СПОСОБ РАБОТЫ ДРОССЕЛЬНОЙ МИКРОКРИОГЕННОЙ СИСТЕМЫ С РАСШИРЕННЫМИ ФУНКЦИОНАЛЬНЫМИ ВОЗМОЖНОСТЯМИ
METHOD OF OPERATING THROTTLING MICROCRYOGENIC SYSTEM WITH EXPANDED FUNCTIONAL CAPABILITIES

Изобретение относится к холодильной технике, а более конкретно - к технике получения криогенных температур в дроссельных микрокриогенных системах, устанавливаемых на транспортных средствах различного назначения.
Известен способ работы дроссельной микрокриогенной системы, содержащей баллон с запасом криоагента и пневматически присоединенный к нему, через запорный элемент, дроссельный микрохолодильник с объектом криостатирования, включающий процессы предварительной зарядки баллона сжатым криоагентом, подачу сжатого криоагента из баллона в трубопровод, а затем в дроссельный микрохолодильник, расширение сжатого криоагента в дроссельном микрохолодильнике с последующим охлаждением объекта криостатирования (см. авт.св. СССР №1041829, МКИ F25B 9/02, опубл. 15.09.1983 г.).
Недостатком такого способа работы дроссельной микрокриогенной системы является отсутствие возможности длительного криостатирования объекта, что обусловливает, для этой цели, необходимость в существенном увеличении запаса криоагента в баллоне, и следовательно, существенное увеличение массы и габаритов таких систем. Кроме того, недостатком является также отсутствие возможности кратковременной работы дроссельного микрохолодильника с объектом криостатирования в автономном режиме, в случае необходимости его отстыковки от системы.
Известен способ работы дроссельной микрокриогенной системы, содержащей циркуляционный контур, в котором, по ходу движения криоагента, последовательно включены: компрессор, трубопровод высокого давления, дроссельный микрохолодильник с объектом криостатирования, емкость низкого давления и трубопровод низкого давления, включающий процессы сжатия криоагента в компрессоре, расширение сжатого криоагента в дроссельном микрохолодильнике с последующим охлаждением объекта криостатирования, подачу паров криоагента на всасывание в компрессор через трубопровод низкого давления и емкость низкого давления (см. Особенности пускового периода замкнутых дроссельных систем. / Грезин А.К., Зиновьев B.C. // Микрокриогенная техника. - М., 1977, с.94-97).
Недостатком такого способа работы дроссельной микрокриогенной системы является длительность выхода дроссельного микрохолодильника на режим криостатирования объекта и отсутствие возможности кратковременной работы дроссельного микрохолодильника с объектом криостатирования в автономном режиме, в случае необходимости его отстыковки от системы.
Этих недостатков частично лишен способ работы микрокриогенной системы, содержащей циркуляционный контур, в котором последовательно по ходу движения криоагента, пневматически соединены: компрессор с числом ступеней сжатия более одной; трубопровод высокого давления; дроссельный микрохолодильник с объектом криостатирования; трубопровод низкого давления и устройство форсированного пуска, выполненное в виде емкости промежуточного давления; линий связи с трубопроводом низкого давления и с линией нагнетания какой-либо ступени сжатия компрессора; автоматически управляемого переключателя указанных линий связи с емкостью промежуточного давления (см. авт.св. СССР №974065, МКИ F25B 9/02, опубл. 15.11.1982 г.).
Способ работы известной дроссельной микрокриогенной системы содержит форсированный пусковой режим работы, включающий пуск компрессора с одновременным увеличением количества криоагента в циркуляционном контуре путем его пневматического присоединения к емкости промежуточного давления со сжатым криоагентом, сжатие криоагента в компрессоре и его расширение в дроссельном микрохолодильнике с последующим охлаждением объекта криостатирования, переходной режим работы, состоящий из уменьшения в циркуляционном контуре количества криоагента путем его частичной подачи компрессором в емкость промежуточного давления, сжатие криоагента в компрессоре и его расширение в дроссельном микрохолодильнике с плавным или ступенчатым понижением температуры криостатирования до значения, близкого к расчетному, и стационарный режим работы, включающий сжатие криоагента в компрессоре до расчетного значения, его расширение в дроссельном микрохолодильнике с последующим криостатированием объекта на расчетном температурном уровне.
Недостатком такого способа работы дроссельной микрокриогенной системы является отсутствие возможности кратковременной работы дроссельного микрохолодильника с объектом криостатирования в автономном режиме, в случае необходимости его отстыковки от системы. Этот недостаток существенно сужает область применения дроссельных микрокриогенных систем.
Цель изобретения - обеспечить способность кратковременной работы дроссельного микрохолодильника с объектом криостатирования в автономном режиме, в случае его отстыковки от системы, а также поддерживать расчетную длительность форсированного пускового режима работы системы независимо от числа последующих состыковок.
Поставленная цель достигается тем, что известный способ работы дроссельной микрокриогенной системы дополнительно содержит процесс пневматического отсоединения дроссельного микрохолодильника с объектом криостатирования от циркуляционного контура, при этом последний герметизируется от окружающей среды, а компрессор отключается; процесс пневматического присоединения входа дроссельного микрохолодильника к емкости со сжатым криоагентом, а также процесс пополнения криоагентом емкости промежуточного давления, путем ее пневматического подключения к баллону с запасом криоагента.
