автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.03, диссертация на тему:Создание и исследование адаптирующихся расходных и замкнутых дроссельных микрокриогенных систем

РГЗ од

1 h НЮЛ 1Я97

Омское акционерное общество "Сибкрнотехника"

На правах рукописи

ЛЛНДА Юрий Исакович

СОЗДАНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ АДАПТИРУЮЩИХСЯ РАСХОДНЫХ И ЗАМКНУТЫХ ДРОССЕЛЬНЫХ МИКРОКРИОГЕННЫХ СИСТЕМ

Специальность 05.04.03. Машины н аппараты холодильной и криогенной техники и систем кондиционирования

Диссертация

в виде научного доклада на соискание ученой степени доктора технических наук

Санкт-Петербург -1997 г.

Официальные оппоненты: заслуженный деятель науки и техни-

ки России, доктор технических наук, профессор

A.М.Архаров •

доктор технических наук, профессор Г.С.Потехин

доктор технических наук, профессор

B.И.Иванов

Ведущая организация (предприятие) - Санкт-Петербургский Государственный оптический институт нм.Г.И.Вавилова

Защита состоится А-/1997 г. в/^часов на заседа-

нии диссертационного совета Д063.02.01 Санкт-Петербургской Государственной академии холода и пищевых технологий.

С диссертацией в форме в в.щс научного доклада можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургской Государственной академии холода и пищевых технологий.

Ваш отзыв в двух экземплярах, заверенных печатью, просим направить по адресу академии: 191003, Санкт-Петербург, ул.Ломоносова, 9, СПбГАХПТ.

Диссертация в виде научного доклада разослана " 1997 г.

Ученый секретарь специализированного Совета, доктор технических наук, профессор

Л .С.Тимофеевсхий

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ. Создание конкурентоспособных с западными образцов микрокриогенной техники является сегодня важнейшим условней выживания отрасли. Естественно, что это наиболее реально для тех направлений, где Россия обладает технологическим лидерством. Микроохладители Джоуля-Томпсона - дроссельные мик-рокрногенные системы (ДМКС) различных типов являются одним из направлений криогенной техники, отвечающих этому условию. Эти системы имеют холодопроизводителыюсть от 0.1 до 10 Вт на уровне 8085 К, малые габариты и массу от долей килограмма до нескольких килограмм. Благодаря применению многокомпонентных криоагентов, созданных в 70-х годах в СССР, эти системы стали намного эффективнее, сохранили свою привлекательность для потребителя и не были вытеснены машинными микроохладителями. В России ДМКС различных типов являются наиболее распространенным видом охлаждающие устройств для ИК-техники. Возобновился и интерес к ним на Западе. Это связано с простотой, надежностью ДМКС, удобством стыковки с охлаждаемым объектом, отсутствию подвижных элементов, механических, акустнчесхих и электромагнитных помех в криогенной зоне. Поэтому совершенствование этого типа микроохладителей является важной, актуальной задачей для сохранения России на мирово^. рынке микрокриогенной техники.

Для решения этой задачи необходимо преодолеть один из главных недостатков ДМКС - низкую эффективность в нерасчетных режимах работы. ДМКС проектируются для надежной работы в критических режимах и имеют значительную избыточную холодопроизводитель-ность во всех иных условиях эксплуатации. Поэтому одной из главных возможностей совершенствования ДМКС является разработка методов адаптации их параметров к изменяющимся условиям эксплуатации.

ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ. Целью работы явилось совершенствование ДМКС, создание научной и технической базы для разработки высокоэффективных дроссельных микрокриогенных систем, адаптирующихся к изменяющимся условиям эксплуатации. Объединенные общей целый исследования проводились для трех типов охладителей: расходных баллонных ДМКС длительного действия, нового типа расходных систем, созданных в настоящей работе - газогенераторных ДМКС и для замкнутых компрессионных ДМКС.

Для создания высокоэффективных баллонных ДМКС, расход криоагента в которых адаптируется к изменениям давления в баллоне, нагрузки цикла и температурам криостатирования и окружающей среды необходимо решить следующее задачи:

• Исследовать и описать общие закономерности протекания процессов в адаптирующихся расходных ДМКС и на этой основе разработать методику их расчета, позволяющую по заданным конструктивные пара-

метрам ДМКС и условиям эксплуатации прогнозировать достигаемые эксплуатационные характеристики.

• Исследовать коэффициенты линейного термического расширения и стабильность размеров пластмасс для конструирования регуляторов расхода.

• Экспериментально исследовать и подтвердить наличие эффективной адаптации созданных расходных ДМКС к внешним условиям при работе на одно- и многокомпонентных криоагентах во всем практически важном диапазоне давлений, температур, тепловых на^узок.

• Разработать методы оптимизации и определить оптимальные начальные давления различных криоагентов и параметры баллона, обеспечивающие максимальную длительность работы адаптирующихся расходных ДМКС.

• Разработать методику расчета оптимального изменения расхода в процессе пуска, обеспечивающего минимальную длительность этого процесса.

По второму направлению, связанному с созданием газогенераторных ДМКС для достижение поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

• Определить физико-химические основы повышения плотности запасенного криоагента, требования и круг веществ, пригодных для генерации криоагентов.

• Разработать газогенерирующие составы для азотных ДМКС и изучить их свойства.

• Разработать схемы расходных газогенераторных ДМКС.

• Создать образцы адаптирующихся расходных газогенераторных ДМКС и экспериментально подтвердить их работоспособность.

Создание замкнутых компрессионных ДМКС, адаптирующихся к режиму работы (пуск-хриостагированле), температуре окружающей среды и нагрузке цикла, разработка научно-технических рекомендаций по их проектированию сопряжены с исследованием ряда альтернативных возможностей. По этому направлению поставлены следующие задачи:

• Исследовать процессы в теплообменном аппарате ДМКС при работе на многокомпонентном криоагенте.

• Разработать метод снижения избыточной холодопроизводитель-ности замкнутых ДМКС и адаптации их параметров к условиям эксплуатации с помощью изменения давления нагнетания саморегулирующимся миниатюрным дроссельным клапаном микрохолодильника.

• Экспериментально исследовать процессы в замкнутых ДМКС с саморегулирующимся дроссельным клапаном, подтвердить эффективную адаптацию этих систем к внешним условиям.

• Разработать модель и методику расчета дроссельного цикла, учитывающие процессы накопления в криогенной зоне сжиженного одно- и многокомпонентного криоагента.

• Сформулировать требования к замкнутым ДМКС, в которых процессы накопления сжиженного криоагента используются для адекватного условиям работы изменения параметров цикла. Разработать рекомендации по проектированию адаптирующихся замкнутых ДМКС, использующих эти процессы.

• Исследовать особенности процессов в замкнутых Д^ 'КС с накоплением сжиженного многокомпонентного криоагента и возможности совершенствования, связанные с саморегулированием его состава. Подтвердить эффективную адаптацию параметров цикла и состава криоагента к изменениям внешних условий.

• Выполнить анализ, разработать схемы, определить основные технические решения и рекомендации по проектированию адаптирующихся замкнутых ДМКС с регулируемым электроприводом компрессора.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ состоит в:

* создании теоретических основ и получении нового экспериментального и методологического материала, обеспечивающих оптимальное проектирование расходных и замкнутых ДМКС, параметры которых адаптируются к изменяющимся условиям работы.

* разработке метода и оптимизации параметров адаптирующихся расходных ДМКС, изучении особенностей процессов в них в широком диапазоне условий работы, определении их технически достижимых характеристик;

* обосновании и разработке нового способа хранения и получения криоагента для работы расходных ДМКС, состоящего в генерации сжатого криоагента в процессе химической реакции;

* разработке принципов построения адаптирующихся замкнутых ДМКС, в которых при работе в нерасчетных режимах накопление сжиженного криоагента используется для адекватне. о изменения параметров цикла и состава криоагента, создании методов расчета дроссельного цикла с переменным составом'криоагента;

* обосновании принципов, методологии и рекомендаций по созданию миниатюрных адаптирующихся замкнутых ДМКС с регулируемым электроприводом компрессора.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ: 1. Физическая и математическая модели процессов в адаптирующихся расходных ДМКС, рассматривающие процессы в V жрохолодилыш-ке, работающем с избыточной холодопроизводительностью с частично "затопленным" теплооГ«менником и связывающие характери-тики ДМКС с конструктивными параметрами микроохладителя, свойствами криоагента и условиями эксплуатации; методики, алгоритмы и программы расчета адаптирующихся расходных ДМКС.

2. Расчетные и экспериментально полученные характеристики адаптирующихся расходных ДМКС при работе на различных криоагектах в широком диапазоне давлений, температур л тепловых нагрузок.

3. Методика и результаты оптимизации начального давления в баллоне для различных криоагентов, адаптирующихся расходных ДМКС.

4. Математическая модель и метод построения оптимального закона изменения расхода криоагента в пусковом периоде адаптирующихся расходных ДМКС.

5. Физические и технологические основы, составы твердых рабочих тел, результаты экспериментальных исследований нового типа расходных ДМКС - систем газогенераторного типа.

6. Метод инженерного расчета рекуперативного противоточного теплообменника ДМКС, работающих на многокомпонентных криоа-гентах.

7. Схемы, рекомендации по проектированию, результаты экспериментальных исследований адаптирующихся замкнутых ДМКС па базе микрохолодильника с саморегулирующимся дроссельным клапаном, в которых избыточная холодопроизводигельность минимизируется за счет снижения давления нагнггаяия.

8. Принцип, физическая и математическая модели, методология и рекомендации по проектированию нового типа адаптирующихся замкнутых ДМКС, в которых саморегулирование параметров цикла и состава криоагента происходит за счет накопления части сжиженного криоаген га.

9. Экспериментальные данные о процессах в адаптирующихся замкнутых ДМКС с одно- и многокомпонентными криоагентами.

