Способ работы криогенной установки

(7 ) Заявитель ОСОБ РАБОТ УСТА НОВК ИОГЕНН Изоб ет твенн инойее захоатировар ение относится к криогенной технике, а более конкретно к способам работы дроссепьных криогенных установок замкнутого типа, предназначенных преимущес о дпя криостатирования приемников изпучения и различных радиоэпектрон 5 ных устройств,Дроссельная криогенная установка замкнутого типа содержит замкнутый контур, вкпючаюший компрессор, подкпючен 16 . ный линией нагнетания к микрохоподипьдику и усреднитепьную емкость. Иикрохолодильник представляет собой теппообменник, например, в виде трубки, навитой на отжень, снабженный дроссепи 15 рующим узлом.Известен способ работы криоге установки, вкпючаюший процессы паживвния и последующего криост ния объекта охлаждения 111.Согласно этому способу криоагент сжимают в компрессоре и подают в микро- холодильник, где он сначала охлаждается ,обратным потоком, затем дроссепируется в дроссепируюшем узле, и, проходя межтрубное пространство теппообменника, нагревается прямым потоком криоагента. Хоподопроизводитепьность установки, работающей по этому способу, необходи-мая для криостатирования объекта, обычно незначительна. Если установка обладает такой хоподопроизводитепьностью, она обпадает эначитепьным периодом эахопаживания. Дпя сокращения периода эахопаживания увеличивают хоподопроизводитепьность установки, что приводит к значительному увеличению ее габаритов, веса и энергопотребления.Более короткий пусковой период обеспечивает способ работы криогенной ус тановки путем ее эахопаживания, криостатирования объекта охпаждения и вывода части криоагента из замкнутого контура установки перепуском из линии наг,нетания компрессора в баллон 2 .Работа установки по этому способу характеризуется форсированием работы компрессора в период захопаживания.8423 25 30 35 форсирование достигается увеличением количества криоагента, циркулирующего в замкнутом контуре. Благодаря этому в период захолаживания давление на входе в компрессор увеличивается и соответственно возрастают давление нагнетания и производительность компрессора, а следовательно, и холодопроиэводительность установки. При этом время эахолаживания ее до температуры, соответствующей 10 повышенному давлению всасывания, резко сокращается. Для получения заданной температуры криостатирования часть криоагента после этого перепускают в . баллон через электромагнитный клапан. 15 Сигнал на открытые этого клапана посту-. пает от блока упращения.После заверше- , ния цикла работ выключают компрессор, криоагент в баллоне хранится при высоком давлении. Клапан, соединякнций бал-20 лон с замкнутым контуром, закрыт. Установка для реализации известного способа из-аа наличия дополнительных элементов (электромагнитные клапаны и др.) реле времени, специального блока управления, датчиков давления и многих линий связи между ними имеет большую массу и нызкую экснлуатацнонную надежность Эксплуатационная надежность также снижается из-ва необходимости хранения в баллоне в работающей и неработающей установке сжатого криоагента с давлением, отличающимся от давления в замкнутом контуре установки.Цель изобретения - снижение массы и повышение эксплуатационной надежности. Поставленная цель достигается тем, что вывод части криовгента из замкнутого контура осуществляют путем его дросселирования в течение всего времени захаюживания до выравнивания давлений в нем и в линии нагнетания компрессора, а после выключения компрессора криоагент. 45 возвращают из баллона в замкнутый контур до выравнивания давления во всех частях установки.На фиг. 1 изображена схема установки, реализующей предлагаемый способ; на .фиг. 2 - дроссель,. через который производят дросселирование газа на входе в баллон, продольный разрез.Устройство содержит замкнутый контур 1, включающий компрессор 2, подключенный линией 3 нагнетания к микрохолодильвику 4, и баллон 5, соединенный с линией 3 нагнетания компрессора линией 6 связи. На линии 6 связи установлен дрос 55 фясель 7, Микрохолодильник 4 имеет кон-такт с охлвждаемым устройством 8 и содержит линию 9 прямого потока, дросселирующее устройство 10 и линию 11обратного потока. Замкнутый контур 1также может включать концевой теплообменник 12 и фильтр 13 тонкой очистки криовгента, установленные на линии 3нагнетания компрессора 2 и усреднительную емкость 14,Дроссепь, согласно данному изобретению, может содержать корпус 15, вкотором выполнено дроссельное устройство в виде отверстия 16. Это дроссельное отверстие 16 частично перекрывается иглой 17, установленной в корпусе15 с помощью винта 18. Положение иглы17 относительно корпуса жестко фиксируется стопорным винтом 19. Корпус 15имеет штуцеры 20 и 21 для входа ивыхода криоагента. Внутренняя полостькорпуса герметиэируется с помощьюкрышки 22,Корйус 15 выполнен иэ материала снебольшим коэффициентом линейного расширения, например стали, а игла 17 вы 11полнена иэ материала с. большим коэф"фициентом линейного расширения, например латуни или. пластмассы.