RU2238487C2 - Method and device for cryostatting object with varying heat load - Google Patents

Method and device for cryostatting object with varying heat load Download PDF

Info

Publication number
RU2238487C2
RU2238487C2 RU2002126918/06A RU2002126918A RU2238487C2 RU 2238487 C2 RU2238487 C2 RU 2238487C2 RU 2002126918/06 A RU2002126918/06 A RU 2002126918/06A RU 2002126918 A RU2002126918 A RU 2002126918A RU 2238487 C2 RU2238487 C2 RU 2238487C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
pressure
compressor
regulator
suction
maintaining
Prior art date
Application number
RU2002126918/06A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2002126918A (en
Inventor
Ю.И. Духанин (RU)
Ю.И. Духанин
Е.А. Кашонкова (RU)
Е.А. Кашонкова
И.Ф. Кузьменко (RU)
И.Ф. Кузьменко
И.М. Морковкин (RU)
И.М. Морковкин
Original Assignee
Открытое акционерное общество криогенного машиностроения
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество криогенного машиностроения filed Critical Открытое акционерное общество криогенного машиностроения
Priority to RU2002126918/06A priority Critical patent/RU2238487C2/en
Publication of RU2002126918A publication Critical patent/RU2002126918A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2238487C2 publication Critical patent/RU2238487C2/en

Links

Landscapes

  • Control Of Positive-Displacement Air Blowers (AREA)

Abstract

FIELD: cryogenic refrigerating plants.
SUBSTANCE: method to regulate predetermined temperature of cryoagent upstream of object to be cryostatted involves initial changing electric heater power and providing change in cryoagent flow rate by varying its inlet pressure; controlling inlet pressure drop during following cryostatting process and maintaining optimal compression ratio of compressor and expansion ratio of turboexpander without plant efficiency change. Cryogenic plant has inlet pressure and discharge pressure regulators. Regulators are adjusted to obtain pressures lesser than maximal pressure value by two control valves and check valve having pressure drop sensor. Check valve is connected in series with compressor inlet pressure regulator. Discharge pressure regulator is arranged parallel to plant compressor. One control valve is installed parallel to regulator which maintains maximum discharge pressure. Another control valve is installed parallel to regulator which maintains maximum inlet pressure.
EFFECT: increased efficiency of refrigeration performance in the case of wide-ranging heat load variation of object to be cryostatted.
2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к криогенной технике и, в частности, может быть использовано в гелиевых рефрижераторных установках.The invention relates to cryogenic technology and, in particular, can be used in helium refrigeration units.

Известен способ криостатирования объекта с переменной тепловой нагрузкой и криогенная установка, где холодопроизводительность регулируют за счет изменения расхода газа в турбодетандерах [1].A known method of cryostatization of an object with a variable thermal load and a cryogenic installation, where the cooling capacity is controlled by changing the gas flow rate in the turbine expanders [1].

Основными недостатками способа и установки являются неэкономичность способа и значительная сложность конструкции расширительных машин.The main disadvantages of the method and installation are the inefficiency of the method and the significant complexity of the design of expansion machines.

Известен способ криостатирования объекта с переменной тепловой нагрузкой и криогенная установка, где холодопроизводительность установки в зависимости от тепловой нагрузки охлаждаемого объекта обеспечивают регулированием производительности компрессора путем байпасирования либо изменением числа оборотов двигателя [2].There is a method of cryostatization of an object with a variable thermal load and a cryogenic installation, where the cooling capacity of the installation depending on the thermal load of the cooled object is provided by controlling the compressor capacity by bypassing or by changing the engine speed [2].

Данный способ и установка обладают рядом недостатков, главными из которых являются:This method and installation have several disadvantages, the main of which are:

- снижение КПД компрессора при отклонении его работы от расчетного режима;- reduction in compressor efficiency when its operation deviates from the design mode;

- существенное усложнение конструкций как компрессорного агрегата, так и системы управления компрессором.- a significant complication of the designs of both the compressor unit and the compressor control system.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ криостатирования объекта с переменной тепловой нагрузкой, включающий всасывание криоагента и его сжатие с оптимальной степенью в компрессоре, охлаждение в рекуперативных теплообменниках, охлаждение в турбодетандерах с оптимальной степенью расширения, нагрев газообразного криоагента в объекте, контроль и регулирование заданной температуры перед объектом с помощью электронагревателя [3].The closest in technical essence and the achieved effect is a method of cryostatization of an object with a variable thermal load, including suction of a cryoagent and its compression with an optimal degree in a compressor, cooling in recuperative heat exchangers, cooling in turbine expanders with an optimal degree of expansion, heating of a gaseous cryoagent in an object, monitoring and regulation of the set temperature in front of the object using an electric heater [3].