На рисунке изображена схема дроссельной микрокриогенной системы для реализации предлагаемого способа.
Установка содержит циркуляционный контур, в котором последовательно, по ходу движения криоагента, включены: компрессор 1; трубопровод высокого давления 2, гидравлически соединенный с линией нагнетания компрессора; быстродействующий пневморазъем высокого давления 3, снабженный обратными клапанами; дроссельный микрохолодильник 4, с объектом криостатирования 20 и датчиком температуры 19; быстродействующий пневморазъем низкого давления 5, снабженный обратным клапаном; трубопровод низкого давления 6, гидравлически подключенный к линии всасывания компрессора.
К входу дроссельного микрохолодильника 4 с объектом криостатирования 20, после быстродействующего пневморазъема высокого давления 3, через электромагнитный клапан 7, подключена емкость 8, заполненная криоагентом.
Линия нагнетания первой ступени компрессора, через пневматический переключатель линий связи 9 и линию связи 10, соединяется с емкостью промежуточного давления 12. Емкость 12 гидравлически подключена через дроссель 13 и электромагнитный клапан 14 к баллону 15, заполненному криоагентом. Линия связи 11 гидравлически соединяет трубопровод низкого давления 6 с емкостью низкого давления 12, через пневматический переключатель линий связи 9.
Кроме этого к трубопроводу низкого давления 6 гидравлически присоединен датчик низкого давления 16, а к трубопроводу высокого давления 2 - датчик высокого давления 17. Датчики 16 и 17 электрически присоединены к блоку управления 18. К этому же блоку 18 электрически присоединен датчик температур 19. Управление работой переключателя 9 осуществляется также с помощью блока управления 18, путем подключения переключателя к выходному сигналу с этого блока.
Работа дроссельной микрокриогенной системы осуществляется следующим образом.
В пусковой период одновременно с компрессором 1 включается блок управления 18, а именно реле времени, находящееся в этом блоке. Реле времени подает сигнал переключателю 9, который гидравлически подключает емкость промежуточного давления 12 к трубопроводу низкого давления 6, через линии связи 10 и 11. При этом происходит повышение давления криоагента на всасывании компрессора 1. В результате его массовая производительность увеличивается, что сопровождается уменьшением длительности достижения объектом температуры криостатирования. Причем, если в пусковой период давление криоагента на всасывании компрессора будет ниже расчетного, то блок управления 18, по сигналу датчика давления 16, откроет электромагнитный клапан 14 и циркуляционный контур дроссельной микрокриогенной системы пополнится криоагентом из баллона 15. При достижении расчетного давления криоагента на всасывании компрессора 1 блок управления 18, по сигналу датчика низкого давления 16, закроет электромагнитный клапан 14. Этот процесс может повторяться неоднократно.
По истечении расчетного временного интервала пускового периода или по достижению расчетной величины промежуточной температуры, блок управления 18 подает команду на перекрытие линии связи 11, то есть отключение емкости промежуточного давления 12 от трубопровода низкого давления 6. При этом, так же по сигналу блока управления 18, линия связи 10 соединяется с линией нагнетания первой ступени компрессора 1, с целью сброса избыточного криоагента в емкость промежуточного давления 12. Вследствие переключений давление на всасывании компрессора 1, а следовательно, и на выходе дроссельного микрохолодильника 4 будет уменьшаться, соответственно будет понижаться температура криостатирования. При достижении расчетного значения температуры криостатирования (по сигналу датчика температуры 19) блок управления 18 подает команду на отсоединение емкости промежуточного давления 12 от линии нагнетания первой ступени компрессора 1. При этом система переходит на стационарный режим работы.
При работе на этом режиме, в случае превышения давления над расчетным в трубопроводе высокого давления 2 или в трубопроводе низкого давления 6, блок управления 18 с помощью переключателя 9 перепускает криоагент из циркуляционного контура в емкость промежуточного давления 12. В противоположном случае при снижении давления в трубопроводах 2 и 6 криоагент перепускается из емкости 12 в циркуляционный контур. Эта процедура при работе в стационарном режиме может повторяться неоднократно.
В случае появления необходимости работы дроссельного микрохолодильника 4 с объектом криостатирования в автономном режиме, быстродействующие пневморазъемы 3 и 5 по команде от другого блока управления отсоединяют дроссельный микрохолодильник 4 с объектом криостатирования от циркуляционного контура, одновременно останавливается компрессор 1, и открывается электромагнитный клапан 7. В результате криоагент из емкости 8 подается на вход дроссельного микрохолодильника 4, криоагент отводится из него в окружающую среду, а температура криостатирования изменяется в расчетных пределах, и как правило, она обычно понижается.
Длительность работы дроссельного микрохолодильника в автономном режиме определяется обычно размерами емкости 8, давлением в ней криоагента и назначением объекта, на котором установлен дроссельный микрохолодильник.
Использование данного способа работы дроссельной микрокриогенной системы позволяет обеспечить кратковременную работу дроссельного микрохолодильника с объектом криостатирования в автономном режиме, в случае его отстыковки от системы, а также поддерживать расчетную длительность форсированного пускового режима работы системы независимо от числа последующих состыковок.