10.Результаты анализа, схемы, методология и рекомендации по проектированию адаптирующихся замкнутых ДМКС с регулируемым электроприводом компрессора.

АВТОР ВЫНОСИТ НА ЗАЩИТУ:

1. Предложенные физические и математические модели адаптирующихся ДМКС различных типов, связывающие конструктивные параметры, свойства.криоагента и условия эксплуатации с характеристиками охладителя.

2.Физические основы нового типа расходных дроссельных систем, в которых хранение запаса криоагента производится в твердом или жидком виде, в химически связанном состоянии, а выделение газообразного криоагента под давлением производится в процессе химической реакции разложения.

3.Физические основы и принципы построения адаптирующихся замкнутых ДМКС с изменением параметров цикла и состава криоагента.

4. Результаты экспериментальных исследований процессов и характеристик усовершенствованных ДМКС.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ РАБОТЫ. Все выполненные исследования ориентированы на конкретные конструкторские разработки и выполнялись в их интересах. Методики проектирования широко используются в разработках АО "Сибкриотехника". По результатам исследований созданы экспериментальные и опытные образцы и базовые конструкции ДМКС, которые выпускаются серийно.

РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ РЕАЛИЗОВАНЫ в разработках АО "Сибкриотехника", выполненных в интересах НПО "Геофизика" (Москва), НПО "ГИПО" и НПО. "Фотон" (Кгзань), НПО "БелОМО" (Минск), НПО "АОМЗ" (Азов) и др., а также в новейших изделиях, создаваемых с ориентацией в том числе и на западных потребителей

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные положения и результаты работы были доложены, обсуждены и одобрены на международных, всесоюзных и республиканских конгрессах, конференциях и семинарах: Всесоюзной научно-технической конференцией "Повышение _ффек-тивносги процессов и оборудования холодильной и криогенной техники" ЛТИХП, Л., 1981., III Всесоюзной научно-техническая конференцией по криогенной техннке-82, Москва, 1982., Всесоюзной научно-технической конференцией "Микрокриогенная техника-84", Омск, 1984., XVII Всесоюзной конференцией "Радиоастрономическая аппаратура", Ереван, 1985., Международной научно-практической конференцией "Криогенная техника - науке и производству", Москва, 1991.. The 18-th International Congress of Refrigeration, Montreal, Canada, 1991.. The International Conference "Cryogenics-92", Czech, Brno, 1992., Международной конференцией "Нанотехнологии, наноэлектроника н крио-электроника", Барнаул, 1992., The 14-th International Cryogenics Engineering Conference, Kiew, 1992., The International Seminar "Cooling System of Electronic Equipment", Novosibirsk, 1993., The International Conference "Cryogenics-94", Czech, Brno, 1994., I9-th Internationi Congress or Refrigeration. The Netherlands, The Hague, 1995., Международной научно-технической конференции "Холод и пищевые производства", С-Пб, 1996.

ПУБЛИКАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ. Результаты работ, положенных в основу настоящего доклада, изложены в 60 печатных трудах, в том числе 12 авторских свидетельствах СССР.

ВВЕДЕНИЕ.

Появление и распространение ДМКС было связано с их простотой, техническими и эксплуатационными достоинствами, такими как удобство стыковки с объектом, отсутствие подвижных частей, вибраций и наводок в криогенной зоне, быстрым охлаждением объекта и др. В носимой ИК-аппаратуре (приборы ночного видения, прицелы) и аппаратуре однократного применения (головки самонаведения) до настоящего времени остаются практически незаменимыми расходные

ДМКС - системы, в которых предварительно сжатый криоагент подается на дросселирование из баллона и затем выводится в атмосферу. Это объясняется полным отсутствием энергопотребления и бесшумностью работы в первом случае и низкой стоимостью и сверхбыстродействием - во втором, где весь рабочий процесс длиться менее 1 минуты.

Однако и в других областях применения, в которых на Западе дроссельные системы были вытеснены более эффективными машинными охладителями, в СССР они не утратили своих позиций. Этому способствовали цикл исследовательских работ, разработка методов расчета и исчерпывающих рекомендаций по проектированию, выполненных в МВТУ им. Баумана под руководством проф. А.Д.Суслова, разработки омского НПО "Сибкриотехника", киевских НПО" Арсенал" и НПО "Сатурн" и др. Однако качественный скачок в совершенствовании ДМКС связан с применением в ДМКС многокомпонентных криоаген-тов. У истоков этого направления стояли проф. В.М.Бродянский, к.т.н. А.К.Грезин, В.А.Ягодин, Э.А.Громов. Основной научный вклад в создание смесей гнесли омская, московская и одесской научные школы, возглавляемые проф. Н.Д.Захаровым, Ю.М.Боярским и Г.К.Лавренченко. Был создан ряд азот-хладоновых и азот-углеводородных составов, оптимальных в различных условиях применения, разработаны методы расчета их теплоф'изических свойств и расчета цикла. Применение смесей позволило не только повысить термодинамическую эффективность, но и уменьшить рабочее давление в цикле. Это в свою очередь дало возможность использования в ДМКС высокоэффективных 2-5-х ступенчатых поршневых компрессоров с поршневыми уплотнениями сухого трения и оригинальных схемных решений по пусковому форсированию. В основу, этих разработок положены результаты исследований проф. А.Д.Суслова, к.т.н. Л.Г.Абакумова и В.Г.Деньгина. Были созданы базовые образцы ДМКС и освоено их серийное производство. Западные разработчики, длительное время лишенные информации о смесевых криоагентах, практически свернули работы по ДМКС. Из исследований, выполненных на Западе в рассматриваемый период, особый интерес представляют разработки электрохимических, адсорбционных и поршневых компрессоров с регулируемым приводом, выполненные в США и Англии. Важным направлением микрокриогеники стали работы А.Литтла (США) по изготовлению микрохолодильников ДМКС методом фотолитографии. Они дали новые технологические возможности и резко снизили потребление холбда объектом. Однако в целом применение смесей обеспечило отечественной микрокриогенике существенный отрыв от западных фирм. Эффективность дроссельного цикла на смесях на уровень 80 К вплотную приблизилась к эффективности машинных охладителей Стерлинга и сплит-Стирлинга. Расчетное удель-

ное энергопотребление ДМКС составляет 58-90 Вт/Вт для азот-хладоновых криоагентов и 33-50 Вт/Вт для азот-углеводородных против 37-45 Вт/Вт для ГКМ.

Однако эта высокая эффективность не всегда реализуется практически. Это связано с жесткими техническими требованиями и условиями эксплуатации ДМКС. Сюда входят требования быстрого пуска, надежной работы без обслуживания и т.д. Так для быстрого охлаждения объекта холодопроизводнтелыюсть должна быть в 5-10 и более раз выше, чем при криостатировашш. В характерном диапазоне изменения температуры окружающей среды теплоприток, являющийся для МКС основной нагрузкой цикла меняется в 2.6 раза, дроссель-эффект для смесевого криоагента ХАС-78/8 - в почти в 5 раз. При этом требуемая для работы производительность компрессора изменяется уже более чем в 10 раз. Проектирование же ДМКС ведется на наихудшие условия. Анализ климатических карт показывает, что в различных климатических зонах наиболее вероятна работа при производительностях составляющих от 30-40% от максимальной. Вероятная же длительность работы при максимальной нагрузке пренебрежимо мала. Поэтому для практической реализации высокой эффективности ДМКС необходимо найти технические решения, позволяющие в изменяющихся условиях эксплуатации поддерживать на минимальном уровне избыточную холодопроизводнтелыюсть, адаптировать характеристики ДМКС к условиям работы. Именно такую общую цель имеет комплекс исследований и разработок, результаты которых объединены в настоящей работе. Работы выполнялись для расходных систем длительного действия и замкнутых компрессионных ДМКС, причем для последних рассматривалось несколько альтернативных путей.

СОЗДАНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ АДАПТИРУЮЩИХСЯ РАСХОДНЫХ ДРОССЕЛЬНЫХ МИКРООХЛАДИТЕЛЕЙ.

На момент начала настоящих исследований в СССР не существовало расходных ДМКС, пригодных по показателям массы, длительности работы от баллона небольшого объема и быс\ роте охлаждения для использования в серийной ИК-аппаратуре. Из-за технологического отставания не мог бьггь использован и зарубежный опыт. Описанный в настоящем разделе комплекс исследований был выполнен с целью устранения этого отставания. Его результатом стало созлание. совершенствование и комплексная оптимизация и освоение серийного производства адаптирующихся к внешним условиям расходных ДМКС с микрохолодильником, оснащенным дроссельным клапаном с дилатометрическим термомеханическим,преобразователем. Они по своей эффективности не уступают зарубежным образцам, оставаясь существенно проще и технологичнее их. Наряду с оригинальной конструкцией микрохолодильника, использующего эффект "памяти формы", разра-

ботанной киевским НПО "Арсенал" и МВТУ им. Баумана под руководством проф. А.М.Архарова эти изделия успешно конкурируют с зарубежными.

Для построения регулятора проходного сечения дроссельного клапана микрохолодильника необходимо определить параметры процессов, в ответ на изменение которых должно осуществляться регулирование. Наиболее логичный параметр - температура в зоне криостатиро-вания для этого неприемлем, так как для монокриоагентов она мало зависит от избытка холодопроизводительности. В качестве такого параметра может выступать температура в промежуточном сечении теплообменника или средняя температура его части. Однако на нее оказывают влияние переменная температура о'-ружающей среды и процессы в теплообменнике. Это значительно усложняет как собственно построение микроминиатюрного регулятора, так и описание процессов в нем.