Недостаток данного способа заключается в том, что он, отличаясь простотой регулирования, эффективен только для установок малой производительности и в узком диапазоне изменения тепловой нагрузки.The disadvantage of this method is that it, characterized by ease of regulation, is effective only for installations of low productivity and in a narrow range of variation of the heat load.

Решаемая задача - эффективное регулирование холодопроизводительности в широком диапазоне изменения тепловой нагрузки охлаждаемого объекта.The problem to be solved is the effective regulation of cooling capacity in a wide range of changes in the thermal load of the cooled object.

Для решения поставленной задачи в предполагаемом способе, включающем всасывание криоагента и сжатие его с оптимальной степенью в компрессоре, охлаждение в теплообменниках и в турбодетандерах с оптимальной степенью расширения, нагрев газообразного криоагента в объекте, контроль и регулирование заданной температуры перед объектом с помощью электронагревателя, регулирование температуры перед объектом дополнительно обеспечивают изменением расхода в компрессоре и турбодетандерах за счет изменения давления на всасывании, при этом контролируют перепад давления на всасывании и поддерживают оптимальными степень сжатия в компрессоре и степень расширения в турбодетандерах без снижения КПД.To solve the problem in the proposed method, which includes suction of a cryoagent and its compression with an optimum degree in a compressor, cooling in heat exchangers and in turbo-expanders with an optimal degree of expansion, heating of a gaseous cryoagent in an object, control and regulation of the set temperature in front of the object using an electric heater, temperature control in front of the object, they are additionally provided with a change in the flow rate in the compressor and turbo expanders due to a change in the suction pressure, while oliruyut suction pressure differential is maintained and optimal compression ratio in the compressor and the expansion in expansion turbines without reducing the efficiency.

Для решения этой же задачи устройство для криостатирования объекта с переменной тепловой нагрузкой по предлагаемому способу, содержащее компрессор, теплообменники, турбодетандеры, ресивер высокого давления, регуляторы поддержания максимального давления на всасывании и нагнетании компрессора, подключенные к ресиверу высокого давления и компрессору, электронагреватель газообразного криоагента, дополнительно снабжено регуляторами поддержания давления на всасывании и нагнетании компрессора, двумя регулирующими клапанами и обратным клапаном с датчиком замера перепада давления, при этом регулятор поддержания давления нагнетания подключен параллельно компрессору, один из регулирующих клапанов установлен параллельно регулятору поддержания максимального давления на всасывании, а другой регулятору поддержания максимального давления нагнетания, обратный клапан установлен последовательно регулятору поддержания давления на всасывании и регулятору поддержания максимального давления на всасывании компрессора, при этом регуляторы поддержания давления на всасывании и нагнетании компрессора отстроены на давление меньше максимального значения.To solve the same problem, a device for cryostatizing an object with a variable thermal load according to the proposed method, comprising a compressor, heat exchangers, turbo expanders, a high pressure receiver, regulators for maintaining maximum pressure on the suction and discharge of the compressor, connected to a high pressure receiver and compressor, an electric heater of a gaseous cryoagent, additionally equipped with pressure control valves for suction and discharge of the compressor, two control valves and a check valve a valve with a differential pressure measuring sensor, while the regulator for maintaining the discharge pressure is connected in parallel with the compressor, one of the control valves is installed in parallel with the regulator for maintaining the maximum pressure at the suction, and the other for the regulator for maintaining the maximum discharge pressure, the check valve is installed in series with the regulator for maintaining the suction pressure and the regulator for maintaining the maximum pressure at the suction of the compressor, while the regulators maintain the pressure at the suction and compressor discharge are tuned to a pressure less than the maximum value.

Проведенный анализ уровня техники позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения, а следовательно, оно соответствует критерию “новизна”.The analysis of the prior art made it possible to establish that the applicant has not found an analogue characterized by features identical to all the essential features of the claimed invention, and therefore, it meets the criterion of “novelty”.

