Каскадные установки

В.В. Шишов, главный инженер Группы компаний "Фармина",
(см. журнал "Холодильная техника" №9, 2009 г.)

Жизнь показывает, что интерес к климатическим камерам взаимосвязан с ростом промышленного производства. С 2003 года наблюдается возрождение спроса на такие установки, которые обычно комплектуются низкотемпературными двухкаскадными холодильными машинами (для охлаждения до -80°С) с разными хладагентами и одинаковыми степенями сжатия в каждом каскаде. Верхний каскад является традиционной холодильной установкой с обычным хладагентом (например, R404А), а в нижнем каскаде применяется хладагент высокого давления (например, R23).

Межкаскадный теплообменник является конденсатором для нижнего и испарителем для верхнего каскада.

Для охлаждения до температур порядка -120°С (например, установки для криотерапии) используются машины из трех холодильных контуров с различными хладагентами. Для проведения криотерапии специальная холодильная камера размерами 4,2 х 2,4 х 2,5 м и теплоизоляцией стен 200 мм пенополиуретана охлаждается от температуры окружающей среды до -110°С с помощью трехкаскадного цикла с помощью трех полугерметичных компрессоров НАХ 4 компании Bock (хладагенты: R14/R23/R404A; температура кипения в нижнем каскаде –120°С; холодопроизводительность 5 кВт; общая подводимая мощность 25кВт).

При температурах кипения ниже -40°С каскадная холодильная машина выгоднее многоступенчатой: ее размеры и масса меньше, а ресурс, надежность, холодильный коэффициент выше. Так холодильный коэффициент нижнего каскада на R23 равен 2,3 [при температуре кипения -70°С и температуре конденсации -25°С (Δt = 45K)]. Это обусловлено тем, что в нижних каскадах холодильных машин из-за высокого давления всасывания и малого удельного объема всасываемого пара габариты и масса компрессора (КМ) меньше. Также значительно меньше степень сжатия, благодаря чему снижается термическая нагрузка на масло и механическая нагрузка на узлы трения, что увеличивает надежность и ресурс работы КМ.

В нижних каскадах низкотемпературных каскадных установок могут работать поршневые КМ Bock и Bitzer. КМ Bitzer, работающие на R23, заправляются маслом малой вязкости Bitzer BSE32. Компания Bock предлагает для каскада с R23 КМ серии HAX*, которые в этом случае заправляются маслом Reniso Triton SEZ 22 или Reniso Triton SEZ 32 (температура застывания -60°C и -48°С соответственно). КМ Bock серии HAX имеют интегрированный в конструкцию внешний вентилятор обдува, а всасывание хладагента осуществляется непосредственно в цилиндры, что снижает температуру нагнетания и увеличивает холодопроизводительность. Объемная производительность этих компрессоров 13...122 м³/ч.

Минимально необходимая величина расширительной емкости для агента высокого давления каскадной машины определяется из требования, чтобы после остановки и отепления всех частей машины холодильные аппараты находились под наивысшим допустимым давлением. Приближенно

Vmin ≈ M‧v, м³ ,

где M – количество хладагента в нижнем каскаде, кг;

v – удельный объем пара при стоянке машины при наивысшей температуре окружающей среды и допустимом давлении, м³/кг.

Поэтому Bitzer рекомендует для каскада на R23 устанавливать на линии всасывания дополнительный расширительный ресивер объемом 16,37 л на 1 кг хладагента (t = 32°С, p = 19 абс.бар).

*См. статью в журнале "Холодильная техника" №6/2007 г., размещенную также на странице главного инженера на сайте www.farmina.ru.