Перед запуском вся установка заполняется криоагентом до усредненного давления; необходимого для обеспечения заданных параметров. При этом в замкнутомконтуре 1 установки и в баллоне 5 устанавливается одинаковое сравнительно невысокое давлениеЭто давление усреднения устанавливаютвыше, чем давление усреднения известнойустановки (например, 3 ати).Давление .усреднения в данной установке .выбирается иэ условия обеспечениядостаточно большой величины всасываниякомпрессора.При включении установки компрессор2 подает сжатый криоагент в линию 3нагнетания через концевой теплообменник12, где криоагент охлаждается окружающей средой, и фильтр 13, где он очищается от посторонних примесей. Криовгент из линиы 3 нагнетания поступает в линию 9 прямого, потока микро-, холодильника 4, где охлаждается. обрат- ,ным потоком, после чего дросселируется в дросселирующем устройстве 10 в линию 11 обратного потока микрохолодильника 4, где он нагревается прямым потоком криоагентв. После выхода из микрохолодильника 4 криоагент через усреднитель8423 Пую емкость 14 подается на всасыввние в компрессор 2. При дросселироввнии криоагента в дросселирующем устройстве 1 О происходит понижение его температуры и захолаживания микрохолодильника 4 и охлвждаемого устройства 8.В течение времени эахолаживвния изза увеличенного давления усреднения в замкнутом контуре 1 установки циркулирует дополнительное количество криоаген о та и имеет место увеличенное давление всасыввния компрессора. Благодаря увеличению давления всвсывания, производительность компрессора и давление нагнетания возрастают. 15Холодопроизводительность установкй пропорциональна расходу криогента через микрохолоаильник и величине давления на входе в него. Поэтому при увеличении последних в течение времени звхолвжи 2 О ввния холодопроизводительность установки возрастает, в результате чего время захолвживвыия уменьшается.В рабочем режиме криовгент, проходя дросселирующее устройство 10, час 25тично ожижается, Жидкая фаза криоагентв омывает охлаждаемое устройство 8, обеспечивая его термостатирование. Температура криостатироввния определяется температурой кипения жидкого криоагента, которая возрастает с увеличением давле. ния. Давление кипения жидкого .криоагента в данной холодильной установке равно давлению всасыввния компрессора. Увеличение давления всасывания может привести к увеличению температуры криостатирования. Чтобы понизить температуру криостатирования необходимо понизить давление всасывания компрессора. Это40 достигается выведением части газа из замкнутого контура 1 установки. В начале захолаживвыия после выхода компрессора ыа режим, в линии нагнетания омпрессора устанавливается высокое давление (например, 250 ати), а в баллоне 545 давление, незначительно отличающееся от усредненного (3 ати). В результате перепада давлений в линии нагнетания компрессора и в баллоне, в течение време 50 ни захолвживвния часть криоагента из линии 3 нагнетания компрессора 2 поступает через дроссель 7 в баллон 5, постепенно заполняя его. Криоагент, заполняя баллон, повышает в нем давление.55Процесс заполнения баллона проистекает до выравнивания давления в нем и в линии 3 нагнетвыия компрессора. Дроссель 7 настраивается таким образом,55 6чтобы процесс заполнения баллона 5 завершался после завершения процесса захолвживания.За счет того, что часть криоагентавыводится из замкнутого контура 1 в баллон 5, количество циркулирующего криоагента в этом контуре 1 уменьшается.При этом уменьшается давление всвсыввния компрессора 2:и, в результате этогов режиме криостатирования обеспечивается необходимая температура криостатироввния охлвждаемого объекта 8,В режиме криостатирования криоагентнаходится в баллоне 5. При давлениинагнетания компрессора 2 давление всасывания компрессора сохраняет неболыцоезначение, такое, чтобы расход и давлениенагнетания компрессора 2 поддерживалисьминимально возможными для поддержаниянеобходимой температуры криоствтироввния, в результате чего компрессор 2работает в облегченном режиме. В даннойустановке давление нагнетания в режимекриостатирования устанавливается науровне 100-130 ати, После завершенияцикла работ компрессор 2 установкивыключают. За счет перетекания криоагента через дросселирующее устройство 10давление в линиях нагнетания компрес.сора и в линии всасыввния выравнивается нв достаточно низком уровне (например, 1,3 вти). Гвз из баллона 5, вкотором он до этого находится под высоким давлением, начинает возвращаться,в замкнутый контур 1, перетекая черездроссель 7. Этот процесс проистекаетдо выравнивания давленийво всех частяхустановки. После этого холодильная устаыовка готова к следующему форсированному запуску.