Изучение конструкции и испытание газовой криогенной машины ЗИФ-1000

Цель работы: изучить особенности конструкции машины. Определить действительную холодопроизводительность и потребляемую мощность серийной ГКМ при различных рабочих параметрах. Провести расчет ГКМ.

Время: 6 часов.

Методические указания:

1. В начале занятия напомнить студентам правила техники безопасности.

2. В течении первых двух часов необходимо ознакомиться с конструкцией машины;а течении последующих четырех часов изучить методику испытания, произвести испытание и обработать полученные результаты.

1. Устройство и принцип действия машины

   1. Техническая характеристика.

Тип машины - поршневая холодильно-газовая машина с вытеснителем.

Холодопроизводительность по жидкому азоту на температурном уровне -195,8С – 1160 Вт

Используемый криогент – гелий технический МРТУ 51-77-66

Количество гелия в машине – около 30 г.

Тип компрессора – поршневой, вертикальный, двухкривошипный с вытеснителем, бесклапанный, с замкнутым циклом

Диаметр цилиндра – 101,6 мм

Ход поршня – 52мм

Диаметр вытеснителя (по гильзе холодильника) – 70мм

Ход вытеснителя – 30мм

Ход смещения кривошипов - 70 (опережает вытеснитель)

Система смазки – принудительная под давлением и разбрызгиванием

Рабочее масло – турбинное масло 22П ГОСТ32-53 или турбинное масло ТСП-22 МРТУ 12Н 18-63

Заправочная емкость масляной системы – 1,25 л

Система охлаждения – жидкостная под давлением

Расход охлаждающей жидкости – не менее 1 м3 ч

Привод компрессора – непосредственный от трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

Мощность электродвигателя – 17кВт

Число оборотов электродвигателя и компрессора – 1460 об \мин.

Питание электродвигателя – трехфазная четырехпроводная сеть частотой 50 Гц, напряжением 320 В

Холодопроизводительность машины установлена при следующих условиях и испытаниях:

Рабочее давление гелия в компрессоре 2,5 МПа

Расход охлаждающей жидкости не менее 1м3.ч

Температура охлаждающей жидкости +15С

Температура наружного воздуха +20С

Барометрическое давление окружающей среды 760 мм.рт.ст.

2. Назначение, состав и принцип действия машины

криогенная машина представляет собой малогабаритную установку для получения холода и предназначена для ожижения газов, температура конденсации которых не ниже -200С. Ожижаемый газ не подвергается в машине сжатию и не вступает в контакт с маслом, поэтому жидкий продукт остается чистым.

В состав машины входят следующие основные элементы:

А) компрессор с ожижителем и электродвигателем 18 (рис.1)

Б) пусковой баллон 5 с трубопроводом.

В) щит управлением 11

Г) щит приборный 16

Д) водяной фильтр 9 для очистки охлаждающей жидкости

Е) осушитель газа 3

Ж) водоструйный насос 10

В криогенной машине сочетаются в одном агрегате компрессор, холодильник, регенератор, ожижитель, смонтированные вместе с электродвигателем на общей плите.

Корпус 16 (рис.2) – закрытого типа и заполнен рабочим телом – криоагентом. В качестве криоагента применен гелий, обладающий более низкой температурой конденсации чем газы, для которых предназначена машина. Кроме того, гелий является инертным газом, что обеспечивает безопасность использования машины.

Процесс ожижения газов осуществляется в ожижителе (рис.6) в результате непосредственного соприкосновения ожижаемого газа с холодной поверхностью стенок корпуса теплообменника 21. Холод, необходимый для ожижения газов, получается в верхней части компрессора, примыкающей к теплообменнику ожижителя, за счет периодического расширения гелия в этой полости.

Процесс получения холода основан на принципе понижения температуры предварительно сжатого и охлажденного в холодильнике и регенераторе гелия при его расширении. Путем многократного повторения циклов сжатия и расширения температура гелия достигает -200С. Полученный холод передается ожижаемому газу через стенки корпуса теплообменника. Ожиженный газ стекает по трубопроводу 10 (рис.6) ожижителя.

Таким образом в машине происходят сразу 2 процесса: процесс получения холода – внутренний процесс и процесс ожижения газов – внешний процесс.

Холодильный цикл осуществляется только при правом вращении коленчатого вала. Направление вращения указано стрелкой на кожухе. Запуск машины в противоположном направлении приводит к изменению направления переноса тепла в машине, т.е к очень сильному перегреву (до +500+600) теплообменника в ожижителе и верхней части регенератора, что приводит к выходу машины из строя.

Наблюдающееся иногда самопроизвольное вращение машины в обратном направлении в течении 1-2 минут при выключенном питании электродвигателя особой опасности не представляет, так как обусловлено нормальной разности температур. В этом случае после прогрева ожижителя до комнатной температуры вращение машины прекращается и в дальнейшем разогрев не происходит. Однако, это явление свидетельствует о необходимости чистки деталей обратного клапана с целью устранения заедания штока.

Работа машины автоматически контролируется приборами управления по следующим параметрам:

Расход охлаждающей жидкости в системе охлаждения

Давление масла в системе смазки

Рабочее давление гелия в машине

При выходе любого из этих параметров за допустимые пределы машина автоматически останавливается.