На чертеже схематически изображена криогенная установка, реализующая предлагаемый способ. Устройство содержит компрессор 1, рекуперативные теплообменники 2, 21 турбодетандеры 3, 4, криостатируемый объект 5 с переменной тепловой нагрузкой, электронагреватель 6 сдатчиком температуры 7, ресивер 8 высокого давления с технологическим запасом газообразного криоагента, регулятор 9 поддержания максимального давления на всасывании компрессора, регулятор 10 поддержания максимального давления нагнетания после компрессора, регуляторы 11, 12 поддержания давления на всасывании компрессора, отстроенные на давление ниже максимального значения, регулирующий вентиль 13, подключенный параллельно регулятору 10, регулирующий вентиль 14, подключенный параллельно регуляторам 9, 11, обратный клапан 15 с датчиком перепада давления 16, установленный на линии всасывания последовательно с регуляторами 9, 11, вентили 17, 18, 19, 20, установленные перед регуляторами давления 9, 10, 11, 12.The drawing schematically shows a cryogenic installation that implements the proposed method. The device comprises a compressor 1, recuperative heat exchangers 2, 21 turbo expanders 3, 4, a cryostat object 5 with a variable heat load, an electric heater 6 with a temperature transmitter 7, a high pressure receiver 8 with a technological reserve of a gaseous cryoagent, a regulator 9 for maintaining the maximum pressure on the compressor suction, a regulator 10 maintain the maximum discharge pressure after the compressor, regulators 11, 12 maintain the pressure at the suction of the compressor, tuned to a pressure below the maximum value, a control valve 13 connected in parallel to the regulator 10, a control valve 14 connected in parallel to the controllers 9, 11, a check valve 15 with a differential pressure sensor 16 mounted on the suction line in series with the controllers 9, 11, valves 17, 18, 19, 20 installed before pressure regulators 9, 10, 11, 12.

Способ осуществляют следующим образом.The method is as follows.

Газообразный криоагент после всасывания и сжатия в компрессоре с оптимальной степенью сжатия охлаждают в рекуперативных теплообменниках и турбодетандерах до заданной температуры криостатируемого объекта, которую в узком диапазоне изменения тепловой нагрузки в объекте регулируют с помощью электронагревателя, а при дальнейшем изменении тепловой нагрузки заданную температуру газообразного криоагента перед объектом дополнительно обеспечивают изменением расхода в компрессоре и турбодетандерах за счет изменения давления на всасывании компрессора, при этом контролируют перепад давления на всасывании и поддерживают оптимальную степень сжатия в компрессоре и степень расширения в турбодетандерах без снижения КПД.After suction and compression in a compressor with an optimal compression ratio, the gaseous cryoagent is cooled in recuperative heat exchangers and turbo expanders to a predetermined temperature of the cryostatized object, which is controlled using an electric heater in a narrow range of changes in the heat load, and with a further change in the heat load, the specified temperature of the gaseous cryogen in front of the object additionally provide a change in flow rate in the compressor and turboexpanders due to a change in suction pressure and a compressor, the control of suction pressure difference and maintain the optimal compression ratio in the compressor and the expansion in expansion turbines without reducing the efficiency.

Установка для осуществления способа работает следующим образом.Installation for implementing the method works as follows.