Математическая модель процессов в микрохолодильннке адаптирующейся расходной ДМКС была разработана для анализа и расчета процессов и создания методики расчета. При разработке модели принималось, что процессы квазисгационарны. Это справедливо для ДМКС со временем работы более 30 минут. На основании оценок считали, что осевой теплоприток по элементам теплообменника в холодную зону пренебрежимо мал по сравнению с нагрузкой цикла.

При этих допущениях температурное поле в сердечнике теплообменника определяется уровнем (количеством) накопленного избыточного конденсата, характеристиками теплообменного аппарата и свойствами криоагента. Система уравнений, описывающая процессы в ДМКС, после упрощения сведена к следующим уравнениям.

Уравнение теплового баланса ДМКС:

)-&■(/-*)-'(1)

Уравнение истечения криоагента в дроссельном микроклапане:

^H-t'Wl1-^'-"1^ (2>

= Р.! Р. +л />,)/(/>, - Д л) (2,а)

i = [*-*.+(!-*)• *]/(!-е.) (2,6)

Зависимость проходного сечения микроклапана 5 от подъема иглы г и половины угла заточки а:

Af-fi)

-к- z-zJ-rf

sina t \ jin1 cc costi

' I \

tosfi v i cos'p

-n„r■ z, при гйz.

/?= аггай!

Г- 2

(2-й:

г-ил а

-л^д (3,а,б)

Температурное поле в канале обратного потока теплообменника получено решением системы дифференциальных уравнений теплообмена

¿У /¡{г^^г-Сг-г) Ох ~ О • <£(Т") ¿Г к{Г,Т')Г-(Г-Г) <Гх~ с-£;(г)

с граничными условиями: Г|110 = 7^, и Г'|1=,.г = 7? неупомянутыми допущениями. Свойства криоагента приняты среднеинтегральными в диапазоне температур, погрешность, связанная с усреднением для азота и воздуха определялась численным интегрированием и не превышает 6,5%.

Решение системы отличается от известных учетом "затопления" к :

(4,а) (4,6)

1-1Г в = 9„ при 1-к

, при Ой х < 1-к

(5)

оя,=а,-{1-ЩЦрро-ж) (6)

Для предложенной автором конструкции (рис.1) саморегулирующегося микрохолодильника с дилатометрическим регулятором, чувствительным элементом в котором является пластмассовый сердечник теплообменника, текущие температуры дилатометрической парь; "сердечник-игла клапана" определялись и уравнений т„ =тж +{т-т,)\1-ехр{- !>.*)]/[/ -«чК- О)]

(г+г)

Совместное интегрирование уравнений температурных полей и зависимости для КЛТР дает для зазора в микроклапане:

от, ОТ,

Без учета составляющих высших порядков малости возможно интегрирование в квадратурах

/М-

"Л,-

0-/

Л

2Ь(§-§1У+Н)

ЛЩ2

(Ю)

где © = вс/в„; » = 1У/(1-IV)

Численным анализом с применением описанной модели показано, что вне зависимости от выбора мате-

6/ 5' 3/ 2 7 1Г риала чувстви-

Рис.1. Конструктивная схема микрохолодильника адап- тельного элемен-тирующейся расходной ДМКС. та его работо-

1 .-охлаждаемый объект; 2.-дроссельный клапан; 3,- способность теплообменник; 4.-чувствителъный элемент; 5.-игла; 6,- должна нару-комленсатор; 7.-узел настройки. шаться при по-

нижении темпе-

1223 - высокий КЛТР;

низкий КЛТР

« лп

г-текстолит ГЧ16Н10Т латуяь

~ фторопл-З гэбонит

I-г^сшрал тефлон

ратуры окружающей среды на 30-40 К. Были разработаны и проанализированы технические решения, исключающие этот недостаток.

Для уменьшения влияния изменений температуры окружающей среды на расход был предложен метод компенсации с помощью дополнительного дилатометрического регулятора - компенсатора. Размеры чувствительного элемента компенсатора определяются свойствами криоагента, эффективностью теплообменного аппарата, рабочим диапазоном температур и рассчитываются по формуле:

г _ ^ _ (Д-'НярД+О

* Н О ехрО-с

(11)

Для азотных систем при

а«10= 1/К

Рис.2. Зависимость характеристик адаптирующейся расходной ДМКС от КЛТР.

21 ЗА' 5 Г £333К ос

ч

=0.58 - 0.73.

Для расчетных исследований модель дополнена теплофнзическими свойствами крноагента, уравнениями теплоотдачи, данными о КЛТР материалов, использованных в качестве чувствительных элементов. Разработан алгоритм и программа машинного расчета. Выполнен расчетный анализ влияния конструктивных и режимных параметров на расходные характеристики. На рис.2 в качестве примера приведена зависимость параметров микрохолоднльника от выбора материала чувствительных элементов.

Исследования КЛТР и поиск пластмасс был выполнен с учетом этих данных. Исследования выполнялись относительным методом в статическом режиме на специально сконструированном дилатометре с проточным криостатом в диапазоне температур 80-360 К. Криостат имел двухступенчатую систему терморегулирования. Выполненный из ковара дилатометр был оснащен индикаторной головкой с точностью измерения 0.5 мкм и системой термостабилизации теплых частей корпуса. Дилатометр тарировали и проверяли по медному образцу. При исследованиях шаг по температуре составлял 15 К, погрешность определения удлинения не превышала 7%, погрешность отнесения - не более 0.35 К. Замеры производили для нескольких образцов каждого материала и повторяли не менее 3 раз после стабилизации параметров. Полученные данные аппроксимировал и полиномами с погрешностью не более 10% .

В ходе экспериментов помимо КЛТР исследовалась временная и температурная стабильность образцов и выбор материалов производился с учетом всех факторов. В качестве материала для чувствительных элементов был принят поликарбонат дифлон, который помимо высокого КЛТР и хорошей стабильности

Давление, МПа Рис.3. Сопоставление расчетных и экспериментальных характеристик микрохолодильникоз адаптирующихся расходных ДМ КС

технологи .ен. Детали из поликарбоната дифлон могут изготавливаться методом литья, что делает себестоимость микрохолодильника еще ниже.

Результаты исследований были положены в основу конструкторских разработок базовых образцов микрохолодильников для адаптирующихся расходных систем.

Экспериментальные исследования адаптирующихся расходных ДМКС проведены в диапазоне давлений Р — 60-5 МПа, диапазоне тепловых нагрузок ц = 0.1 - 8 Вт, температур окружающей среды Тж = 333 - 213 К.

На рис.3 приведены в сопоставлении результаты расчетов и эксперимента. Очевидна хорошая сходимость результатов расчетов и экспериментальных характеристик. Аналогичные результаты получены для переменных температур среды и тепловых нагрузок.

Экспериментальн о были исследованы характеристики адаптирующихся расходных ДМКС в различных условиях при работе на различных монокриоагентах и многокомпоне лтных смесях. Установлено, что характер зависимостей для всех криоагентов аналогичен. На рис.4 показаны расходные кривые, зависимости коэффициента полезного использования холода и полезной холодопроизводительности от давления , пя азота, воздуха, аргона и азот-хладоновой смеси. Установлено, что при одинаковой температуре криостатирования длительность работы ДМКС на смесях в 2.3-3.3 раза выше, чем для азота.

Оптимальный закон изменения расхода при пуске Отип ( Т), обеспечивающий его минимальную длительность, был построен с исполь-¡ованием квазисгационарной модели с сосредоточенными параметра-1и. В основу модели положены приведенные выше уравнения. При пом ввиду значительных гидропотерь в теплообменнике при большом пусковом расходе криоагента вместо изобарных теплоемкостей в уравнениях температурного поля использовали средние в диапазоне давле-

• - азот

6 - воздух

д - аргон

-ХАС

Давление Р, МПа Рис.4. Статические характеристики адаптирующихся расходных ДМКС.

ний, определявшиеся по конечным параметрам. Методика расчета по-

10 72-

£б4-о

5 56 «48 §40

(О

3 32-

о

§-24-

1«

|вн о

4.0

3.6

о 3.2

* 2.8

§2.4

Ь 2-0

§1.6 К

8 1-2

0.8 0.4 0.0

зволяла отдельно определить влияние каждого вида потерь на величину оптимального расхода и текущую скорость охлаждения. Оптимизационные расчеты

лись методом покоординатного спуска с уточнен- ¿м на каждом шаге теплофизических свойств Для одной из конструкций ДМКС результаты расчета, приведены на рис.5. Сопоставление реального закона измене-100 140 180 220 260 300 Ния расхода с (}опт(Т) к анализ составляющих потерь открывают направления совершенствования пусковых характери-

-

- ■>т у /

- 0 /

- / /

- / А г

- 1 / янт

- /

- /

/у

г-» -т —1— —1—

60

Температура, К Рис.5. Оптимальные пусковые характеристики расходной ДМКС

стик систем.

Оптимизация давления заправки Р^ разомкнутых ДМКС явилась одним из последних резервов их дальнейшего совершенствоваг >я. Она выполнена для различных криоагентов, формы баллона, задаваемой отношением высоты баллона к радиусу /3 = А/г, свойств материала баллона, задаваемых плотностью рв и комплексом а = <-о-л/ а,, где ю и X - коэффициенты запаса прочности и ослабления сварного шва, а, • предел прочности. Для минимизации массы определялась относительный полезный холод . производимый системой на единицу ее массы Я: 1 тг

йг'И

г -Я—

■"Лг

Рц-

О ) (4+аР, V, Г ЗРЛ (2 + д.Р,^ 1 / 4 + 30) {4-а-Р,) \2~a-P,) [ КГ

Минимизащпо габаритов проводили по объемному показателю:

Р,

-.(12)

е.

Я,.

V '

(4 + ЗА)-1Ь4,-ч-Л-

(13)

При оптимизационных расчетах установлено, что значения оптимального давления слабо зависит.от формы баллона, существенно превышают принятые на практике 35 МПа и относятся для всех криоагентов к заинверсионной области. Значения оптимального давления и до-

стигаемое при его применении снижение массы ДМКС приведены в табл.1.

