ТермоФаг
 
Звоните нам бесплатно My status Skype Главная Информация Статьи
Другие полезные статьи
Легких каскадов не бывает

Вступление

Эта статья рассказывает о работе, которой я занимался в течение последнего года. Работа, как мне в начале казалась, простая и легкая. Но… Не все так просто, как кажется на первый взгляд.

После того, как я сделал несколько обычных фреоновых установок, мне захотелось большего. Серьезных минусовых температур. Хотелось увидеть на термометре заветную цифру -100. Такие температуры (кроме жидкого азота) может обеспечить только каскадная машина. Вот о такой машине я и хочу рассказать.

Теория

Для начала вкратце вспомним принцип действия обычной Single Stage(SS) фреонки - холодильной машине на одном компрессоре.

Компрессор сжимает рабочее тело (фреон). Фреон при этом нагревается. В таком виде он поступает в конденсатор, где охлаждается до температур +30 - +45 градусов. В зависимости от температуры воздуха и величины конденсатора. Фреон при таком давлении и температуре начинает конденсироваться. Дальше, через дроссель (устройство с высоким гидравлическим сопротивлением) поступает в испаритель. В испарителе хладагент кипит (испаряется) при пониженном давлении и низкой температуре. Необходимая для кипения теплота отнимается от охлаждаемого тела, вследствие чего его температура понижается (вплоть до температуры кипения хладагента). Пары по всасывающей трубке возвращаются в компрессор.

В таких машинах используется фреон с температурами кипения не ниже -60 градусов. Самый «злой» фреон - R410 с температурой кипения при атмосферном давлении -51,6. Для его конденсации при +35 понадобится давление 21,3 атм. Компрессор же может обеспечить разность давлений только 15-25 атм. Поэтому R410 практически предел для одноконтурной системы.

Но для серьезного оверклокинга хочется более низких температур. Такая же машина не может обеспечить температуру ниже -60 градусов Цельсия при требуемой хладопроизводительности. А хочется. Хочется большего. Как быть?

Если взять фреон с более низкой температурой кипения (ниже -60), например, фреон R23 с температурой кипения -82,1 при атмосферном давлении, то для того, чтобы сконденсировать его при тех же +35, нужно будет создать давление 60,3 атм. На такие давления обычный компрессор не рассчитан. Как уменьшить давление конденсации? Ответ прост - снизить температуру конденсации. Для этого придется охлаждать конденсатор первой фреонки еще одной фреонкой.

При температуре -25 для конденсации того же R23 потребуется создать давление порядка 12-ти атм. Что вполне реально. И на испарителе низкотемпературного контура мы получаем -82 градуса по Цельсию. Рассмотрим принцип работы такой машины.

Схема 1. Каскадная машина

Цитата из учебника: «Простейшая каскадная машина (схема 1) состоит из двух одноступенчатых машин, называемых верхней и нижней ветвью каскада. Нижняя ветвь каскада отнимает тепло у потребителя холода и работает на агенте высокого давления, а верхняя, работающая на агенте, применяемом для умеренных температур, охлаждает конденсатор нижней ветви»

А теперь подробнее. Верхняя (по температурной шкале) ступень каскада состоит из компрессора, конденсатора, ресивера, смотрового стекла, фильтра, ТРВ и испарителя-конденсатора. Испаритель верхней ступени и конденсатор нижней объединяют в одно устройство – теплообменник. Назначение компрессора и конденсатора мы рассматривать не будем. Оно изложено выше. Идем дальше – ресивер.

Ресивер - сосуд для хранения жидкого рабочего тела под высоким давлением перед подачей его к устройству понижения давления. Предназначен для хранения основного запаса рабочего тела (фреона) и излишков рабочего тела, выведенных из области конденсации, низкого давления и обратного потока в связи с изменением режима работы установки.

Заумно и непонятно? Можно проще. Ресивер необходим для стабильной работы ТРВ. Для того, чтобы ТРВ работал нормально, необходимо подавать ему на вход жидкий хладагент, не содержащий паров. А запас этого жидкого хладагента и обеспечивает ресивер.

Проконтролировать то, что на ТРВ поступает жидкость без пузырьков газа можно через смотровое стекло.

Так же смотровое стекло ставится на магистраль, возвращающую масло в компрессор после маслоотделителя нижнего контура. Подробнее об этом скажем в описании работы нижней ступени. В середине смотрового стекла имеется индикатор влажности. По его цвету можно судить о наличии (или отсутствии) влаги в системе. Особо доверять этим индикаторам не следует, всё, кроме "очень влажно", - они показывают условно.

Терморегулирующий вентиль (ТРВ) является наиболее распространенным устройством регулирования подачи хладагента в испарители холодильных установок. ТРВ представляет из себя устройство с высоким гидравлическим сопротивлением, способное менять свое проходное сечение и, таким образом, регулировать количество поступающего в систему хладагента и его давление.