При максимальной тепловой нагрузке криостатируемого объекта 5 режим максимальной холодопроизводительности криогенной установки обеспечивают за счет максимального расхода, получаемого в компрессоре 1, при оптимальной степени сжатия и оптимальных степенях расширения этого же расхода в турбодетандерах 3, 4. Этот режим установки создают и поддерживают с помощью двух регуляторов давления 9 и 10, при этом регулятор 9 поддерживает максимальное давление на всасывании компрессора 1, а регулятор 10 соответствующее максимальное давление нагнетания, определяемое степенью сжатия компрессора. Каждый из регуляторов 9, 10 отстроен не только на поддержание максимального давления, но его пропускная способность рассчитана на производительность компрессора. Уменьшение тепловой нагрузки объекта 5 приводит к понижению температуры перед объектом 5, контролируемой с помощью датчика 7. Вначале температуру поддерживают за счет повышения мощности электронагревателя, но до определенного значения, после чего переводят работу установки на другую пару регуляторов 11, 12, отстроенных на поддержание меньшего давления всасывания и нагнетания компрессора 1. Для этого закрывают вентиль 17 и отключают регулятор 9, открывают вентиль 19 и подключают регулятор 11, регулирующим вентилем 13 за счет отвода части криоагента после компрессора 1 в ресивер 8 плавно понижают давление нагнетания и всасывания компрессора. При достижении давления на всасывании, равным давлению настройки регулятора 11, открывают вентиль 20 и подключают регулятор поддержания давления нагнетания 12. Вентиль 18 закрывают и отключают регулятор 10, закрывают регулирующий вентиль 13. Переход работы установки на новый режим работы с другой парой регуляторов 11 и 12 обеспечивает уменьшение холодопроизводительности за счет снижения расхода в компрессоре и турбодетандерах при сохранении неизменной степени сжатия в компрессоре и степени расширения в турбодетандерах и, как следствие, приводит к сокращению потребляемой мощности при сохранении КПД компрессора и турбодетандеров. При переходе на новый режим работы мощность электронагревателя 7 доводят до минимально возможной, сохраняя стабильной температуру перед объектом 5. После включения в работу новой пары регуляторов 11 и 12 производят также стабилизацию нового давления на всасывании. При снижении давления на всасывании ниже заданного рабочего значения регулятор 11, пропускная способность которого рассчитана только на 15-20% от производительности компрессора, восстановит давление за счет подпитки газа из ресивера 8, а при достижении заданного значения давления регулятор 11 отключается, при этом также закрывается обратный клапан 15, на котором постоянно контролируется перепад давления с помощью датчика перепада давления 16. Повышение давления на всасывании компрессора выше заданного сопровождается возникновением перепада давления на обратном клапане 15 независимо от абсолютного значения давления. При достижении определенного значения перепада производят плавное открытие вентиля 13, что приводит к отводу части криоагента после компрессора 1 в ресивер 8 и, как следствие, к восстановлению перепада давления до заданного рабочего значения, а следовательно, и давления всасывания. В случае повышения давления после компрессора 1 выше давления, на которое отстроен регулятор 12, производят частичное байпасирование криоагента на всасывание компрессора с его помощью, при этом его пропускная способность рассчитана на полную производительность компрессора, что позволяет не останавливать компрессор даже в случае аварийной остановки турбодетандеров.At the maximum heat load of the cryostatized object 5, the maximum cooling capacity of the cryogenic unit is ensured by the maximum flow rate obtained in the compressor 1, with the optimal compression ratio and the optimal expansion rates of the same flow rate in turbo-expanders 3, 4. This installation mode is created and maintained using two controllers pressure 9 and 10, while the regulator 9 maintains the maximum pressure at the suction of the compressor 1, and the regulator 10 corresponds to the maximum discharge pressure determined by the compression ratio of the compressor. Each of the regulators 9, 10 is tuned not only to maintain maximum pressure, but its throughput is designed for compressor performance. Reducing the heat load of the object 5 leads to a decrease in temperature in front of the object 5, controlled by the sensor 7. Initially, the temperature is maintained by increasing the power of the electric heater, but to a certain value, after which the installation is transferred to another pair of regulators 11, 12, tuned to maintain a smaller compressor suction and discharge pressures 1. To do this, close valve 17 and turn off regulator 9, open valve 19 and connect regulator 11, control valve 13 by removing part of the cryoag coagulant after the compressor 1 to the receiver 8 gradually lowers the discharge pressure and the suction compressor. When the suction pressure equal to the setting pressure of the regulator 11 is opened, the valve 20 is opened and the regulator for maintaining the discharge pressure is connected 12. The valve 18 is closed and the regulator 10 is turned off, the regulating valve 13 is closed. The installation operation switches to a new operation mode with another pair of regulators 11 and 12 provides a reduction in cooling capacity by reducing flow in the compressor and turboexpander while maintaining a constant compression ratio in the compressor and expansion ratio in the turboexpander and, as a result, This leads to a reduction in power consumption while maintaining the efficiency of the compressor and turbo expanders. When switching to a new operating mode, the power of the electric heater 7 is brought to the minimum possible, while maintaining a stable temperature in front of the object 5. After the inclusion of a new pair of regulators 11 and 12, the new suction pressure is also stabilized. When the suction pressure decreases below a predetermined operating value, the regulator 11, the throughput of which is designed only for 15-20% of the compressor capacity, will restore the pressure by feeding gas from the receiver 8, and when the preset pressure is reached, the regulator 11 is turned off, it also closes non-return valve 15, on which the differential pressure is constantly monitored by means of a differential pressure sensor 16. An increase in pressure at the suction of the compressor above a given value is accompanied by the occurrence of a differential and the pressure on the check valve 15, regardless of the absolute value of the pressure. Upon reaching a certain value of the differential, the valve 13 is smoothly opened, which leads to the removal of part of the cryoagent after compressor 1 to the receiver 8 and, as a result, to the restoration of the differential pressure to a predetermined operating value, and consequently, to the suction pressure. In the case of an increase in pressure after compressor 1 above the pressure at which the regulator 12 is set off, the cryoagent is partially bypassed to suck the compressor with its help, while its throughput is designed for the full performance of the compressor, which allows the compressor not to stop even in the event of an emergency stop of the turbo expanders.