Полученные данные положены в основу разработок разомкнутых ДМКС "Алдан". "Алдан-М". "Филип" н др. Для внедрения их в производство с использованием

экспериментальных методик ...... Табл.1

и стендов были разработаны технологии изготовления микроминиатюрных деталей дроссельного клапана, узла настройки, пластмассовых деталей, сверхпрочных титановых баллонов и др., а также методы настройки регулятора и испытаний. Был выполнен большой объем климатических, механических, надежностных и ресурсных испытаний. Натурные испытания на сохраняемость и ресурс проводятся уже в течение 17 лет. Результаты работ положены в основу серийного производства расходных ДМКС с высокими объемами выпуска. Эти ДМКС превосходят ранее выпускавшиеся по длительности работы в 4-8 раз в азотном исполнении и в 10-20 раз - в смесевом.

Криоагент Р V де,.

МПа кДж/кг %

Азот 50 10,31 9,6

Воздух 55 12,39 12,2

Аргон 62,5 17,28 28,8

Кислород 62.5 17,54 29,8

ХАС-78/4С 47,5 23,59 8,9

СОЗДАНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ РАСХОДНЫХ ДМКС ГАЗОГЕНЕРАТОРНОГО ТИПА. Результатом описанных выше работ явилось фактически достижение технического предела совершенствования расходных ДМКС, как по количеству накопленного в баллоне холода, так и по эффективности его использования. Для его преодоления необходимы принципиально новые подходы и технические решения. Поиск путей повышения начальной плотности криоагента в баллоне привел с созданию нового типа расходных ДМКС. В этих системах баллон заправляется химическим соединением, находящимся в твердом гаи жидком состоянии. При работе _ ДМКС производится разложение соединения с выделением газообразного криоагента под давлением. Был сформулирован сложный комплекс требований, предъявляемых к химическому соединению. Плотность вещества и его сгехиометрический со-

§ 14

5 1.0 Ш 2 0.8 л

>•0.6 л

О 0.4 о

X ь-о с: С

0.2 0.0

жвдк.

АГС1

АГС2

РИС.6.

став должны обеспечивать высокую плотность упаковки криоагента. Вещество должно быть стабильным при хранении, но легко и без

взрыва разлагаться. Продукты- разложения (вещество-носитель) не должны покидать баллон и засорять криоагент. Криоагент не должен загрязняться влагой и другими посторонними веществами, не являющимися продуктами разложения, но попадающими в баллон с исходным составом.

Из большого круга определенных при анализе воз-можн. .х химических источников криоа-гагга, включающего хлораты, перхлораты, азотистые соединения, органические вещества нал-больший интерес представляют азиды щелочных и щелочноземельных металлов и, главным образом, азид натрия №N3. Азид натрия дешев, выпускается в больших количествах и является промежуточным продуктом в производстве инициирующих взрывчатых веществ. Обладая плотностью 1850 кг/м3, он содержит 64.8% азота. Это соответствует плотности упаковки азота 1200 кг/м-'

объема баллона, что в 3 раза выше, чем для оптимальной азотной ДМКС, построенной на традиционных решениях. Азид натрия р;п-лагается при нагреве по схеме

2ЫаК, '°=553К > 2,\'а + ЗУ,. (14)

Выделяющийся при разложении Ма активно связывает воду, углекислый газ, другие примеси, обеспечивая подачу в уикрохолодильник практически идеально чистого азота. Реакция разложения экзотер-мична, однако не самоподдерживается. Для поддержания реакции и связывания твердых продуктов реакции в шлаковый спек к азиду натрия целесообразно добавить окислители, первоначальный круг которых весьма широк. Вариант такого процесса представлен реакцией:

= 2Ге + ЗУа,0+9У, (15)

Табл.2.

Параметр АГС-1 АГС-2

Состав % вес: №N1 70 96

Рег05 20 -

ЯОг 7 -

ВаОг 3 -

фторопласт Ф4-ПН - 3

С - 1

Плотность состава, % вес 2080 1750

Содержание азота, % вес 41.5 58.7

Плотность упаковки азота, кг/м' 863 1050

Температура горения, К 650 —

Теплота сгорания, кДж/кг 1797 910

Рис.7. Схема газогенераторной ДМКС.

1-воспламенитель; 2-гильэа; 3-заряд; 4-генератор; 5-клапан; 6-радиатор; 7-ресивер; 8-фильтр; 9-михрохолодильник.

Совместно ЛТИ им. Ленсовета для газогенераторных ДМКС были разработаны два азидных состава АГС-1 и АГС-2. Были исследованы баллистические характеристики, определен закон скорости горения, термическая стабильность, чувствительность к удару, трению, температура и теплота сгорания, выход азота и его чистота. Некоторые результаты исследований приведены в табл.2.

Разработаны варианты схем газогенераторных ДМКС, один из которых приведен на рис.7, изготовлен макет системы и исследованы ее характеристики. Установлено, что при использовании даже менее эффективного состава АГС-1 показатель е0 достигает 20 кДж/кг. В схемах с регулируемой скоростью разложения е„ возрастает до 30 кДж/кг, объемные же показатели газогенераторных систем в 5.3 раза лучше, чем у традиционных. Полученные результаты открывают новое направление в микрокриогенной технике, приоритет которого защищен., а достоинства состоят не только в эффективности, но и в расширении возможных эксплуатационных свойств изделий.

ИССЛЕДОВАНИЕ И СОЗДАНИЕ АДАПТИРУЮЩИХСЯ ЗАМКНУТЫХ ДМКС.

Исследования, ориентированные на совершенствование замкнутых ДМКС, на первых этапах касались только их криогенной части - мик-рох олодильник а.

Базой для этих работ в значительной мере послужил анализ н исследование процессор в теплообмеином аппарате микрохолодильника.

В замкнутых ДМКС используются исключительно многокомпонентные криоагенты. При этом процессы в микрохолодильнике и, главным образом, в канале обратного потока теплообменника весьма сложны. Теплоотдача к многокомпонентной смеси сопровождается фазовым переходом при вынужденной конвекции в канале сложной формы. Исследования такого процесса традиционными методами крайне трудоемко. В то же время информация о теплоотдаче в канале обратного потока весьма необходима, так как практически полностью определяет свойства микрохолодильника в целом.

Упрощенный альтернативный подход к решению данной задачи позволил с минимальными затратами получать информацию, необходимую и достаточную для использования в инженерной практике для анализа процессов, расчета и проектирования теплообменного аппарата смесевых ДМКС. В его основу были положены следующие соображения.

Как для разомкнутых, так и для замкнутых ДМКС максимальная епловая нагрузка на теплообменный аппарат приходится на пусковой режим, когда для обеспечения быстрого охлаждения расход криоагента многократно превышает стационарный. Поэтому, строго говоря, расчет теплообменника следует производить по параметрам именно не-

стационарного пускового режима. Такая постановка до настоящего исследования рассматривалась, так как попытки расчета теплопередачи в нестационарном процессе при отсутствии описания его стационарного аналога считались необоснованными. В то же время процессы теплоотдачи в канале обратного потока в пусковом режиме значительно отличаются от стационарных. Большую часть периода охлаждения жидкий криоагент вообще отсутствует в канале. Но и «иже температуры насыщения из-за большой разницы плотностей пара и жидкости объемная доля последней не превышает 5%. Это видно лз рис.8. Естественно, что механизмы теплоотдачи, характерные для кипения не могут играть определяющую роль в этих условиях.

На основе этих соображений была предложена следующая модель процессов в теплообменнике. В однофазной зоне расчеты выполнялись по приведенным выше зависимостям. В двухфазной зоне канала обратного потока термическое сопротивление на границе жидкость-пар считалось пренебрежимо малым ввиду высокой дисперсности жидкой фазы и заведомо высокого коэффициента теплоотдачи при фазовом переходе. Это позволило в двухфазной зоне использовать известные уравнения теплоотдачи при вынужденной конвекции однофазного потока. Однако при этом свойства рабочего тела, входящие в числа подобия, определялись по составу газовой части потока, а энтальпии - по валовому составу.

Эта модель положена в основу алгоритма и программы расчета. Расчет выполняется в предположении о квазисгационарности процессов. В пределах температурных участков 5 К свойства рабочего тела считались постоянными. Основные расчетные соотношения включали уравнение те готового баланса для элементарного участка:

в ■ 5к,1 = -С -5 Ьц = 5 (16)

Уравнение теплопередачи для элементарного участка

5Ч) = к ¡-Г, (ти - Т„) (17)

Коэффициенты теплоотдачи определялись по хорошо проверенным в расчетах расходных систем зависимостям.

В двухфазной зоне канала обратного потока коэффициент теплоотдачи определялся по свойствам и скорости течения парообразной части криоагента:

4 С /

= а (19)

ю 5 о

о ° о

§2 s

2И

с

о о Ч

I I I I

- I ХАС-78/8 1 Р=0.1 МПа|

-

80 100 120 140 160 Температура, К Рис.8.

320

Энтальпию определяли для валового состава потока:

= ¿„) (2°)

Теплофизические свойства многокомпонентных криоагентов находили интерполяцией по таблицам, разработанным д.т.н. Н.Захаровым и его сотрудниками и данным исследований ОТИПП. Алгоритм расчета состоял в следующем. В проектном расчете по

заданной разности температур на теплом конце теплообменника определяли ход температурных кривых, требуемую длину каждого участка и общую высоту теплообменника. При поверочном расчете задавались начальным приближением разности температур на теплом конце теплообменника и определяли поверхность. Затем в итерационном процессе изменяли эту разность, добиваясь совпадения расчетной и фактической поверхности с заданной невязкой.