В этом случае используется ТРВ с термобаллоном. Помимо пружины, в нем на иглу действует сила, создаваемая давлением паров в термобаллоне, которая зависит от температуры баллона. Разместив баллон на выходе испарителя можно получить постоянную степень перегрева рабочего тела. И у нас не будет ни перелива хладагента в испаритель, ни его недостатка при резком повышении нагрузки.

Теплообменник (ТО). Это устройство является испарителем верхней и конденсатором нижней ступени каскада одновременно.

Теперь рассмотрим нижнюю ступень каскада. Компрессор сжимает низкотемпературный фреон, который поступает в предохладитель. Предохладитель представляет из себя обычный конденсатор небольшой мощности. Служит для предварительного охлаждения паров фреона, перед поступлением их в теплообменник. Он снижает нагрузку на верхнюю ступень каскада. Охлажденные пары фреона поступают в маслоотделитель.

Маслоотделитель отделяет масло от фреона. Изначально масло находится в компрессоре. Во время работы компрессора масло разбрызгивается внутри него и смазывает детали компрессора. Естественно мелкие капли масла смешиваются с парами фреона и циркулируют по контуру системы. Но это допустимо при температурах до -60. При более низких температурах масло замерзает и нарушает работу дросселирующего элемента. Забивает его. Система перестает работать. Для предотвращения этого и служит маслоотделитель. Конструкция маслоотделителя будет рассмотрена ниже.

После маслоотделителя поток разделяется на две магистрали – линию возврата масла в компрессор и поток паров фреона, идущих в теплообменник.

На линию возврата масла ставится смотровое стекло и вентиль. С помощью вентиля масло, скопившееся в маслоотделителе, сливается обратно в компрессор. А контролировать этот процесс можно по смотровому стеклу. Для уменьшения скачков давления в системе в магистраль лучше впаять кусок капиллярной трубки.

А теперь про линию, идущую в теплообменник. В ТО пары конденсируются и поступают через фильтр на дроссель. Теплообменник можно изготовить самостоятельно, или приобрести готовый.

После ТО фреон поступает в дроссель, а затем в испаритель, где хладагент кипит (испаряется) при пониженном давлении. Необходимая для кипения теплота отнимается от охлаждаемого объекта. После чего пары фреона возвращаются в компрессор.

В качестве дросселя нижней ступени обычно используется CPEV. Это регулятор давления, он поддерживает заданный перепад давлений. Позволяет автоматически контролировать температуру испарения, при условии постоянной температуры конденсации. Должен работать по давлению всасывания, при понижении - открываться, при повышении - закрываться.

Вот так, все вроде просто и понятно. Так поначалу показалось и мне. Было даже удивительно, почему у российских оверклокеров каскадные машины можно пересчитать по пальцам одной руки. Очень захотелось самому построить подобную машину.

Так как русскоязычной информации на эту тему крайне мало, а зарубежные специалисты предпочитают на страницах форумов размещать в основном красивые и увесистые фотографии, я решил обратиться за помощью к нашему, российскому эксперту. Вы его прекрасно знаете по конференции. Он курирует все темы, связанные с системами охлаждения на фазовом переходе. Его ник - Boud. Этот замечательный человек откликнулся и оказал мне неоценимую помощь. И не только как консультант.

Но, хватит слов, пора переходить к делу.

Подбор комплектующих

  • Компрессоры

Для подбора компрессоров необходимо определиться с температурой и хладопроизводительностью. Система планировалась на температуры -90/-100 при 250Вт хладопроизводительности. По расчетам Boud вышло, что для этого требуются компрессоры с объемами цилиндров в 26 и 18 куб. см, соответственно, для верхнего и нижнего контуров. Фреоны планировались 22-ой на верхнюю ступень и 23-ий на нижнюю. Конечно, более оптимальным для верхней ступени был бы 404-й фреон. Но у меня его не было, а 22-го был почти полный баллон. К тому же появилась возможность недорого приобрести компрессор S26TN, рассчитанный на 22-ой фреон.

Вообще из практики каскадостроителей установлено, что мощности компрессора верхней ступени много никогда не бывает. Поэтому лучше было бы взять более мощный компрессор, с объемом цилиндра более 26-ти кубиков. Но с повышением мощности значительно возрастает цена. Еще очень хороший вариант – использование роторных компрессоров. Но там свои сложности.

Выход из ситуации предложил Boud. Он посоветовал поставить в нижнюю ступень расширительную емкость.

Схема 2.

Принцип работы такой. После запуска, когда верхняя ступень охладила ТО, закрывается вентиль 2 и 3. Вентиль 1 открыт. Запускаем нижнюю ступень. Компрессор включается. Начинаем понемногу заполнять нижний контур 23-м из расширительной емкости. Порциями. Открывая и закрывая вентиль 3. Для более плавного пуска в магистраль лучше впаять кусок капилляра, длиной 30-40 см. Чем длиннее капилляр, тем более плавно происходит пуск. В этом случае будет достаточно мощности относительно небольшого компрессора. Низкотемпературный фреон охлаждается постепенно. Поэтому и снижаются требования к мощности компрессора.

