ДРОССЕЛЬНАЯ МИКРОКРИОГЕННАЯ СИСТЕМА С РАСШИРЕННЫМИ ФУНКЦИОНАЛЬНЫМИ ВОЗМОЖНОСТЯМИ
THROTTLE MICROCRYOGENIC SYSTEM WITH EXPANDED FUNCTIONAL CAPABILITIES

Изобретение относится к криогенной технике, а более конкретно - к дроссельным микрокриогенным системам, устанавливаемым на транспортных средствах различного назначения.
Известна дроссельная микрокриогенная система, содержащая баллон с запасом криоагента и пневматически присоединенный к нему, через запорный элемент, дроссельный микрохолодильник с объектом криостатирования (см. а.с. 1041829 СССР, МКИ F25B 9/02, опубл. 15.09.1983 г.).
Недостатком этой дроссельной микрокриогенной системы является непродолжительный период ее работы. Для увеличения длительности ее работы приходится увеличивать запас криоагента, что, естественно, существенно увеличивает массу и габариты 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.
Известна дроссельная микрокриогенная система, содержащая циркуляционный контур, в котором по ходу криоагента последовательно включены: компрессор, трубопровод, дроссельный микрохолодильник с объектом криостатирования, емкость низкого давления и трубопровод низкого давления (см. Особенности пускового периода замкнутых дроссельных систем. / Грезин А.К., Зиновьев B.C. // Микрокриогенная техника. - М., 1977, с.94-97).
Недостатками этой системы является длительный выход на режим криостатирования дроссельного микрохолодильника с объектом криостатирования и отсутствие возможности его кратковременной работы в автономном режиме в случае необходимости отстыковки от системы.
Эти недостатки частично устранены в дроссельной микрокриогенной системе, 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. а.с. 974065 СССР, МКИ F25В 9/02, опубл. 15.11.1982 г.).
Недостатком указанной дроссельной микрокриогенной системы является отсутствие возможности кратковременной работы дроссельного микрохолодильника с объектом охлаждения в автономном режиме. Этот недостаток существенно сужает область применения замкнутых дроссельных микрокриогенных систем.
Технической задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является разработка дроссельной микрокриогенной системы, обеспечивающей длительный режим криостатирования объекта на транспортном средстве, например, на летательном аппарате, а также имеющей возможность многократной отстыковки дроссельного микрохолодильника с объектом охлаждения, с кратковременным криостатированием последнего, например, при полете боевой ракеты.
Для решения указанной технической задачи известная дроссельная микрокриогенная система, содержащая циркуляционный контур, в котором по ходу движения криоагента последовательно включены: компрессор с числом ступеней сжатия больше одной; трубопровод высокого давления; дроссельный микрохолодильник с объектом криостатирования; трубопровод низкого давления и устройство форсированного пуска, выполненное в виде емкости промежуточного давления, линий связи этой емкости с каналом нагнетания какой-либо ступени сжатия и трубопроводом низкого давления.
Согласно изобретению для обеспечения работоспособности дроссельного микрохолодильника с объектом криостатирования в автономном режиме и сохранения в работоспособном состоянии циркуляционного контура дроссельный микрохолодильник с объектом криостатирования присоединен к циркуляционному контуру посредством быстродействующих пневморазъемов высокого и низкого давления, снабженных обратными клапанами, а вход дроссельного микрохолодильника с объектом криостатирования пневматически соединен через электромагнитный клапан с емкостью, заполненной криоагентом высокого давления. Кроме этого, к емкости промежуточного давления устройства форсированного запуска через дроссель и электромагнитный клапан подключен баллон, заполненный криоагентом.
Введение быстродействующих пневморазъемов высокого и низкого давления с обратными клапанами обеспечивает быстрое и герметичное отсоединение дроссельного микрохолодильника с объектом криостатирования от циркуляционного контура. Подключение емкости со сжатым криоагентом через электромагнитный клапан к входу дроссельного микрохолодильника с объектом криостатирования позволяет ему работать в автономном режиме, без повышения температуры криостатирования объекта (т.е. заданная температура криостатирования в автономном режиме обеспечивается за счет расхода сжатого криоагента, размещенного в емкости).
Подключение к емкости промежуточного давления дополнительного баллона с запасом криоагента через электромагнитный клапан и дроссель позволяет многократно пополнять криоагентом циркуляционный контур, что исключает влияние числа подключений микрохолодильников на длительность пускового периода и работоспособность в стационарном режиме. Кроме этого, исключается необходимость в каком-либо дополнительном обслуживании дроссельной микрокриогенной системы.
Введение в состав дроссельной микрокриогенной системы дополнительных элементов, перечисленных выше, существенно расширяет ее область применения.
На чертеже схематично изображена предлагаемая дроссельная микрокриогенная система.
Она 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 1.
К входу дроссельного микрохолодильника 4 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.
Дроссельная микрокриогенная система перед ее запуском находится в следующем состоянии.
Дроссельный микрохолодильник 4 включен посредством быстродействующих пневморазъемов 3 и 5 в циркуляционный контур, причем к его входу через электромагнитный клапан 7 присоединена емкость 8, заполненная криоагентом высокого давления. В дроссельном микрохолодильнике, в зоне криостатирования, размещены: объект криостатирования 20 и датчик температуры 19.
Циркуляционный контур дроссельной микрокриогенной системы заполнен криоагентом, находящимся под давлением, близким к атмосферному.
Емкость промежуточного давления 12 заполнена криоагентом с давлением в интервале 0,4…0,8 МПа. Эта емкость переключателем 9 отсоединена от компрессора и трубопровода низкого давления 6. Также емкость 12 через дроссель 13 и закрытый электромагнитный клапан 14 гидравлически присоединена к баллону 15, заполненному криоагентом под давлением выше 0,4 МПа.
Блок управления 18 подключен к источнику электропитания. К этому блоку подключены электрические линии от датчиков давления 16, 17 и датчика температуры 19. Выходной сигнал блока управления 18 по электрическим линиям также соединен с исполнительным устройством переключателя 9.
Работа дроссельной микрокриогенной системы осуществляется следующим образом.
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 также 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 объекта охлаждения 20 (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.