Расчеты температурного поля в канале обратного потока, выполненные на основе этой модели, сопоставлялись с результатами непосредственных замеров на специальном стенде. В процессе исследований установлено, что

. 200

120

• Т ¡МГк рат /ра :ре, / |Ы fA Г

PE сче О f k

1s / 21 /

У- / Теп пер атур \ i а.* / i.

/ ll 1 ыщс HKÍ I

Р к J л'

О.ОО 0 50 1.0С

Относительная длина теплооС ленника •

Рис.9. Температурное поле в канале обратного потока.

1 .-режим без избытка холода; 2.-режим с избытком холода.

режимы с затоплением 70-80% теплообменника и выраженными процессами кипения, которые отмечались разработчиками смесевых криоагентов, соответствуют только нерасчетным режимам работы с избыточной холодопроизводительностью. Для режимов работы без избыточной холодопроизводительности получена удовлетворительная качественная сходимость (рис.9). Это дало основание для использования настоящей методики на практике.

Данные исследований температурных полей в разных режимах работы ДМ КС, описанный метод расчета, а также опыт создания адаптирующихся расходных ДМКС были использованы при совершенствовании замкнутых систем.

• Созданне и исследование адаптирующейся замкнутой ДМКС, оснащенной микрохолоднльником с саморегулирующимся дроссельным клапаном явилось ее первой из'рассмотренных возможностей. Исследования температурных полей (рис.9) показали, что избыточная холо-донрои зводтельность приводит к деформации поля в канале обратно-

го потока. Наличие избыточной холодопроизводительности мало изменяет температуры на концах аппарата, но , (аег значительные изменения, достигающие 100-170 К, в средних его сечениях. Столь значительные изменения далн возможность создать м шро-холодилышк с саморегулирующимся дроссельным клапаном, поддерживающим давление "до себя". Величина этого давления уменьшалась в режимах работы с избыточной холодопроизводн-тельностью вплоть до исчезновения этого избытка.

Схема микрохолодильника приведена на рис. 10. В зоне сердечника теплообменника, где изменения температуры максимальны установлен миниатюрный баллончик, соединенный гибким капилляром с замембранной полостью дроссельного клапана-маностата. Баллончик заполнен рабочим телом до давления, равного оптимальному пусковому давлению, и загерметизирован. Тепловой контакт бал-

Рис. 10. Схема микрохолодильника с саморегулирующимся дроссельным клапаном.

1.-сердечник; 2.-ореберенная трубка; З.-втулка; 4.-термобаллон; 5.-капп лляр;6.-мембрана; 7.-дроссельное отверстие.

90

86

¡5 82

0.5 -| 12

§0.4^°

I0'3 1*

§

о> 6-

8- <= § 78 -I ё 0.2

лончика с сердечником осуществлялся через втулку, температуропроводность которой подбиралась экспериментально. Баллончик может перемещаться вдоль сердечника для настройке. Исследования микрохолодильника с саморегулирующимся дроссельным клапаном проводили в составе выпускаемой серийно замкнутой ДМКС с использованием различных криоагентов. На рис.11 $ показано характерное изменение параметров цикла зам кну-зотой ДМКС при охлаждении объекта теплоемкостью 6.6

74 н § 0.1 ! Ч

70

0.0

т

553-* * 1 \

\ \ --

■! о /1 V Р1

1 V-- Р2, 1 ^

Г ! -1--4

6 20 25

0 12 3 4 Время, мин

Рис.11. Пусковые характеристики замкнутой ДМКС с само регулирующимся дроссельным клапаном. Дж/К и теплопритоком через изоляцию 1.8 Вт. Теплоприток определен по скорости испарения -жидкого азота с учетом перегрева его паров. В

качестве криоагента использован азот-хладоновый состав ХАС-78/8. Благодаря тепловой инерции баллончика в течении 2 минут, вплоть до

охлаждения до 86 К, давление на-

га с

<а :

s

х

<D

с <

Ш '

га

С£

1

Р1

т

j

А— -

90

84

82

78

о I-

74

0

гнетания Р1 поддерживается близким к оптимальному. В конце третьей минуты происходит переключение ДМКС с форсированного режима в номинальный, далее параметры цикла постепенно стабилизируются. Давление нагнетания устанавливается на уровне 3.5-4.0 МПа. Это хорошо соответствует расчетному минимальному давлению для этих условий. Следует отметить, что температура криостатирова-

1 2 3 Нагрузка Q, Вт Рис.12. Статические характеристики ДМКС при переменной нагрузке, ния при этом остается весьма стабильной. Ее вариации не превышают

0.5 К. Это достигнуто подбором зоны размещения термобаллона внутри сердечника. На рис.12 приведены нагрузочные характеристики ДМКС для Toc = 300 К. При подведении тепла электронагревателем в зону криостатирова-ния давление нагнетания повышается и ДМКС остается работоспособной вплоть до Q = 2.5 Вт. Аналогичные данные получены для различных криоагентов.

Величина давления в цикле зависит от температуры окружающей среды. Это видно из данных рис.13. Особый интерес представляют результаты, полученные в экспериментах с бинарным азот-хладоновым криоагентом ХАС-85/4, состав которого оптимизирован для давления 4.0 МПа и температуры криостатирования 85 К. ДМКС, спроектированная для охлаждения объекта с теплоемкостью 14.2 Дж/К и стационарной нагрузкой 3 Вт, обеспечила время охлаждения менее 3 минут и устойчивое криостатирование при давлении нагнетания 1.2-2.4 МПа. Сталь низкие рабочие давления нагнетания для подобных систем Джоуля-Томсона получены впервые.

240 270 Температура Toc, К Рис. 13..Статические характеристики ДМКС с саморегулирующимся дроссельным клапаном при переменой температуре.

Создаиие и исследование адаптирующейся замкнутой ДМКС с накоплением сжиженного криоагента. В серийно выпускаемых замкнутых ДМ КС для форсирования холодопроизводит мыюсти в пусковом режиме используется метод изменения параметров связанный с изменением количества циркулирующего криоагента. В этих ДМКС ьо завершении охлаждения часть криоагента из циркуляционного контура с помощью специального арматурного блока направляется в ресивер высокого или низкого давления и содержится там вплоть до следующего включения. Исключение части криоагента из циркуляции ведет к снижению давлений всасывания и нагнетания и уменьшению холодо-пронзводительности ДМКС. Для ДМКС холодопроизводителыюстью менее 1 Вт масса арматурного блока составляет до 25% общей массы. В настоящей работе был предложен и исследован иной способ целенаправленного воздействия на параметры цикла ДМКС, также связанный исключением из циркуляции части криоагента однако не требующий специальных арматурных средств регулирования.

Предпосылкой для его создания служит естественный процесс на-.

копления жидкого криоагента в испарителе, капиллярных каналах теплообменника и других "мертвых" объемах мик-рохолодильшпеа. Накопленный сжиженный криоагент естественным путем без дополнительных устройств исключается из циркуляции. Этот процесс происходит во всех замкнутых ДМКС, работающих с избыточной холодопроизводителыюстью. Однако, если связанные с ним изменения параметров цикла достаточно велики, то они могут быть использованы для адаптации параметров ДМКС к изменениям внешних

1 - компрессор; 2 - ресивер низ-' Условии, кого давления; 3 - ресивер вы- Для решения этой задачи необхо-сокого давления; 4 - микрохо- димо улучшить условия накопления и лодильник; 5 - капиллярно- надежного удержания жидкого криоа-пористый накопитель гента в холодной зоне микрохолодиль-

ника. Это может быть достигнуто установкой капиллярно-пористых накопителей, размещаемых в мертвом объеме испарителя и/или полости сердечника. Объемы теплых полостей ДМКС выбираются так, чтобы при наличии избыточной холо-допроизводительиости заполнение накопителей конденсатом сопровождалось адекватным изменением параметров цикла, направленным на ее снижение. На практике это означает уменьшение объемов всех полостей по отношению к традиционным. Таким образом, использо-

с накоплением сжиженного криоагента ДМКС

ванне процесса накопления для адаптации позволяет не только уменьшить размеры и массу ДМКС за счет устранения арматурного блока, но и вьнгуждает конструктора к уменьшению остальных элементов системы. Хранение исключенного из циркуляции криоагента в жидком виде удобно, поскольку плотность криогенной жидкости в сотни раз превышает нормальную плотность газа и объем полости для хранения может быть невелик.

Для расчета и анализа процессов в такой ДМКС традиционная методика должна быть дополнена зависимостями, учитывающими накопление сжиженного криоагента. Они приведены для наиболее распространенной на практике схемы ДМКС с дроссельным клапаном-маностатом, поддерживающим постоянное давление "до себя" (рис.14), при допущении об изотермичное™ "теплых" элементов ДМКС во всех режимах работы. В анализе принималось также, что состав циркулирующего криоагента у', при криостатировании с номинальной стационарной тепловой нагрузкой совпадает с оптимальным для данной смеси. Параметры, относящиеся к этому режиму, имеют индекс "«". Возможности адаптации ДМКС удобно оценить по ее параметрам в пусковом процессе, когда требуется максимальная холодопроизводительность.

Концентрация каждого компонента у', в пусковом режиме составит:

У = т'и/йЬ1+( т'п (21)

С учетом масс криоагента и его компонентов в газовых коммуникациях, найденным по известным давлениям ¡\ и Я/, объемам полостей У/, У2 и V] , а также массы накопленного жидкого криоагента щ и его компонентов т'ц, определенных по данным о фазовом равновесии , молекулярной массе я,. плотности жидкости р\ и пористости е,

т = Уз ■ е, ■ р', ■ р, ■ х\ (22)

я

т ; = 2 т ') I (23)

1« 1

было получено:

у. = д Г.«*!/»ГЯ,Р7А,п-у] (24)

' ЯТ..р',/р;у, + Р,Г-,/г;у1 + 1

Соотношение пусковой и стационарной холодопроизводитель-ности ДМКС, характеризующее возможности ее адаптации определяется выражением:

я

Д • «г ' 2 ' У* У~ ( Т 1 \ ИТ

(25)

д-'г

I (Г I I Р'р"

'Л1/ -I' Г2Г:

Здесь - составляющая, зависящая от изменения дрос-

сель-эффекта при изменении состава; ^-¿л-^/Ёл л -

состав-

ляющая, зависящая от изменения плотности на всасывании при изме-У]_(_1 1) яг„,

I г,"

нении состава; = р,

-р', + 1- составляющая,

к, и; г])'р;Г,

зависящая от изменения плотности на всасывании при саморегулировании давления.