Система без расширительной емкости запускается рывком, а в этом случае, сколько мощности не давай - все равно не хватает.

Так же Boud разъяснил, что в этом случае в дальнейшем, возможно, надо будет расширить систему на третий контур, установив в нее второй 18-ти кубовый компрессор на 14-ом фреоне и получить -130/-135 на испарителе при соизмеримой мощности.

Расширительная емкость полезна еще и для снижения стояночного давления. При выключении каскада возможно значительное повышение давления в нижней ступени, т.к. когда машина не работает, температура всех ее частей выравнивается с температурой окружающей среды. А как мы знаем, при температуре +25 давление насыщенных паров фреона 23 составляет 47,3 атм. Что немало. Тот же сильфон, используемый для всасывающей трубки, сертифицирован на давление до 16-ти атм. Так что может произойти грандиозный «пиф-паф», чего естественно не хочется.

Для предотвращения этого и подключают к системе сосуд, называемый расширительной емкостью. Объем же рассчитывается так, чтобы при остановке машины весь агент высокого давления превратился в пар, давление которого при этом не превысило бы расчетного давления всей остальной аппаратуры.

Так же если понадобится что-то переделать в системе, низкотемпературный хладагент можно закачать в расширительную емкость, отсечь ее от остального контура вентилями. И спокойно работать. Большая часть дефицитного и дорогостоящего хладагента сохранится. Работает это так. Выключаем верхнюю ступень каскада. Низкотемпературный фреон больше не конденсируется, а только испаряется. Закрываем вентиль 1 (см.схему 2) и вентиль 3. А вентиль 2 открываем. Компрессор закачивает хладагент в емкость. Проконтролировав давления в контуре по манометрам, закрываем вентиль 2 и выключаем компрессор нижней ветви. Каскад выключен. Большая часть низкотемпературного фреона в закрытой емкости.

Громоздкость расширительной емкости окупается полностью гарантированной защитой от высокого давления. Под такую емкость, в моем случае, идеально подходит пустой баллон из-под 22-го или 404-го фреона. Желательно без обратного клапана. Обратный клапан стоит в кранике баллона. Он не даст закачивать в нее газ. Гарантия, что в баллон не попадет другой фреон. Баллон получается как бы одноразовый. Но китайские производители обычно «забывают» его ставить.

В этот баллон впаивается несколько штуцеров. Сколько? Зависит от схемы включения емкости.

Схема, изложенная выше, самая затратная – 3 вентиля. Минимальная комплектация - один вентиль + капилляр. Вентиль ставится перед теплообменником, капилляр - перед вентилем. Второй конец капилляра в расширительную емкость через штуцер. При закрытом вентиле на ТО и на емкости происходит заполнение емкости 23-м, при этом происходит откачка из испарителя и ТО жидкого 23-го. После откачки машина останавливается. После старта компрессора сперва открывается вентиль на ТО, потом - понемногу (можно еще капилляр поставить) стравливается 23-й из емкости в обратный поток.

Итак, исходя из вышеизложенного, были выбраны и приобретены два компрессора:

  • ACC (ELECTROLUХ) S26TN R-22 - 26 см куб.
  • Aspera T 2168 GK R-404 - 17,40 см куб.

Компрессоры

Компрессор для нижней ступени надо выбирать по совместимости масла с низкотемпературным фреоном. Самое универсальное масло: POE (Polyol Ester). Это все компрессоры, рассчитанные на фреон R-404.

  • Конденсатор

В рабочем режиме верхней ступени достаточно конденсатора мощностью 1 кВт. Но при старте потребуется отвести до двух киловатт. Я приобрел BC218W075(2168) производительностью Q – 1900 Bт.

Конденсатор

Предохладитель LU-VE 800 Вт. Мощность предохладителя я не выбирал. Такой у меня был в наличии.

Предохладитель

  • Ресивер

Так же для стабильной работы ТРВ в верхнюю ступень необходимо поставить ресивер. Ресивер, это сосуд для хранения жидкого рабочего тела под высоким давлением перед подачей его к устройству понижения давления.

Предназначен для хранения основного запаса рабочего тепла и излишков рабочего тепла, выведенных из области конденсации, низкого давления и обратного потока в связи с изменением режима работы установки.

Объем его должен быть больше объема жидкостной линии после ТРВ/капилляра. Для теплообменников это весьма важно, но, в этом случае, проще взять ресивер заведомо чуть большего объема и не заправлять его по максимуму. У меня стоит BC-RV- 1,2L.

Ресивер

  • Смотровое стекло

Смотровое стекло желательно поставить после ресивера. По нему удобно будет контролировать заправку и степень конденсации верхнего контура. Так же смотровое стекло ставится на магистраль, возвращающую масло в компрессор после маслоотделителя нижнего контура.