Обратный перевод установки на работу с регуляторами 9 и 10 производят в случае роста тепловой нагрузки объекта до ее максимального значения. В этом случае первоначально уменьшают мощность электронагревателя 6 и при достижении определенного значения осуществляют перевод работы установки на режим с регуляторами 9 и 10. С этой целью отключают регулятор 12, закрывая вентиль 20, открывают вентиль 18 и подключают регулятор 10. Вентилем 14 поднимают давление на всасывании до давления отстройки регулятора 9, после чего открывают вентиль 17 и подключают к работе регулятор 9, закрывают вентили 14 и 19. С подключением регуляторов 9 и 10 установка снова работает в режиме максимальной холодопроизводительности, при этом необходимую стабилизацию температуры 7 перед объектом 5 также обеспечивают регулированием мощности электронагревателя 6, но при этом требуется минимальная величина мощности электронагревателя.The installation is returned to work with regulators 9 and 10 in the case of an increase in the heat load of the object to its maximum value. In this case, the power of the electric heater 6 is initially reduced and, when a certain value is reached, the installation is switched to the mode with the regulators 9 and 10. To this end, turn off the regulator 12, closing the valve 20, open the valve 18 and connect the regulator 10. The valve 14 raises the suction pressure to the detuning pressure of the regulator 9, after which the valve 17 is opened and the regulator 9 is connected to operation, the valves 14 and 19 are closed. With the regulators 9 and 10 connected, the unit again operates in maximum cooling mode elnosti, the necessary temperature stabilization before the object 7 5 also provide power control of the electric heater 6, but this requires the minimum amount of power of the electric heater.

Пример конкретного осуществления способа приводится ниже.An example of a specific implementation of the method is given below.

Данный способ осуществляется в гелиевой рефрижераторной установке производительностью 5000 Вт, работающей на температурном уровне 20 К.This method is carried out in a helium refrigeration unit with a capacity of 5000 W, operating at a temperature level of 20 K.

В режиме максимальной холодопроизводительности криоагент, например гелий, сжимается с помощью винтового компрессора с оптимальной степенью сжатия с 0,35 МПа до давления 2,5 МПа, при этом давление на всасывании компрессора поддерживается с помощью регулятора 9, а на нагнетании с помощью регулятора 10, которые подключены к ресиверу 8. После компрессора гелий с расходом 5000 нм3/ч проходит рекуперативный теплообменник 2 и поступает в турбодетандер 3 с температурой 90 К, где расширяется с давления 2,5 МПа до давления 1,5 МПа. После детандера гелий поступает в теплообменник 21, где охлаждается до 20 К - температуры криостатирования объекта 5. В объекте 5 гелий прогревается до 25 К и поступает в турбодетандер 4, где расширяется до 0,35 МПа и охлаждается до 18 К, а далее, отдав свой холод в теплообменниках 2,21, поступает на всасывание компрессора 1. В этом режиме производительность установки обеспечивает компенсацию максимальной тепловой нагрузки объекта 5000 Вт на уровне 20 К.In the maximum cooling capacity mode, a cryoagent, for example helium, is compressed using a screw compressor with an optimal compression ratio from 0.35 MPa to a pressure of 2.5 MPa, while the compressor suction pressure is maintained using regulator 9, and at the discharge using regulator 10, which are connected to receiver 8. After the compressor, helium with a flow rate of 5000 nm 3 / h passes through a regenerative heat exchanger 2 and enters the turbo expander 3 with a temperature of 90 K, where it expands from a pressure of 2.5 MPa to a pressure of 1.5 MPa. After the expander, helium enters the heat exchanger 21, where it is cooled to 20 K — the cryostat temperature of object 5. In object 5, helium is heated to 25 K and enters turbine expander 4, where it expands to 0.35 MPa and cools to 18 K, and then its cold in heat exchangers is 2.21, it goes to the suction of compressor 1. In this mode, the unit's performance provides compensation for the maximum thermal load of the object 5000 W at a level of 20 K.