Для адаптирующейся замкнутой ДМКС на монокриоагенте зависимость для изменения холодопроизводительности за счет накопления конденсата упрощается:

о. = е, =

яг.

-р\ + 1

(26)

Давление в полостях рассматриваемой ДМКС при выключении следует определять с учетом накопленного конденсата:

+ ^ + (27)

Р = ;

+ 1 и; у,' Р;У,'

Из анализа приведенных выражении следует, что при -заданных

параметрах цикла Р, и Р' ,

_ 3

РЧО',2 МПа

40 10

составе криоагента у, и температуре окружающей среды Тт достигаемая степень изменения холодопроизводительности 2 определяется соотношением объемов полостей Р, и У,. Характер влияния показан на рис.15 для смеси с составом у'К13 = 0.47 и ^¡=0.53% об. При расчете энтальпию и сжимаемость криоагента определяли методом Ли-Кесслера, а концентрацию компонентов в жидкости и ее плотность при Г, =100 К задавали по данным о фазовом равновесии системы "азот-хладон-13" дгл: = 0.0659и />;= 18.14моль/л.

Из рис. 15 видно, что некоторое изменение холодопроизводительности и соответствующая деформация состава криоагента имеют место

4 5 6 789

100

3 4 5 6 789

1000

Объем полостей низкого давления, У2 Рис.15.

даже для ДМКС с традиционно большими объемами ресиверов. При <500 изменения холодопроизводительности уже достаточны для практического использования. Дальнейшее уменьшение Р2 дает степень изменения холодопроизводительности при переходе "пуск - криостати-рование", которые существенно выше, чем применяемые в традиционных схемах форсирования. При этом значительная часть достигнутого эффекта связана с изменением состава криоагента и мало влияет на потребляемую компрессором в этом режиме мощность. Так при получении б = 5 за счет изменения состава холодопроизводительность меняется в 1.61 раза (влг •£?„ = 1.61), а за счет изменения давления всасывания только в 3.1 раза, при этом Р = 0.43 МПа. Для традиционных схем форсирования при 2 = 5 необходимо задать Р = 0.625 МПа, что в большинстве случаев недостижимо по условиям прочности.

\ I ! N2 -0.37 R13 - 0.63 - - I I N2 -0.47 R13 - 0.53

XS i

V \\ \\ Р1 =0.6 МПа - 1К Р1=0.6 МПа

\\ \ \ Al \ - \

! i Р2=0. 2 МПа ч - Р2=0. 1 МПа

100 150 200 250 300 100 150 200 250 300 Температура, К Рис.16.

Изменение состава криоагента открывает и принципиально новые возможности в проектировании ДМКС.

В обычных ДМКС содержание в многокомпонентном криоагенте высококипящих компонентов с большим дроссель-эффектом ограничено. главным образом, неосуществимостью теплообмена при низких температурах. Пересечение изобар в T-Q-диаграмме ведет к увеличению разности температур на концах теплообменника и снижению эффективности или к неосуществимости цикла в заданном температурном интервале. В цикле с накоплением отвод из циркуляции части жидкой фазы, содержащей в основном высококипящие компоненты.

происходит по мере охлаждения и ее конденсации. Это в значительной мере снимает ограничения по составу.

В диаграмме на рис.16 приведены данные иллюстрирующие этот процесс. Стартовый состав криоагента не гарантирует достижения заданной температуры 85 К, так как при охлаждении до температуры конденсации хладона-13 начинают нарастать потери холода из-за не-дорекуперации. Благодаря оттоку в пористый накопитель части жидкости, концентрация хладона-13 падает и ограничения по теплообмену снимаются.

Для экспериментальной проверки возможности саморегулирования параметров цикла и состава криоагента был создан стенд, позволяющий вести непрерывный контроль и регулирование давлений и температур в узловых точках цикла, тепловой нагрузки цикла, периодически контролировать состав криоагента, производительность компрессора и другие параметры.

1.50

1.25-

ш

§ 1.00-1

см" а.

0 0.75

1 ф

т (О

с:

0.50

0.25

0.00

-12

со

а*10

0

1 ® с

а>

о ю

I4

а. |2

о и о

X 0

.к •

\о -4 Л

у \т

А 1 -Л.

1 V V —н-^-1

300

га С

' го" о"

О.Т-

§" О

Н

л СГ

0 20 40 60 80 100 120 140 160 Время, с

Рис.17. Пусковые характеристики адаптирующемся азотной ДМКС.

Объектом исследования были экспериментальные ДМКС. Основным их отличием от серийно выпускаемых аналогов были отсутствие элементов электро-, пневмоавтоматики значительно уменьшенные объемы ресиверов и других газовых полостей. В холодной части микрохолодильника размещался капиллярно-пористый накопитель, выполняемый из полштеновинилформаля и других пористых материалов.

На первом этапе исследовалась азотная ДМКС, укомплектованная двухступенчатым мембранным микрокомпрессором. Объемы ресиверов составляли V, = 4.5 мл. Кг = 270 мл, полезный объем накопителя ¿1", = 1.8 мл. ДМКС имела микрохолодильник с дросселем постоянного

сечения. В качестве изоляции использовался стеклянный сосуд Дьюара с теплопритоком 0.5-0.6 Вт.

На рис.17 дана динамика изменения основных параметров в пусковом периоде. Первые 3-4 секунды составляют период набора давления: давление в линии нагнетания нарастает до 25 МПа, а давление

всасывания падает до 0.37 МПа. Затем давление нагнетания начинает падать, а всасывания нарастает из-за увеличения пропускной способности дросселя при охлаждении, темп которого составляет 10 К/с. Через 18 с в испарителе появляется конденсат. С этого ■ момента снижаются давления во всех полостях, а температура соответствует температуре насыщения. В течение примерно 3 минут температура и давления стабилизируются, 0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 причем давление нагнетания устана-„ „„ ^ Тепловая нагрузка, Вт вливается на весьма низком для азота

Рис.18. Статические характеристи-__ г с .«п -V

--- ■ к -п..1гг. уровне 6.5 МПа. Холодопроизводи-

ки адаптирующемся азотной ДМКС. зг ^

Л тельность ДМКС стабилизируется на

уровне примерно в 3 раза ниже, чем пусковая.

На рис.18 приведены статические характеристики ДМКС при переменной тепловой нагрузке. В широком диапазоне ДМКС остается работоспособной, адекватно подведенной нагрузке изменяя давления в цикле и его холодопроизводительность.

Для четырехкомпонентнсй смеси, состав которой оптимизирован для криостатирования на уровне 80 К, исследовались изменения состава и параметров цикла при пуске. Для получения оптимального дл криостатирования состава в условиях саморегулирования ДМКС выводилась на режим, а затем "промывалась" криоагентом. Криоагент через специальный клапан подавался на всасывание компрессора и частично выводился в атмосферу на выходе из микрохолодильника. При этом поддерживались оптимальные давления всасывания и нагнетания и контролировалась температура криостатирования. Накопитель микрохолодильника, размещенный в полости его сердечника, заполнялся жидким криоагентом, а в циркуляционном контуре устанавливался состав, близкий к оптимальному, подаваемому из баллона. Затем ДМКС герметизировалась. После остановки и отогрева жидкий криоагент испарялся и системе устанавливался стартовый состав, богатый тяжелыми компонентами. Этот состав характерен только для данной ДМКС с присущими ей характеристиками компрессора, микрохолодильника, объемами полостей.

О га

лС

В табл.3 приведены результаты экспериментов, проведенных с использованием криоагента ХАС-78/8 (60% лг, , 20% Я13 , 15% Я14 , 5%

Л'е).

Табл.3

Режим работы Состав криоагента, моль/моль Давление, МПа Др-эфф. Дж/моль Расход л/мин

N7 И14 тз № Р< Рг

Пуск 0,434 0,151 0,389 0,026 15,0 0,2 3867 4,9

Стационарн. 0,641 0,124 0,183 0,052 '7.1 0,11 942 3

Соотношение пусковой и стационарной холо-допроизводительности здесь составляет () = 6.7. В том числе за счет изменения параметров цикла: давления нагнетания

£1п = 1.96, давления всасывания (массовой производительности компрессора) £)Р1 = 1.63. Вклад изменения состава криоагента в саморегулирование холо-допроизводительности составил • (}„ = 2.09. Статические характеристики адаптирующейся ДМ КС с накоплением при работе на многокомпонентном крио-агенте приведены на рис.19.

Характер изменения параметров цикла здесь аналогичен зависимостям, полученным для моно-криоагента. Однако увеличение концентраций тяжелых компонентов смеси дает дополнительное увеличение холодопроизводительности и расширяет зону адаптации ДМ КС.

Приведенные данные дают экспериментальное подтверждение возможности осуществления дроссельного цикла с саморегулированием состава криоагента и построения адаптирующихся ДМКС. работающих по этому циклу.

20

II | И

1 «

0

1 «

О ? 10

5 >

м

£ ! О

° .4 :

- р-------

к-

---

Стартовым состав Д мот- 44% О »»»-2,7% $ хладон-13 • 33.3* хладои-14 -154 --]--

1

61

м "

о £2; со:

м

5> г

«ч

О !в "

54

52

5

0 13 14

Нагрузка цикла, Вт

Рис.19. Статические характеристики адаптирующейся ДМКС на многокомпонентном крио-агенте.