Смотровое стекло

  • Фильтры

Фильтр в верхнюю ступень вполне подойдет «карандашного» типа. Но, желательно, побольше. В нижнюю же лучше поставить более серьезный прибор. Нижняя ступень намного чувствительнее к наличию влаги в системе.

  • Манометры

Для контроля работы каскада желательно предусмотреть стационарно установленные манометры.

Манометры

Манометры бывают с резьбой SAE. То есть их можно сразу ставить в систему с помощью развальцовки. Первый на фото. А бывают с другой резьбой – NPT. Все следующие на фото. Для их установки в систему понадобятся переходники NPT1/8 - SAE .

Переходник

Переходник накручивается на манометр с лентой ФУМ. Мотать надо немного, пару витков. Манометры можно подключить через капилляр. Капилляр даже улучшает показания манометров, т.к. они становятся более инерционными и на нагнетании, если манометр не глицериновый, пропадает дрожание.

  • ТРВ

Брать ТРВ лучше импортный. Два наилучших выбора - это приборы фирм Danfoss или ALCO. Первые ощутимо дороже вторых, но ярко выраженных преимуществ перед вторыми не имеют. Я выбрал ALCO.

ТРВ

Современные ТРВ состоят как бы из двух частей. Собственно самого ТРВ и клапанного узла. Другое название дюза, вставка. Эта вставка и определяет мощность ТРВ. Находится под нижней (см. фото) гайкой.

У меня стоит вставка 001. 3,2 кВт для R-22, при Ткип.-50С, Т конд.+400С. На первый взгляд может показаться, что она несколько великовата, но этот запас мощности очень пригодится при пуске каскада. К тому же более мощные ТРВ лучше работают при меньшей мощности, чем более слабые ТРВ, работающие на превышающей номинал мощности.

  • Испаритель

Можно заказать у знакомого на заводе. Можно купить готовый. Благо появился человек, с которым можно договориться.

Испаритель

На фото испаритель его производства. Цены очень гуманные. Качество очень приличное. Умельцы на заводах берут или столько же, или больше. При желании можно воспользоваться и барахолкой, но тут есть некоторые сложности. Просто так на эту брахолку не попадешь. Нужна регистрация и определенное количество постов. В этом случае цены будут более чем в 2 раза выше. А с доставкой и все три.

  • Вентили

Минимально требуется один вентиль. На линию возврата масла. Можно поставить вентили двух видов. Соленоидный вентиль или мембранный. Они не травят фреон в окружающее пространство.

Вентили

Слева на фото мембранный, справа соленоидный. Мембранный закручивается вручную. Соленоидный имеет катушку, которая в зависимости от того подано на нее напряжение или нет, закрывает и открывает вентиль. Второй дороже.

Комплектующие, о которых я рассказал выше, довольно легко купить в специализированных магазинах в любом, даже небольшом городе. Дальше пойдет речь о вещах, которые приобрести уже гораздо сложнее. Дело в том, что они широко не используются. И большого спроса на них нет. Поэтому во многие города их просто не завозят. Нет потребителя. Если, прочитав статью, вы все же надумаете построить подобную машину, то начинайте поиск комплектующих именно с них. На поиск некоторых деталей я потратил много месяцев. А с некоторыми мне просто повезло. Но это не значит, что повезет вам. Стечение обстоятельств. Идем дальше?

  • Термометр

Первая трудность, с которой я столкнулся, это термометр. Планировалось получить температуры ниже -80 градусов. А обычные цифровые термометры рассчитаны на измерение температур не ниже -50-ти. Пришлось поискать в сети специализированные термометры. Первое, что не понравилось - это цены. Начинаются они от 120 долларов. Но, надо, значит надо. Нашел самый приемлемый для меня по соотношению цена-качество прибор - Center 301. Две термопары. Купил в интернет-магазине.

Термометр

  • Теплообменник

Тут, опять же, можно пойти двумя путями. Сделать самому. Или купить готовый. Из готовых самым оптимальным выбором является Alfa-Laval AC 14-10 или 14-14.

Теплообменник Alfa-Laval

А вот, что у него внутри.

Они дешевле других (от 200 евро). Но и реже встречаются в продаже. Купить в Москве особого труда не составляет. А вот в моем родном Нижнем Новгороде уже практически невозможно. Можно попробовать договориться под заказ. Но то, что привезут, - не факт. Да и цена будет процентов на 40 выше московской.

Можно сделать ТО самому. Что-то подобное.

ТО

На снимке теплообменник, изготовленный |RickY|. Сделан из 2.5 метров трубы дюйма и 5-ти 2мм труб внутри.

Мне повезло. Самодельный теплообменник я приобрел готовый. Помог Boud. Этот теплообменник он сделал для своего дипломного проекта. Расчетная мощность 3-4кВт. Был взят отрезок трубы 7/8" и 7 отрезков капиллярной трубы 1.83х0.3. Общая длина: 4-5 метров. Точнее теперь сказать трудно. В свое время я измерить забыл. А теперь ТО залит монтажной пеной.