В случае снижения тепловой нагрузки в криостатируемом объекте 5 начинает снижаться температура перед объектом, контролируемая с помощью датчика температуры 7. Сначала температуру поддерживают за счет увеличения мощности нагревателя 6 и тем самым компенсируют уменьшение тепловой нагрузки объекта 5. При снижении тепловой нагрузки, например, на 40-60% от максимального значения и работе объекта 5 в данном тепловом режиме длительное время, например более 4 часов, работа криогенной установки в режиме максимальной холодопроизводительности становится экономически неоправданной. Снижение холодопроизводительности осуществляют изменением весового расхода в компрессоре за счет снижения давления на всасывании отключением регулятора 9 и подключением регулятора 11, который заранее отстраивают на более низкое давление. Так при снижении тепловой нагрузки на 50% максимального значения регулятор 11 отстраивают на давление 0,22 МПа, а регулятор давления 12 на поддержание давления нагнетания 1,5 МПа, при котором степень сжатия в компрессоре остается равной оптимальному значению. Производительность компрессора при снижении давления всасывания с 0,35 МПа до 0,22 МПа уменьшается с 5000 нм3/ч (850 кг/ч) до 3000 нм3/ч (500 кг/ч).In the case of a decrease in the heat load in the cryostatized object 5, the temperature in front of the object begins to decrease, controlled by the temperature sensor 7. First, the temperature is maintained by increasing the power of the heater 6 and thereby compensate for the decrease in the heat load of the object 5. By reducing the heat load, for example, by 40 -60% of the maximum value and the operation of object 5 in this thermal mode for a long time, for example more than 4 hours, the operation of the cryogenic unit in the mode of maximum cooling capacity of mills It is economically unjustified. Reduced cooling capacity is carried out by changing the mass flow rate in the compressor by reducing the suction pressure by turning off the regulator 9 and connecting the regulator 11, which is pre-set to a lower pressure. So when the heat load is reduced by 50% of the maximum value, the regulator 11 is tuned to a pressure of 0.22 MPa, and the pressure regulator 12 to maintain a discharge pressure of 1.5 MPa, at which the compression ratio in the compressor remains equal to the optimal value. Compressor performance with a decrease in suction pressure from 0.35 MPa to 0.22 MPa decreases from 5000 nm 3 / h (850 kg / h) to 3000 nm 3 / h (500 kg / h).

При переходе компрессора на новый режим работы автоматически уменьшается расход гелия через турбины с 850 кг/ч до 500 кг/ч, входное и выходное давления, но при этом остается практически неизменной степень расширения гелия в турбодетандерах и температурный режим работы. Переход установки на режим работы с меньшей холодопроизводительностью естественно сопровождается снижением мощности нагревателя 6, работа которого в этом случае заключается в нивелировании заданной температуры перед объектом 5. При переводе работы установки с новой парой регуляторов 11 и 12 стабилизация давления обратного потока производится по контролю перепада давления, возникающему на обратном клапане 15 с помощью датчика перепада давления 16, что позволяет проводить автоматическое регулирование независимо от величины давления всасывания передачей соответствующей команды на регулирующий вентиль 13.When the compressor switches to a new operating mode, the helium flow through the turbines automatically decreases from 850 kg / h to 500 kg / h, inlet and outlet pressures, but the degree of expansion of helium in the turbine expanders and the temperature mode of operation remain almost unchanged. The transition of the installation to an operating mode with lower cooling capacity is naturally accompanied by a decrease in the power of the heater 6, the operation of which in this case is to level the set temperature in front of the object 5. When transferring the operation of the installation with a new pair of regulators 11 and 12, the backflow pressure is stabilized by controlling the differential pressure, occurring on the non-return valve 15 using a differential pressure sensor 16, which allows automatic control regardless of the suction pressure of the underlying command transfer to the control valve 13.

Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет эффективно регулировать холодопроизводительность криогенных установок в широком диапазоне изменения тепловой нагрузки криостатируемого объекта без усложнения конструкции компрессоров и турбодетандеров с сохранением оптимального значения КПД.Thus, the proposed technical solution allows you to effectively regulate the cooling capacity of cryogenic plants in a wide range of changes in the heat load of a cryostatized facility without complicating the design of compressors and turbo-expanders while maintaining the optimal value of efficiency.

Сравнение существенных признаков предложенного и известных решений дает основание считать, что предложенное техническое решение отвечает критериям “изобретательский уровень” и “промышленная применимость”.Comparison of the essential features of the proposed and known solutions gives reason to believe that the proposed technical solution meets the criteria of "inventive step" and "industrial applicability".

Источники информацииSources of information

1. Страхович и др. Расширительные машины. Москва, 1967, с.207-213.1. Strakhovich and others. Expansion machines. Moscow, 1967, p.207-213.

2. ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, серия ХМ-7, №1(2), 1971 г., стр.1-8.2. TSINTICHIMNEFTEMASH, XM-7 series, No. 1 (2), 1971, pp. 1-8.

3. Натако Хироси. Успехи криогеники. РЭЙТО, Refrigeration, 1978, т.53, №612, с.919-927.3. Natako Hiroshi. Success cryogenics. REITO, Refrigeration, 1978, vol. 53, No. 612, pp. 919-927.

Claims (2)

1. Способ криостатирования объекта с переменной тепловой нагрузкой, включающий всасывание криагента и сжатие с оптимальной степенью в компрессоре, охлаждение криагента в теплообменниках и турбодетандерах с оптимальной степенью расширения, нагрев криагента в объекте, контроль температуры перед объектом и поддержание заданной температуры перед объектом изменением мощности электронагревателя, отличающийся тем, что дополнительно обеспечивают поддержание заданной температуры криагента перед объектом изменением расхода криагента в компрессоре за счет изменения давления на всасывании, при этом контролируют перепад давления на всасывании и поддерживают оптимальными степень сжатия в компрессоре и степень расширения в турбодетандерах без снижения кпд.1. A method of cryostatizing an object with a variable thermal load, including cryagent suction and compression with an optimal degree in the compressor, cryagent cooling in heat exchangers and turboexpander with an optimal expansion degree, cryagent heating in the object, temperature control in front of the object and maintaining the set temperature before the object by changing the electric heater power characterized in that it additionally maintains a predetermined cryagent temperature in front of an object by changing the cryagent flow rate in the pressor by changing the pressure at the suction, while controlling the pressure drop across the suction and maintain optimal compression ratio in the compressor and expansion ratio in turbo expanders without reducing efficiency. 2. Устройство для криостатирования объекта с переменной тепловой нагрузкой, включающее компрессор, теплообменники, турбодетандеры, ресивер высокого давления, регуляторы поддержания максимального давления на всасывании и нагнетании компрессора, подключенные к ресиверу высокого давления и компрессору, электронагреватель газообразного криагента, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено регуляторами поддержания давления на всасывании и нагнетании компрессора, двумя регулирующими клапанами и обратным клапаном с датчиком замера перепада давления на нем, при этом регулятор поддержания давления нагнетания подключен параллельно компрессору, один регулирующий клапан установлен параллельно регулятору поддержания максимального давления на всасывании, а другой - регулятору поддержания максимального давления нагнетания, обратный клапан установлен последовательно регулятору поддержания давления на всасывании и регулятору поддержания максимального давления на всасывании компрессора, при этом регуляторы поддержания давления на всасывании и нагнетании компрессора отстроены на рабочее давление меньше максимального значения.2. A device for cryostatting an object with a variable thermal load, including a compressor, heat exchangers, turbo expanders, a high pressure receiver, regulators for maintaining maximum pressure on the compressor suction and discharge, connected to a high pressure receiver and compressor, a gaseous cryagent electric heater, characterized in that it additionally equipped with regulators to maintain pressure on the suction and discharge of the compressor, two control valves and a non-return valve with a gauge the differential pressure across it, while the regulator for maintaining the discharge pressure is connected in parallel with the compressor, one control valve is installed in parallel with the regulator for maintaining the maximum pressure at the suction, and the other is for the regulator for maintaining the maximum discharge pressure, the check valve is installed in series with the regulator for maintaining the suction pressure and the regulator for maintaining the maximum pressure on the suction of the compressor, while the regulators maintain the pressure on the suction and discharge of the compress Adjusted to operating pressure less than the maximum value.
RU2002126918/06A 2002-10-09 2002-10-09 Method and device for cryostatting object with varying heat load RU2238487C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002126918/06A RU2238487C2 (en) 2002-10-09 2002-10-09 Method and device for cryostatting object with varying heat load