СОЗДАНИЕ АДАПТИРУЮЩИХСЯ ДМТСС С РЕГУЛИРУЕМЫМ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ КОМПРЕССОРА.

Возможности адаптации замкнутых ДМКС к изменяющимся внешним условиям за счет воздействия на их криогенную часть, как показано выше эффективны, но все же уступают регулированию холо-допроизводительности изменением оборотов компрессора. Ранее такая возможность для микрокомпрессоров была неосуществима из-за проблем создания компактного и эффективного регулируемого электропривода.

При создании адаптирующейся ДМКС с регулируемым электроприводом необходимо определить принцип, схему и алгоритм регулирования. Из большого числа возможностей предпочтение отдано схемам, приведенным на рис.20 и 21. Здесь 1-компрессор, 2-фильтр-адсорбер, 3-микрохолодильник, 4-нормально-открытый электропнев-моклапан, 5- ресивер высокого давления, 6-дроссель с термомеханическим регулятором сечения, 7-электронный блок, 8-ресивер низкого давления, 9-датчик абсолютного давления, 10-дроссель-регулятор давления "после себя", 11 -датчик температуры.

На рис.20 приведена схема адаптирующейся ДМКС с регулированием оборотов компрессора по величине давления всасывания. В этой схеме использован^ научные положения и технические решения, изложенные в первом разделе настоящей работы. ДМКС комплектуется

микрохолодильником, использующимся в расходных адаптирующихся системах. Чувствительный к температуре саморегулирующийся дроссельный клапан микрохолб-дильника обеспечивает большой пусковой расход в теплых условиях и минимальный для любых внешних условий расход криоагента при криостатировании. Изменение расхода ведет к изменениям давлений в системе. Электронный регулятор в этой схеме изменяет обороты компрессора по сигналу датчика абсолютного давления, поддерживая последнее в заданных пределах. Давление нагнетания является функцией количества заправленного криоагента, температуры окружающей среды и давления всасывания. Система может бьггь оснащена блоком дополнительного пускового форсирования, состоящим из нормально открытого клапана и ресивера высокого давления. Клапан при запуске закрывается и обесточивается

регулированием по давлению всасывания.

только при достижении заданной температуры. За счет увеличения объема линии нагнетания давление в ней при этом падает, снижая хо-лодопроизводительность.

Главное достоинство этой схемы связано с использованием распространенных саморегулирующихся микрохолодильников и независимым от условий в зоне криостатировання регулированием компрессора. Это дает возможность практически без доработки ИК-дегектора и оптико-электронного блока создавать универсальные комплексы, работоспособные и эффективные как в разомкнутом, так и в замкнутом цикле. Кроме того, такая схема более приспособлена к для разработок, выполняемых в кооперации с западными разработчиками. Они позволяют легче решить проблемы стыковки с объектом криостатировання так как не исключают использования распространенных на западе микрохолодильников с сильфонным преобразователем регулятора расхода.

При регулировании производительности компрессора по величине температуры криостатировання (рис.21) используется сигнал термсГ-датчика, установленного в микрохолодильнике или объекте криостатировання. В этой схеме необходимо поддерживать постоянное давление всасывания.' Для этого используется пневмомеханический регулятор проходного сечения дроссельного клапана, встроенный в микрохо-лодилышк. Его техническое решение выбрано с учетом результатов, приведенных в третьем разделе настоящей работы. Схема также как и предыдущая может быть оснащена дополнительным блоком пускового

форсирования. Этот принцип регулирования имеет преимущества в аппаратуре, не требующей универсальности, но рассчитанной на более быстрый пуск и прецизионное криосгатирование. Возможности этой схемы более широки поскольку она обеспечивает более точное регулирование хо-ло до производительности. Кроме того, эта схема более приспособлена для использования принципа саморегулирования состава криоагента как дополнительного резерва адаптации.

В актуальной в настоящее время области холодоприизводительно-стей для современных азот-хладоновых и азот-углеводородных криоа-гентов изотермическая работа сжатия составляет всего 6 - 20 Вт в зависимости от выбора типа криоагента и давления нагнетания. Эти

Рис.21. Схема адаптирующейся ДМКС с регулированием по температуре криостатирования

данные, а также данные о пусковом энергопотреблении базовых микрокомпрессоров положены в основу анализа и выбора варианта регулируемого электропривода.

Анализ показал, что наиболее эффективен вентильный электропривод с ротором на постоянных магнитах. Для него были рассмотрены различные величины и частоты питающего напряжения, диапазоны изменения чисел оборотов, конструктивные схемы двигателя. Установлено, наиболее перспективен высокооборотный электропривод, совмещенный с понижающим планетарным редуктором. Повышение оборотов резко уменьшает габариты и массу двигателя, а также потери в нем. Проще решаются задачи динамического уравновешивания моментов поршневых аш и сил инерции. В то же время потери мощности, связанные с введением смазываемого редуктора не превышают 5%. Величина питающего напряжения принята равной 200 В, что снижает массу двигателя и соединительных кабелей и делает возможным питание от одно- и трехфазных сетей с частотой как 400 Гц, так и 50 Гц.

Асинхронный привод менее эффективен, однако позволяет создать адаптирующиеся ДМ КС с минимальными доработками базовых изделий, с минимальными затратами.

Значительное снижение оборотов и мощности в длительном стационарном режиме работы ДМКС с регулируемым электроприводом имеет несколько дополнительных положительных следствий. Во-первых, это очевидный рост изотермического кпд процесса сжатия.

Во-вторых, это рост ресурса компрессора, который как минимум пропорционален снижению числа оборотов, а вероятно, и более велик, благодаря уменьшению местных температур в зоне контакта уплотнений сухого трения. Поскольку фактический ресурс нерегулируемых микрокомпрессоров составляет 3000 - 5000 часов, в адаптирующихся ДМКС этот показатель с учетом вероятной длительности работы при различных нагрузках, оценки которого приведены во введении, составит не менее 20000 часов. Это открывает возможность использования ДМКС в новых областях, например, космической технике.

И, наконец, это возможность работы ДМКС в стационарном режиме с охлаждением компрессора естественной конвекцией. Дополнительный теплосьем может быть осуществлен теплопроводностью по элементам крепления. Только за счет этого энергопотребление дополнительно снижается на 30 - 90 Вт, которые ранее были необходимы для работы вентиляторов.

Для большинства практически важных случаев также и в энергоемком пусковом режиме разогрев элементов ДМКС даже адиабатных условиях остается в пределах допустимого. Поэтому вентиляторы вообще могут быть исключены из ДМКС, что ведет к дальнейшему уменьшению ее габаритов и массы.

В таблице 4 приведены основные характеристики лучшей из се-

Табл. 4

Параметр Разм. ДМКС с вентильным приводом ДМКС с асинхронны м приводом CAS 403 Базовая ДМКС

Температура К 80 80 80 80

Холодопроиз-водительность Вт 0.7 0.7 0.5 0.7

Криоагент УАС . УАС воздух ХАС

Потребляемая мощность Вт 35 55 45 240

Масса кг 5.3 5.8 4.5 7.8

Ресурс час 20000 20000 1000 3000

рийно выпускаемых ДМКС и адаптирующихся систем с регулируемым электроприводом компрессора, выполненных на ее основе, в сопоставлении с лучшим известным зарубежным образцом CAS 403 (Hymatic Engineering, GB).

Из сопоставления видно, что рассмотренное направление совершенствования ДМКС и имеющийся научно-технический и технологический задел позволяют сделать их технически конкурентными с лучшими зарубежными аналогичными системами,- Достигаемый уровень удельного энергопотребления 50 - 80 Вт/Вт ставит их в один ряд с менее удобными в монтаже и эксплуатации интегральными и разнесенными ГКМ Стирлинга.

Комплекс выполненных исследований и разработок дал основания для следующих выводов:

1. Выполненные теоретические и экспериментальные исследования особенностей процессов в адаптирующихся к условиям работы расходных и замкнутых ДМКС позволили создать методы их расчета и прогноза достигаемых характеристик ДМКС по выбранным конструктивным параметрам,- свойствам криоагента и условиям эксплуатации. Полученный экспериментальный и методологический материал обеспечивает оптимальное проектирование адаптирующихся расходных и замкнутых ДМКС.

2. Для расходных ДМКС использование разработанных методов адаптации и оптимизации параметров, включающая определение максимального количества газообразного криоагента, заправляемого в баллон и оптимальные режимы его расходования обеспечили создание и внедрение в серийное и опытное производство микроохладителей, превосходящих ранее выпускавшиеся изделия пг длительности работы в 4-8 раз в азотном исполнении и в 10-20 раз - при использовании многокомпонентных криоагентов.

3. Использование предложенного и научно обоснованного способа работы расходных ДМКС, состоящего в генерации сжатого криоаген-та в процессе химической реакции, позволяет в 2-3 раза увеличить количество криоагента, запасаемого в баллоне, упростить условия его хранения и расширить область применения расходных ДМКС. Результаты разработки и исследования азотных газогенерирующих составов, и образца газогенераторной ДМКС дали экспериментальное подтверждение работоспособности предложенного способа.

4. Разработанные рекомендации по проектированию замкнутых ДМКС с саморегулирующимся дроссельным клапаном, обеспечивающим снижение давления нагнетания при наличии избыточной холодопроизводительности, позволили создать на базе серийно выпускаемых ДМКС, системы, адаптирующиеся к условиям работы. Экспериментально показана устойчивая работоспособность таких систем при экстремально низких давлениях нагнетания вплоть до 1.2-2.4 МПа.