Принцип работы - высокотемпературный фреон испаряется во внутренней трубке, а низкотемпературный конденсируется в пространстве между трубками. Фреоны должны двигаться в противоположных направлениях: высокотемпературный (испаряясь) – снизу вверх, низкотемпературный (конденсируясь) – сверху вниз.

  • Маслоотделитель

Маслоотделитель, как и теплообменник, можно купить готовый или сделать самому. Но. Одно большое НО. Готовые маслоотделители, имеющиеся в продаже, имеют большой объем: от 1,7 литра. А для наших целей требуются объемы намного меньше. Естественно и цена у них высока от 3000р. Компактный маслоотделитель приобрести крайне сложно. Один из вариантов приобретения - интернет аукцион eBay. Мне с этим опять же крупно повезло. Огромное спасибо все тому же Boud. Он мне передал два таких вот маслоотделителя:

Маслоотделитель

В принципе такой маслоотделитель не сложно сделать и самому. Вот схема, по которой обычно делаются самодельные маслоотделители.

Схема 3

Схема 4

Второй вариант – схема Boud.

  • Дроссель

Если в обычной фреонке в качестве дросселя используется капилляр, то для нижней ступени каскада капилляр - очень большая роскошь. Точную длину рассчитать, скажем так, практически невозможно. А если настраивать подбором длины, то выходит очень большой расход низкотемпературного фреона. А килограмм 23-го стоит от 700 рублей. Поэтому западные энтузиасты используют в качестве дросселирующего элемента – регуляторы давления.

Сложность в том, что регуляторы на нужную мощность крайне редко используются в промышленности. Как следствие очень редки. И достать их в России очень трудно. Можно сказать невозможно. Мне известны два вида регуляторов широко используемых западными каскадостроителями. В двух известных мне каскадах, построенных в России, стоят регуляторы фирмы Parker model AS.

Parker Constant Pressur Expansion Valve

Поляки же используют CPEV Fach "PZ". У меня стоит Fach "PZ".

CPEV Fach "PZ"

В его приобретении мне помог Jek666. Но перед этим…

Сначала я попытался найти паркер в России. Оказалось его можно купить в одной единственной московской фирме, но только под заказ и крупную партию. Естественно по деньгам выходило просто нереально. Тогда я стал искать на eBay. На удивление быстро нашел. Один-единственный. Цена на него была прилично завышена, и поэтому его никто покупать не хотел. Мне же он был просто необходим. Но, как вы знаете, россиянину напрямую купить и получить лот с аукциона проблематично.

Поэтому я обратился в фирму – посредник. Срок доставки – два месяца. Куда деваться? Согласился. Они взялись. Купили. Но при пересылке из штатов в Москву посылка потерялась. Видимо новогодние праздники широко отмечают и в североамериканских штатах. Три месяца впустую. Я стал искать еще такой же лот на аукционе, но так и не нашел. Еще несколько месяцев впустую. Если бы не Jek666, то пришлось бы ставить переделку ТРВ. Но Jek666 списался с LukeXE. И тот продал два CPEV Fach "PZ". Написать это было быстро. А по времени все это заняло что-то около 3-х месяцев или больше. Я уже со счета сбился. Поляки люди неторопливые и обстоятельные. Им торопиться некуда.

Подведу итог – реальные пути приобретения подобных устройств - все тот же eBay, или барахолка сайта.

Можно выйти из положения и поставить переделанный ТРВ. Работать будет, но немного хуже. CPEV поддерживает заданный перепад давлений. Позволяет автоматически контролировать температуру испарения при условии постоянной температуры конденсации. А переделанный ТРВ этого не может. Это просто как бы капилляр регулируемой длины. Безо всякой автоматики.

  • Хладагенты

А теперь о самом сложном. Всех труднее для меня было достать низкотемпературный хладагент. Повторюсь. Я живу Нижнем Новгороде. Город не маленький. Миллионник, столица приволжского федерального округа. Но достать в таком, казалось бы крупном городе, даже самый распространенный фреон R23, оказалось сложно. Вернее купить легко. Но только полный баллон. А это более 15000 руб. На развес продавать его почему-то, вдруг резко перестали. Причем все. Очень подозрительно.

А мне-то требуется не 12, а всего около 1кг. Зачем мне целый баллон? Да и хотелось что-то посерьезнее.

Самым оптимальным выбором для нижней ступени хладагентом является R1150 – этилен.

Цитата: «ЭТИЛЕН химическая формула Н2С=СН2, бесцветный газ, tкип=-109,4 °С. В больших количествах (до 20%) содержится в газах нефтепереработки; входит в состав коксового газа. Один из основных продуктов нефтехимической промышленности: применяется для синтеза винилхлорида, этиленоксида, этилового спирта, полиэтилена и др.»