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002126918/06A RU2238487C2 (en) 2002-10-09 2002-10-09 Method and device for cryostatting object with varying heat load

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2002126918A RU2002126918A (en) 2004-04-10
RU2238487C2 true RU2238487C2 (en) 2004-10-20

Family

ID=33537170

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2002126918/06A RU2238487C2 (en) 2002-10-09 2002-10-09 Method and device for cryostatting object with varying heat load

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2238487C2 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU184336U1 (en) * 2017-11-07 2018-10-22 Александр Иванович Андреев REFRIGERATION UNIT
RU2737960C1 (en) * 2020-06-08 2020-12-07 Юрий Иванович Духанин System for cryogenic storage and supply of reagents for power plant with electrochemical generators
RU2743653C1 (en) * 2020-05-21 2021-02-20 Акционерное общество "Центральный научно-исследовательский институт "Курс" Cascade refrigerating machine with compressor thermal stabilization system

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
НАТАКО ХИРОСИ Успехи криогеники. Рэйто, Refrigeration, 1978, т. 53, № 612, с. 919-927. *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU184336U1 (en) * 2017-11-07 2018-10-22 Александр Иванович Андреев REFRIGERATION UNIT
RU2743653C1 (en) * 2020-05-21 2021-02-20 Акционерное общество "Центральный научно-исследовательский институт "Курс" Cascade refrigerating machine with compressor thermal stabilization system
RU2737960C1 (en) * 2020-06-08 2020-12-07 Юрий Иванович Духанин System for cryogenic storage and supply of reagents for power plant with electrochemical generators

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2362096C2 (en) Withdrawal of instantly releasing gas from cooling system header
US9671161B2 (en) Controlling liquefaction of natural gas
JPH05187728A (en) Method and device for controlling head pressure of air-conditioning or refrigeration system
CN1989378B (en) Refrigeration machine and method for operating refrigeration machine
US4582519A (en) Gas-liquefying system including control means responsive to the temperature at the low-pressure expansion turbine
RU2238487C2 (en) Method and device for cryostatting object with varying heat load
JP4563269B2 (en) Refrigeration capacity control device for turbine-type refrigerator
US7278280B1 (en) Helium process cycle
US5437161A (en) Process and installation for the production of oxygen and/or nitrogen under pressure at variable flow rate
CN209326155U (en) A kind of propane refrigeration system refrigeration compressor inlet pressure control device
JP3856538B2 (en) Refrigeration equipment
CN108895697B (en) Compression condensing system with refrigeration capacity being adjusted steplessly
JP3465117B2 (en) Helium refrigeration and liquefaction machine and its operation method
JPH06265230A (en) Method and device for controlling operation of liquefaction-refrigerating device
JPH08284839A (en) Operating method and controller for low temperature gas compressor
US11913719B2 (en) Liquefaction apparatus
JPH01269875A (en) Liquefaction control method and device for liquefying and refrigerating equipment
CN102997478A (en) Cooling system
CN219178124U (en) Air separation refrigerating system
SU1458663A1 (en) Device for controlling installation for liquefaction of natural gas
JP2024058276A (en) Liquid nitrogen production apparatus and liquid nitrogen production method
WO2022118729A1 (en) Refrigerator, and method of operation during pre-cooling of refrigerator
CN114923295B (en) Variable working condition adjusting method for two-stage series-connection intermediate heat exchange turbine expander
CN1022860C (en) Method for using thermodynamic expansion valve on constant pressure expansion system
JP2022164389A (en) Liquid nitrogen production device and liquid nitrogen production method

Legal Events

Date Code Title Description
PD4A Correction of name of patent owner