5. Анализ, выполненный с применением разработанных методов расчета, учитывающих накопление сжиженного одно- и многокомпонентного криоагента в криогенной зоне показал, что при уменьшении объемов газовых полостей замкнутых ДМКС процесс накопления может быть, использован для саморегулирования параметров цикла и состава криоагента.

6. Получено экспериментальное подтверждение возможности использования процесса накопления сжиженного криоагента для эффективной адаптации. Саморегулирование состава криоагента в созданных и исследованных адаптирующихся замкнутых ДМКС расширяет возможности адаптации более чем в 2 раза.

7. Сформулированные рекомендации для проектирования миниатюрных адаптирующихся замкнутых ДМКС с регулируемым электроприводом компрессора открывают возможности создания высокоэффективных, высокоресурсных микроохладителей.

СПИСОК ОСНОВНЫХ ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Авт. свид. СССР №540112 Дроссельный микрохолодильник./ Ланда Ю.И., Громов Ю.В., Боуш Д.М., Проскурин В.И., Открытия, изобретения, промышленные образцы, товарные знаки, (ОИПОТЗ), Бюл. №47 ВНИИПИ, М„ 1976

2. Авт. свид. СССР №559078 Дроссельный микрохолодильник./ Ланда Ю.И.., ОИПОТЗ, Бюл. №19 ВНИИПИ, М., 1977

3. Ланда Ю.И. Некоторые результаты расчетно-теоретического исследования автоматических дроссельных микротеплообменников.// Тезисы докладов Всесоюзной научно-технической конференции "Повышение эффективности процессов и оборудования холодильной и криогенной техники". - ЛТИХП, Л., 1981.- С. 127

4. Ланда Ю.И. Метод расчета характеристик автоматических саморегулирующихся дроссельных микротеплообменников.// Исследование микрокриогенных систем и их элементов". - Сб. трудов НПО"Криогепмаш".-Балашиха, 1981. -С.191-199.

5. Ланда Ю.И., Шнейдер Л.А., Ермаков В.М. Некоторые результаты экспериментального исследования пускового периода автоматических дроссельных мнкротеплообмешшков.//Исследование микрокриогенных систем и их элементов". - Сб. трудов НПО"Крногенмаш". - Балашиха, 1981. - С.205-211.

6. Результаты исследований характеристик автоматических дроссельных мнкротеплообмешшков./ Ланда Ю.И., Громов Э.А., Шнейдер Л.А., Меркель Н.Д. Делон, в ЦНИИИТЭИ 1982, №962/159,

7. Авт. свид. СССР №926455. Дроссельный микрохолодилышк./Громов Э.А., Ланда Ю.И., Меркель Н.Д., Шнейдер Л.А.., ОИПОТЗ, Бюл. №17 ВНИИПИ, М., 1982

8. Оптимизация давлений заправки баллонных систем с саморегулирующимися микроохладителямн./ Ланда Ю.И., Громов Э.А. Меркель Н.Д. Шнейдер Л.А.// Химическое-и нефтяное машиностроение" - 1982. -№10. С.25-26.

9. Определение ТКЛР пластических масс./ Ланда Ю.И., Меркель Н.Д., Невельский И.В., Сухарина Н.М.// Пластические массы". - 1985. -№1. - С.34-36.

10.Авт. свид. СССР №1271191. Способ работы баллонной дроссельной микрокриогенной системы./ Ланда Ю.И., Меркель Н.Д. Завл. 11.03.1985

11.Ланда Ю.И. Характеристики саморегулирующихся баллонных микрокриогенных систем при изменении температуры окружающей среды.//Депон. в ЦИНТИхимнефтемаш, М., 16.05.86, №1541ХН, 7 с.

12.Метод расчета оптимального закона регулирования расхода криоа-гента в период пуска дроссельного микроохладителя./ Ланда Ю.И., Меркель Н.Д., Земеров Ф.М., Ермаков В.М.- Депон. в ЦИНТИхимнефтемаш , М„ 16.05.86, №1537ХН

13.Авт. свид. СССР №1503445. Замкнутая дроссельная микрокриогенная система./ Ланда Ю.И., Келарев Л.Г.; - Заяйл. 13.04.1987. Без права публикации в открытой печати.

14.Меркель Н.Д., Ланда Ю.И. К расчету проходного сечения конусного клапана.// "Химическое и нефтяное машиностроение", М. - 1987. -№2 - С.22-23.

15.Характеристики саморегулирующихся дроссельных микроохладителей./Ланда 10.И., Меркель Н.Д., Невельский И.В., Декельбаум А.З. -Химическое и нефтяное машиностроение", М. - 1988. - \г23. - С.20-22.

16.Ланда Ю.И. Саморегулирование замкнутых дроссельных микрокриогенных систем.//Химическое и нефтяное машиностроение", М., -1989. -.№6. С.32-34.

П.Ланда Ю.И., Келарев Л.Г. Некоторые результаты исследований саморегулирующейся дроссельной микрокриогенной системы.// Химическое и нефтяное машиностроение, М. - 1989. -№7 - С.13-14.

18.Расходные дроссельные микрокриогенные системы нового типа./ Грезин А.К., Григоренко Н.М., Ланда Ю.И., Меркель Н.Д.//"Исследования и разработка микрокриогенных систем и их элементов" - Балашиха, НПСГКриогенмаш", 1989. - С. 14-20.

19.К вопросу разработки газогенераторных расходных дроссельных микрокриогенных систем./ Дуденко П.Е., Русанов В.Д., Бердников B.C., Ланда Ю.И., Меркель Н.Д.//"Исследования и разработка микрокриогенных систем и их элементов" - М., ЦИНТИхимнефтемаш, 1990,- С.34-37.

20.Результаты исследования саморегулирующихся дроссельных микроохладителей для баллонных систем./ Ланда Ю.И., Шнейдер Л.А., Меркель Н.Д., Ермаков В.М., Невельский И.В., Зирнит П.М.//"Исследования и разработка микрокриогенных систем и их элементов" - М., ЦИНТИхимнефтемаш, 1990. - С. 10-13.

21.Ланда Ю.И., Грезин А.К. Некоторые результаты исследования замкнутой дроссельной микрокриогенной системы с саморегулирующимся микроохладителем.//"Исследования и разработка микрокриогенных систем и их элементов" - М., ЦИНТИхимнефтемаш, 1990. - С.6-10.

22.Авт. свид. СССР №1672158. Дроссельный микроохладитель./ Ланда Ю.И., Шнейдер Л.А., Зирнит П.М. ОИПОТЗ, Бюл. №31, ВНИИПИ, М„ 1991.

23.Gresin А.К. Landa Yu.I., Abakumov L.G., Dengin V.G. Self-regulation in miniature Joule-Thomson refrigerators.//Proceedings of the 18-th International Congress of Refrigeration, Montreal, Canada, 1991, p.180-184

24.Performance Characteristics and Methods of Improvement for JT-Minicoolers./ Landa Yu.I., Abakumov L.G., Dengin V.G., Ermakov V.M., Malamyzhev V.P.// Proceedings, International Conference "Cryogenics-92", Czech, Brno, 1992

25.The Self-Regulation Effect Used in J-T Microcryogenic System. /Landa Yu.I., Kelarev L.G., Dengin V.G., Abakumov L.G.// Cryogenics, 1992, v.32, p.20-23

26.Landa Yu.I., Kelarev L.G., Dengin V.G., Abakumov L.G. The Self-Regulation Effect Used in J-T-Microcryogenic System. Proceedings of 14th International Cryogenics Engineerng Conference, Kiew, 1992, p.71

27.Joule-Thomson Microcooler for Electronics Cooling. /Landa Yu.I., Gresin A.K., Dengin V.G., Kelarev L.G.// Proceedings of International Seminar "Cooling System of Electronic Equipment", Novosibirsk, 1993, 7 P-

28.Technical Level and Ways of Improvement for J-T-Minicoolers./ Abakumov L.G., Dengin V.G., Ermakov V.M., Malamyzhev V.P.,

Landa Yu.I. /Priceedings, International Conference "Cryogenics-94", Czech, Brno, 1994, p.36-38.

29.Gresin A.K. Landa Yu.I. Design Method for J-T-Microcooler Heat-Exchangers Applying Multicomponent Refrigerant.// Proceedings,Volume III b, 19th Internationl Congress of Refrigeration 1995. Equipment and Processes. The Netherlands, The Hague, 1995, p.l 102-1106

30.Ланда Ю.И. Актуальные направления совершенствования замкнутых микроохладителей Джоуля-Томсона.// Химическое и нефтяное машиностроение, М., -1997.-№2, С.37-39.

Принятые обозначения, не приведенные в тексте: G- массовый расход; Р- давление криоагента;р- плотность криоагента;г,- сжимаемость криоагента при давлении нагнетания;А- энтальпия;Д/,- изотермический дроссель-эффект;*- показатель адиабаты;с,- удельная теплоемкость при постоянном давлении;^,- теплоприток при минимальном уровне конденсата;^- джоулево тепло;Л - относительный уровень конденсата; онр - разность температур на теплом конце теплообменника; 5-проходное сечение дроссельного клапана; е.- первое критическое отношение; л. второе критическое отношение и соответствующий коэффициент расхода;^- отношение выходного и входного давлений в дросселе; а - половина угла заточки клапанной иглы; d - диаметр седла дроссельного клапана; z,zt- подъем клапанной иглы над седлом," подъем, соответствующий моменту касания;л,- теплопроводность материала иглы;^ ,аыс - КЛТР активного и пассивного элементов дилатометрической пары; мольная доля жидкости.

Подписано к печати 14.05.97. Формат 60x84 1/16. Бум. писчая. Печать __офсетная. Печ.л. 2.0. Тираж 100 экз. Заказ № 165._

Бюро техники кондиционирования и охлаждения. 191002, Санкт-Петербург, ул.Ломоносова, 9