Если температура кипения 23-го -82°С градуса, то этилен кипит при -109,4°. Но его в России в качестве хладагента не продают. Причина мне не известна. Но производить производят и в больших количествах. Я начал поиски. Купить его оказалась тоже не проблема. Но только минимальная партия – железнодорожная цистерна! А мне-то надо килограмм! Ну два.

Я подключил всех своих знакомых. Результат – ноль. Самое смешное, что рядом с моим родным городом расположен завод, на котором этот этилен выпускают в огромных количествах. Но все было тщетно.

Решение вопроса появилось, как обычно с той стороны, откуда не ждешь. Через знакомых моей жены. Вернее через целую цепочку знакомых и знакомых знакомых, я попал на прием к директору этого самого завода. До этого, естественно, я написал кучу материала по теме и переслал куче людей. Для чего и куда и как я буду использовать этот газ. С картинками и призывами помочь российскому оверклокингу.

Вячеслав Васильевич выслушал и отдал распоряжение оказать мне помощь. Так что нефтехимики сочувствуют проблемам российского оверклокинга! Долго я не мог поверить в удачу. До последнего момента. И… баллон с этиленом у меня дома.

Вот вроде и все по подбору комплектующих. Переходим к сборке.

Монтаж

Сборку надо начинать с платформы – куска какого-либо материала приемлемой толщины и прочности, чтобы выдержать вес приборов. Мне в руки случайно попал кусок оцинкованной листовой стали странной формы. Сталь толщиной 3мм, поэтому обладает достаточной жесткостью, чтобы выдержать вес многокилограммовых компрессоров.

Платформа

Такая история. Знакомый заказал кухню из Италии. В назначенный час ему ее привезли. Естественно в виде кучи ящиков с деталями кухни. И пришла знатная бригада сборщиков мебели. Кухню-то они собрали. Но, как всегда, остались кое-какие «лишние» детали. Так по мелочи, с пол ведра. Но среди них оказалась и эта самая железяка. Размером 60 на 42 сантиметра. Непустячная штучка. Так вот ее сборщики никак никуда не смогли пристроить. Ну не нужна она! По всему – лишняя. Но для чего-то в комплект же ее положили! :)

Юрий Юрьевич – мужик с юмором и долго над этими сборщиками смеялся. Раз, говорит за нее заплачено – ставьте и всё. Довел их чуть не до слез. Они ее потихоньку несколько раз в подъезд выносили. Но Юрич это дело углядывал, приносил назад и заставлял ставить. Потом все же отпустил их с миром. Так никто и не понял, на кой ее в ящик итальянцы засунули. Наверно все же в виде шутки. А железку эту я потом приватизировал.

Даже при таком размере платформы монтаж выходил довольно плотным. Я несколько раз просто расставлял детали и продумывал, как пойдут соединительные трубки. Надо было разработать не только расположение, но и порядок сборки. Так как потом могло получиться, что потребуется спаять трубки в таком месте, куда с горелкой не подлезешь.

Отдельные узлы каскада я паял «на столе», а потом уже в сборе ставил на платформу. Причем так, что потом, когда они спаивались между собой, стыки получались в удобном для пайки месте.

Так же спаянные узлы я по отдельности опрессовывал. Для стопроцентной уверенности что там, в глубине и переплетении трубок, никаких утечек нет.

Теплообменник я решил присоединить к остальному на развальцовке. Всегда можно снять, да и теплоизолировать легче.

Перед сборкой я его опрессовал.

Теперь можно его спокойно теплоизолировать.

Короб сделан из пеноплэкса. Монтажная пена плохо ложится толстым слоем. Образуются пустоты. Пена плохо «поднимается». Поэтому лучше наносить ее в несколько слоев с наполнением - обрезками того же пеноплэкс. Будет намного меньше образовываться больших воздушных пузырей. Теплоизоляция получится качественнее.

При пайке соленоидов с них обязательно снимается катушка. Чтобы сделать некоторые пайки, пришлось временно снять конденсатор. На картинке пайка соленоида на линию возврата масла.

После просушки в течение нескольких дней, ставлю на место теплообменник, конденсатор. Обратите внимание на трубку, выходящую из ТО и возвращающую фреон в компрессор.

Она специально выполнена в виде петли для предотвращения попадания жидкого фреона в компрессор. Так же на нее крепится баллон от ТРВ. Баллон ставится сверху трубы, как можно более плотно. И для лучшего термоконтакта обматывается медной проволокой.

Теперь промежуточная проверка на работоспособность и герметичность.

Для этого пришлось спаять временный пульт управления. Тумблеры с крышкой в стиле «милитари» включают компрессоры.

Проверка прошла более менее гладко. Но оказалось, что вес еще не готового каскада уже превысил все мыслимые показатели. Надо срочно его ставить «на колеса». Для этого был приобретен металлический профиль, применяемый для изготовления гипсокартонных потолков и большие крепкие колеса. Профиль для жесткости я вкладывал один в другой. Получается вроде квадратной трубы. Сборка на заклепках и саморезах. В результате получилась такая вот штука.