Различные объекты 8 охлаждения могут иметь существеыно отличающиесяохлвждаемые массы и в результате этоговремя их эахолаживания может значительно отличаться друг от друга. Посколькувремя заполнения баллона 5 должно соответствовать времени захолвживания,для обеспечения работоспособности установки при работе ее с различными охлаждвемыми объектами 8, дроссельноеустройство 10 снабжают регулятором егопроходного сечении, для чего его выполняют и виде регулирующего вентиля. Площадь проходного сечения дроссельногоотверстия 16 дросселя 10 изменяют путем перемещения иглы 17 с помощьювиыта 18. Стоорным винтом 19 фиксируют положение иглы 17.формула изобретения30 7 8423Продолжительность вре мени захолаживания установки с объектом охлаждения 8 изменяется в зависимости от температуры окружающей среды. При повышенной температуре время захолаживания больше, а при.пониженной меньше. Для обеспечения равенства времени заполнения баллона 5 с продолжительностью захолаживания при различных температурах окружающей среды, дроссель снабжен дилатометрическим регулятором, представляющим собой совокупность двух элементов с различными коэффициентами линейного расширения. Этими элементами в данной конструкции дроссельного устройства явля ются корпус 15, выполненный из материала с малым коэффициентом линейного расширения, например, стали, и игла 17 из материала с большим коэффициентом линейного расширения, например, латуни. 20 При повышенной температуре окружающей среды за счет разницы в коэффициентах линейного расширения, игла удлиняется на большую величину, чем корпус, в результате чего перекрытие иглой 17 дрос сельного отверстия 15 увеличивается и время заполнения баллона 5 увеличивается, а при пониженной температуре окружающей среды перекрытие уменьшается, обеспечивая более быстрое заполнение баллона 5.Таким образом, данная холодильная установка обеспечивает форсированный выход на рабочий режим только за счет процессов, самопроизвольно проистекаю щих в ней самой, без каких-либо элементов системы регулирования, Кроме того, эта установка обладает универсальностью, т.е. способностью работы ее с различными по величине охлаждаемой массы охлаждаемыми объектами и самоподстройкой для отслеживания температуры окружающей среды. Поскольку все указанные преимущества обеспечиваются введением сравнительыо простого устройства - дросселя, 45 отпадает необходимость в тяжелой, дорогостоящей и приводящей к снижению надежности системе управления работой установки. В результате этого вес и стоимость установки снижаются, а эксплуатационная 50 надежность при этом повышается.Повышение эксплуатационной надежности также достигается тем, что в режиме криостатирования компрессор работает 55 8с пониженным давлением нагнетания, что приводит к уменьшению нагрузки на все его элементы и возрастанию ресурса.Надежность работы холодильной установки в значительной степени определяется забиваем остью дросселирующего устройства микрохолодильника. С увеличением площади проходного сечения отверстия этого дросселирующего устройства забиваемость его уменьшается,В данной установке за счет снижения в режиме криостатирования давления нагнетания компрессора, являющегося давлением входа в микрохолодильник,.оптимальная величина площади проходного сечения отверстия дросселирующего устройства микрохолодильника может быть значительно увеличено. В результате этого снижается его забиваемость и повышается эксплуатационная надежность установки в целом.Использование изобретения позволяет снизить массу, габариты и энергопотребление по сравнению с известными способами на 20-30% и существенно повысить при этом эксплуатационную надежность. Способ работы криогенной установкипутем ее захолаживания, криостатированияобъекта охлаждения и вывода части криоагента из замкнутого контура установкиперепуском из линии нагнетания компрессора в баллон, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью снижения массы иповышения эксплуатационной надежности,вывод части криоагента из замкнутогоконтура бсуществляют путем его дросселирования в течение всего времени захолаживания до выравнивания давлений внем и в линии нагнетания компрессора,а после выключения компрессора крио,агент возвращают из баллона в замкнутый контур до выравнивания давления вовсех частях установки.ЪИсточники информациипринятые во внимание при экспертизе1. Хадсон Р. Инфракрасные системыМ "Мир", 1972, с. 306 309,2. Грезин А. К. и Зиновьев В. С,Микрокриогенная техника. М., "Машиностроение", 1977, с, 96.842355ф иа.2Составитель Ю. Килимникактор Е. Папп Техред А. Ач Корректор Л. Иван каз 5026/37 Тираж 566 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий 13,3035, Москва, Ж, Раушская наб., д.филиал ППП фПатент, г. Ужгород. ул. Проектная, 4