Каскадные установки

В.В.Шишов, главный инженер Группы компаний "Фармина"
(см. журнал "Холодильная техника" №10, 2012 г.)

В последнее время проявляется повышенный интерес к климатическим камерам (КК) для охлаждения воздуха до –80°С, которые комплектуются двухкаскадными холодильными установками (ХУ) с разными хладагентами (ХА) в каждом каскаде: верхний каскад - например, с традиционным R404А, а нижний – например, R23 высокого давления. Каскады объединены теплообменником, являющимся конденсатором для нижнего и испарителем для верхнего каскада.

Трехкаскадный цикл (ХА: R14/R23/R404A, температура кипения в нижнем каскаде –120°С) позволяет охлаждать воздух в КК до –110°С (например, для проведения криотерапии) с помощью полугерметичных компрессоров (КМ) компании Bock (общая подводимая мощность 25 кВт при холодопроизводительности в нижнем каскаде 5 кВт).

Поршневые КМ Bock, работающие на R23, заправляются маслом с низкой вязкостью - Reniso Triton SEZ 22 или SEZ 32 с температурой застывания -60°C и -48°С, соответственно. КМ Bock серии HAX (объемная производительность 13...122 м3/ч) имеют интегрированный в конструкцию внешний вентилятор обдува, всасывание ХА осуществляется непосредственно в цилиндры, что снижает температуру нагнетания и увеличивает холодопроизводительность. Недопустимо превышение максимальной температуры нагнетания 140°С.

Сложности при проектировании каскадных ХУ заключаются в организации точного регулирования холодопроизводительности, изменения температуры. Кроме того, почти все заказчики требуют обеспечить быстрый выход ХУ на рабочий режим.

Примером КК может служить испытательная камера, разработанная ЗАО "ХОЛОДХИММАШ" (г. Москва). Температура в камере +70°С...-65°С при относительной влажности ф до 98 %; автоматическое подержание заданной температуры с шагом 1 К. Объем камеры 157,5 м3 (7,5 х 5,0 х 4,2 м); теплоизоляция – 200 мм ППУ; максимальная масса объекта испытаний 2500 кг; продолжительность непрерывных испытаний после выхода на режим - до 21 суток. Подробнее: http://www.farmina.ru/photogal.php?id_menu=61.

Отличительной особенностью ХУ служит наличие трехконтурного воздухоохладителя, расположенного в КК, благодаря которому обеспечивается возможность точного поддержания заданного температурного режима в КК с точностью ± 2 К в соответствии с техническим заданием. При достижении заданной температуры воздуха ХУ автоматически переходит в режим работы с байпасированием. Такое решение позволяет обеспечить минимальное количество пусков - остановов КМ и избежать скачков температуры при переходных режимах работы. Работа ХУ полностью автоматизирована и не требует присутствия оператора.

Отдельной задачей проекта является поддержание равномерности параметров воздуха по всему объему КК. Особенное внимание уделено системе увлажнения воздуха, поскольку при значениях относительной влажности, близких к 100 %, велика вероятность выпадения конденсата на стенах, полу и потолке КК. По результатам расчетов принято решение использовать комбинированную систему увлажнения: пароувлажнитель + увлажнитель форсуночного типа. Для равномерного прогрева стен и распределения влаги используется система приточно - вытяжной вентиляции с замкнутым контуром и разветвленной системой воздуховодов в объеме КК.