Во как. Каскад получился даже больше моего старого проекта с двумя фреонками. Да, размеры хоть куда. Высота 1м 64см, ширина 66см. Глубина 50см. Внизу виден отсек с двумя баллонами из-под фреона. Это будущие расширительные емкости. Одна для нижней ступени, вторая впрок. Наверно все же буду расширять каскад на третью.

Для пайки некоторых соединений по месту пришлось использовать негорючий материал, способный выдерживать высокие температуры и обладающий высокими теплоизоляционными свойствами. Волокнистый материал, волокна базальтовые. Точное название не знаю. Гореть - не горит, но в пламени горелки как бы немного оплавляется и дурно пахнет.

После впайки в систему соленоидов управления расширительной емкостью я приступил к изготовлению самой емкости. Взял пустой баллон из-под 22-го фреона, просверлил в нем отверстия. Вернее не просверлил. Если сверлить, существует большая вероятность попадания стружки в баллон. А стружка потом может попасть куда угодно и испортить многое.

Поэтому, отверстие сверлится не насквозь, а только в виде углубления. Оставшаяся тонкая стенка пробивается пробойником. Потом туда вставляются трубки и запаиваются. Не лишним будет напомнить, что сталь паяется либо специальным припоем в обмазке и с большим содержанием серебра, либо обычным 5-ти процентным, но со специальным флюсом.

На емкости я поставил два заправочных вентиля от кондиционера. Сделано это для обеспечения возможности ремонтных работ без потери хладагента. Теперь можно закачать в емкость хладагент и потом, закрыв вентили, отсоединить емкость. Нужно добавить, что выходная трубка из расширительной емкости должна быть снизу. Масло все-таки попадает в расширительную емкость и скапливается на ее дне. А так оно по выходной трубке будет возвращаться в компрессор.

Вот первый вариант каскада собран. Тогда у меня еще не было CPEV, и вместо него я поставил переделанный ТРВ. Не было также низкотемпературного хладагента. Поэтому, для проверки, обе ветви заправил 22-м фреоном. И вот, что у меня получилось.

Температура, до которой верхняя ступень смогла охладить теплообменник, составила -44,7 градуса. Температура испарителя -56,1.

На этом этапе дело встало надолго. Я даже успел за это время сделать небольшой ремонт. Поиски и добыча этилена и CPEV заняли кучу времени. И вот все разрешилось. Но не обошлось и без маленьких проблем. У CPEV Fach "PZ" выходной штуцер оказался обычным под развальцовку с резьбой Sae. А вот входной с резьбой NPT.

Стандартная 6мм развальцованная трубка в этом соединении болталась. Пришлось спаять переходник.

После этого все получилось. Но на всякий случай спаянный узел – испаритель, всасывающую трубку, CPEV я опрессовал перед установкой.

Вместо соленоида (по схеме «вентиль 1») я поставил мембранный вентиль. Соленоид потек в прямом направлении. Брак еще случается.

И сделал новую панель управления. Круглое на ней – термометр, показывающий температуру нагнетающей трубки компрессора верхней ступени. Ниже квадратный – термометр, показывающий температуру нагнетающей трубки компрессора нижней ступенью. Ниже два тумблера с красными крышками – включение компрессоров. Справа: – тумблер сверху общее включение, вентиляторы на конденсаторах начинают крутиться, термометры – контроллеры включаются. Ниже контроллер, отображающий температуру 22-го фреона в теплообменнике. Ниже контроллер, показывающий температуру исходящего низкотемпературного хладагента из теплообменника. Еще ниже тумблеры, включающие соленоиды. Первый – возврат масла. Второй не работает, соленоид оказался с браком, заменил на мембранный вентиль. Третий – вентиль 2, по схеме 2. Четвертый – вентиль 3, по схеме 2.

Поставил также раму на платформу из ламинированного ДСП. Раньше колеса были прикручены прямо к профилю. Металл профиля оказался слишком тонок, и саморезы вырвало. Тяжел каскад вышел.

Вакуумирование и заправка

Ну вот все собрано, спаяно, проверено. Пора заправлять боевым газом. Но, сначала вакуумирование. Вакуумирую я обычным холодильным компрессором. Подключать его буду к расширительной емкости. К вентилю. И подключаю не заправочным шлангом, а короткой медной трубкой. Короче соединение – глубже вакуум. Соединение на развальцовке. Конечно, давно пора обзавестись нормальным вакуумным насосом, но жадность пока пересиливает.

Так же раздеваю фильтр-осушитель нижней ступени. Подкладываю под него базальтовую прокладку. В процессе вакуумирования фильтр надо греть. Я же заправлял контур несколько раз. Могла попасть влага. А нижняя ступень каскада намного чувствительнее к влаге, чем верхняя.

Так же феном я буду греть картер компрессора. Масло в нем очень гигроскопичное. А прогрев усилит испарение влаги из масла. И вот все готово к заправке.

