приладів, устаткування, тренувань льотного персоналу (медичні термобарокамери).

Термобарокамера є циліндровою горизонтальною (рідше – вертикальною) посудиною з еліптичними днищами.

Двері цих камер – герметичні, надійні складній конструкції, на зашморгу, крупні двері – відкотні або підйомні. Привід дверей – механічний або гідравлічний.

Оглядові стекла: діаметром не більш 300мм з багатошаровим склінням, осушенням повітря між стеклами. Одне скло – товсте (завтовшки не менше 20мм) розраховане на повну різницю тиску.

Для проводки проводів і трубопроводів передбачені герметичні теплоізольовані вводи.

Ізоляція і холодильні машини термобарокамер аналогічні таким у термокамерах. Крім того, передбачені могутні вакуум-насоси.

Звичайна реалізація режиму: спочатку охолодження повітроохолоджувачами, поки в камері достатньо високий тиск (т.е. малий вакуум), а потім при пониженні тиску основна кількість теплоти відводиться радіаційними панелями.

У медичних термобарокамерах особлива увага приділяється заходам по забезпеченню безпеки людей, що знаходяться в них. Тому такі камери забезпечені надійною сигналізацією і телеметрією, блокуваннями, запобіжними пристроями, шлюзовими камерами та ін.

Режимні випробувальні установки застосовують при натурних випробуваннях елементів конструкцій літальних апаратів, наприклад для тривалих циклічних випробувань на міцність і витривалість планерів надзвукових пасажирських літаків.

У таких випробуваннях закон зміни теплового навантаження Q холодильної установки в часі має різкомінливий „ударний” характер:

Протягом декількох хвилин Q = (10...20) МВт, при t₀ = -70°С, а потім у подальші 50...55 хвилин Q = 0. Багатодобові випробування передбачають 23 годинних циклів у добу.

Для реалізації таких режимів була розроблена спеціальна охолоджуюча система акумуляції з проміжним холодоносієм. Принципова спрощена схема її приведена на мал.52.

На початку кожного циклу випробувань весь холодоносій знаходиться в нижніх баках (на схемі показаний один циркуляційний контур). Протягом періоду часу, коли Q = 0 відбувається охолодження холодоносія і накопичення його у верхніх баках. Потім протягом декількох хвилин відкривається за заданою програмою швидкодіючі засувки електромоторів, відкриваючи доступ холодоносію в повітроохолоджувачі. Підігрітий холодоносій знов збирається в нижніх баках.

Така система акумуляції дозволяє понизити приблизно в 10 разів встановлену холодовидатність компресорів і забезпечити їх спокійну експлуатацію без частих пусків і зупинок.

Режимні випробні установки використовують також для натурних випробувань виробів автотракторної техніки, призначених для експлуатації у різноманітних кліматичних умовах.

 

 

Розділ 10.

Штучні крижані катки

Розміри поля катка для хокею з шайбою складають 60´30м, малого пересувного катка для балету по льоду - 20´15м.

Середня товщина наморожуваного льоду рівна (30...40) мм. Збільшення товщини льоду на 10 мм вимагає зниження температури на (0,9...1,0)°С.

Вимоги до температури льоду:

(-4...-5)°С – для гри в хокей;

-1,5°С – для фігурного катання;

(-0,5...-2)°С – для швидкісного бігу на льодових доріжках (довжина 400 або 333м, ширина 12...15м)

Основна вимога до льоду крижаних полів – висока рівномірність температур по всій поверхні льоду. Вважають задовільним, якщо різниця температур в різних точках катка рівна 0,5°С

Причини нерівномірності температур:

• нагрів розсолу по довжині труб;
• зміна t₀ холодоаґенту із-за падіння тиску по довжині труб;
• поганий розподіл холодоаґенту або розсолу;
• наявність повітря (у системах розсолів);
• великий крок труб, укладених у полі;
• недостатня подача холодоаґенту в труби.

У катках з безпосереднім випаровуванням у якості холодоаґенту використовують амоніак. Катки з охолоджуванням розсолом мають фреонові холодильні машини.

В аміачних системах застосовують спеціальні беззмащувальні компресори, оскільки видалення масла з горизонтальних батарей, закладених у полі, утруднено.

При безпосередньому випаровуванні застосовують насосну охолоджуючу систему з високою кратністю циркуляції амоніаку, що досягає 100. Застосовують горизонтальні циркуляційні ресивери великої місткості, які повинні вміщати весь амоніак з охолоджуваного поля і забезпечувати надійний захист компресорів.

При охолодженні розсолом застосовують закриті системи холодопостачання з 2-ма або 3-ма магістральними трубопроводами; тритрубні системи забезпечують кращу якість льоду.

Основні типи уживаних батарей:

1) Прямоточні колекторні горизонтальні застосовують у системах безпосереднього випаровування. У розсільних системах вони не забезпечують необхідну рівномірність температур поля навіть при нагріві розсолу в них на 1°С.

2) Прямоточні колекторні з нахилом труб (мал.54) застосовують на невеликих, наприклад збірно-розбірних катках з охолоджуванням розсолу.

Мал. 54. Колекторні батареї з нахилом труб: вид збоку.

При нагріванні розсолу на (3...4)°С різниця у відмітках кінців труб дорівнює (10...15) мм

Для труб великої довжини такий нахил важко виконати.

3) Прямоточні колекторні із стрічним рухом охолоджуючого середовища (мал.55) по двом розташованим поряд на одному рівні батареям (колектори батарей розташовані нижче за труби).

Мал. 55. Колекторні батареї із стрічним рухом

Не дивлячись на 4 колектори замість двох, діаметри їх менше, тобто легше монтаж; колектори розташовані один під одним. Застосовуються як для систем безпосереднього випаровування, так і для систем розсолів.

Температурне поле рівномірно при підігріві розсолу в трубах на (2,5...3)°С.

4) Проти точні з проміжним колектором (мал.56)

Мал. 56. Проти точні батареї з проміжним колектором

Це модернізація старих петлеподібних батарей; вони простіше у виготовленні, простіше і надійніше випуск повітря зі всіх трьох колекторів.

Визначаюча нерівномірність температури льоду – упоперек труб; вона не перевищує допустиму вже при підігріві розсолу в трубах вище 1°С.

Для поліпшення розподілу розсолу по трубам, швидкість його в колекторах повинна бути значно менше швидкості в трубах.

Повітреспускні крани встановлюють на всіх колекторах.

Вживані діаметри труб від 26 до 38 мм.

Крок труб = (90...110) мм для закритих катків і (75...90) мм – для відкритих.

Труби укладають на кутові або інші опори, кріплять до них і ретельно нівелюють по рівню з точністю ±3 мм, потім заливають у бетонні плити разом з колекторами. Товщина шару бетону рівна 120...140мм.

Шар бетону завтовшки (25...30) мм над трубами армують сталевою сіткою з прутків діаметром (6...12) мм з осередком (150...200) мм.

У крупних системах передбачається відключення частини поля, напр. ковзанярських доріжок.

Передбачаються спеціальні трубопроводи для дренажу аміачних батарей і промивки розсільних батарей.

Шари підготовки поля (нижче за труби) нагадують шари під низькотемпературними камерами холодильників.

Передбачаються системи обігріву ґрунту, а також компенсатори температурного подовження труб.

 

 

Розділ 11.