Вакуумировал около 2-х часов. Все это время я прыгал вокруг каскада с феном в руках. Грел фильтр и картер. Несколько раз включал компрессор ступени и вакуумировал в два компрессора. Сделал все, что мог. Сбацал все известные танцы с бубном. Потом отсоединил вакуумирующий компрессор. И приступил к заправке. Баллон с этиленом подключил через самодельный переходник. Напрямую, без редуктора. Давление в баллоне небольшое.

Сначала включил верхнюю ступень. Я ее не запускал с лета. Но завелась она с пол оборота. Скоренько вышла в режим. Быстро охладила теплообменник до -42..-44. Температура немного плавала. После этого я включил компрессор нижней ветви и порциями стал пускать этилен. Давление на нагнетании очень быстро достигло 12 бар. Но газ на выходе из ТО все еще был почти комнатной температуры. Я начал беспокоиться. На всякий случай добавил еще этилена. Давление на нагнетании достигло 16 бар. И вдруг температура на выходе из ТО стала резко падать. И очень быстро достигла -37. В это время начал захолаживаться CPEV. А следом и температура на испарителе стала уменьшаться.

Давление на нагнетании упало до 12 бар. Давление на всасывании точно сказать не могу, но меньше 1 бар. На манометре эта шкала очень мала и почти без делений. Немного выше -0,5 бар.

Температура на испарителе пошла вниз быстрее. -20, -30….-50. Очень волнительные минуты. Наконец достигла психологической отметки -100! Накатило непреодолимое желание станцевать джигу. Но я мужественно крепился. Это была победа. -103. Дальше температура стала понижаться очень медленно, но снижаться. Ниже -105,4 я температуру не видел.

Пробовал покрутить CPEV, но это ничего не дало. При закручивании или откручивании (CPEV находился в среднем положении) температура сначала повышалась, а потом возвращалась примерно к вышеназванной цифре или чуть меньшей. Менялось только давление нагнетания. От 12 до 17 бар. Давление на всасывании не менялось.

Вот фотография работающего каскада в рост.

После всех экспериментов я приступил к отключению каскада. Выключил верхнюю ступень. И включил «вентиль 2», открыв доступ газа в расширительную емкость.

На фотографии видно, как стекающий из теплообменника этилен заморозил трубку. Через некоторое время все оттаяло. Давление в системе стабилизировалось. С открытой расширительной емкостью стояночное давление составило ровно 5 бар.

На следующий день я еще несколько раз запускал каскад. Пуск с расширительной емкостью происходит плавно. Я доволен этой штукой. Можно регулировать количество газа в системе. Очень удобно. Один недостаток – габариты.

P.S. После нескольких пусков каскада, в системе появилась утечка. Слабым местом оказалась пайка, соединяющая испаритель и всасывающую трубку. Трубка из нержавеющей стали. Пайка таких соединений сложна. Видимо некачественное соединение не выдержало температур ниже -100. После перепайки проблема была устранена. А температура на испарителе еще снизилась: -106,6.

Заключение

Когда пуск без нагрузки прошел успешно, начал я прикидывать, что бы разогнать на этом каскаде. И огорчился. Нечего. Пока нечего.

Все это время я был так увлечен изготовлением, доставанием и т.д. А об объекте разгона как-то даже и не подумал. Видимо все-таки есть люди, строящие гоночные машины, а есть люди ездящие на них. И не всегда это одни и те же лица.

Но не нужно унывать. Цель статьи - рассказать об изготовлении. Обо всех трудностях, сложностях и опасностях. А о разгоне можно написать и во второй части статьи. Или на http://people.overclockers.ru/.


Материалы по теме:

Выражаю благодарность за помощь, оказанную в работе над каскадом: Boud, Jek666 и Александру за организацию процесса добычи этилена.

Источник: http://www.overclockers.ru
Последние новости Популярные статьи Контакты

Телефоны для связи:



Техническая поддержка
с 10-00 до 17-00 мск
E-mail: sale@climcam.ru
climcam.spb@inbox.ru

Просмотреть схему проезда

Региональные представители »
Copyright © , 2017. Все права защищены.
Любое полное или частичное воспроизведение материалов сайта возможно
только при наличии активной гиперссылки на источник: http://www.climcam.ru
Климатическая камера, испытательная камера, термооборудование, климатическое и лабораторное оборудование. Производство, продажа, модернизация, техническое обслуживание, ремонт. – ©

Viewable With Any Browser Valid XHTML 1.0 Transitional Правильный CSS! Display the location of this web page [no-www Class A] Russia

Находится в каталоге Апорт Rambler's Top100

Легких каскадов не бывает. Информация. Статьи. Климатическая камера. Испытательная камера. Производство и модернизация.климатических технологий лабораторного оборудования испытаний исследований климатических технологий лабораторного оборудования испытаний исследований Статьи 632305222316434