Испытательные камеры предназначены для создания внешних воздействующих факторов: климатических (температура, влажность и давление воздуха, солнечная радиация, атмосферные осадки и др.) и механических (вибрация, удар, ускорение и др.), а также для экспериментального определения характеристик объекта испытаний в результате воздействия на него указанных факторов. В состав этих камер входят и холодильное оборудование.
Испытательные камеры, универсальные по назначению, выпускают серийно, и технические требования к ним регламентируются стандартом. В зависимости от вида создаваемых воздействующих факторов выделяют следующие типы камер: термокамеры (положительные и отрицательные температуры воздуха); термобарокамеры (положительные и отрицательные температуры, давления воздуха); термовлагокамеры (положительные и отрицательные температуры, влажность воздуха); термобаровиброкамеры (положительные и отрицательные температуры, давление воздуха, а также вибрация) и т.д.
Термокамеры.
Термокамеры предназначены для испытания объектов на воздействие отрицательных и положительных температур в определенных диапазонах, с заданной скоростью их изменения и определенной точностью поддержания.
Термокамеры используют:
для типового испытания изделий электронной, электротехнической, машиностроительной, строительной промышленности;
холодильной обработки, которая является частью технологического процесса, например, для низкотемпературной закалки высоколегированной стали с целью повысить срок службы измерительного и режущего инструмента;
искусственного старения печатных плат, оптических линз и дюралюминиевых заклепок, исследования свойств материалов;
длительного хранения медикаментов и биологических объектов.
Наибольшее распространение получили термокамеры с такими диапазонами технических характеристик: полезный объем (вместимость) 0,015-2,0 м3; температура -70 ... +180 °С; скорость охлаждения от 20 до 70 °С 90-120 мин; скорость нагревания от 20 до 180 °С 40-60 мин; точность поддержания температуры 0,2-2,0 К. Однако есть термокамеры с большей вместимостью (до 1000 м3), более низкой (до -150 °С) и высокой (до 300 °С) предельными температурами. Термокамеры выполняют в виде прямоугольного блока, в котором скомпонованы собственно камера с теплоизоляцией, холодильное оборудование, пульт сигнализации и управления (рис. 1). Камера имеет теплоизолированный корпус 10, выполненный из коррозионно-стойкой стали, дверь 1 на петлях с резиновым уплотнением 4 по периметру, запорным устройством 3 и смотровым окном 2 с многослойным остеклением. Корпус изолируется эффективным температуростойким теплоизоляционным материалом (пенополиуретан, стекловата), толщину которого определяют исходя из рекомендуемой плотности теплового потока 16-20 Вт/м2. Теплоизоляция может быть расположена как внутри, так и снаружи несущего нагрузку корпуса камеры. Внутреннее расположение теплоизоляции исключает ее увлажнение при работе и уменьшает число тепловых мостиков в местах опоры корпуса. Но при этом увеличиваются размеры камеры.
Рис. 1. Термокамера:
1 - дверь; 2 - смотровое окно; 3 - запорное устройство; 4 - уплотнение; 5 - полезный объем; 6 - вентилятор; 7 - пульт сигнализации и управления; 8 - нагнетательный канал; 9, 11 - решетки; 10 - теплоизолированный корпус; 12 - вентилятор; 13 - электродвигатель; 14 - испаритель; 15 - электронагреватель; 16 - холодильный агрегат
В охлаждаемом пространстве камеры находятся: конструкционно выделенное пространство с исследуемым объектом, называемое полезным объемом; охлаждающие батареи; крыльчатка вентилятора; воздуховоды и т.д.
Значение полезного объема (далее по тексту просто объем камеры) является одной из основных технических характеристик испытательной камеры. Испаритель выполняют, как правило, из оребренных труб и оснащают вентиляторами, электродвигатели которых располагают вне охлаждаемого пространства. Система воздухораспределения включает каналы, решетки, жалюзи и обеспечивает подачу воздуха в объем с исследуемым объектом, как правило, снизу вверх. Электронагреватели [закрытые трубчатые и (или) открытые спиральные] размещают в воздуховоде. Холодильное оборудование располагают в нижней части блока, на общей опорной раме. Пульт управления обеспечивает: автоматическое регулирование режима работы камеры по заданному закону, автоматическое управление работой оборудования, автоматический контроль текущих значений параметров, автоматическую сигнализацию о достижении заданных значений параметров, автоматическую защиту от возникновения аварийных ситуаций.
Термобарокамеры.
Термобарокамеры позволяют испытывать объекты на воздействие отрицательных и положительных температур, а также вакуума в определенных диапазонах, с заданной скоростью их изменения и определенной точностью поддержания.
Термобарокамеры используют:
для типового испытания изделий электротехнических, электронных, машиностроительных, авиационных, космических; исследования свойств материалов, биологических, медицинских, химических объектов.
Термобарокамеры нашли большее распространение, чем термокамеры, поэтому и диапазоны их технических характеристик шире: объем 0,5-100 м3; температура -70 ... +150 °С; давление 0,1-110 кПа; время охлаждения от 20 до -70 °С 90-120 мин, а время нагревания от 20 до 150 °С 40-60 мин; точность поддержания температур 0,2-2,0 К; точность поддержания давления 1 %; время снижения давления от 110 до 0,1 кПа 30-50 мин. Известны термобарокамеры с большим объемом (до 2000 м3), с более низкой (до -180 °С) и высокой (до 300 °С) предельными температурами, а также более низким вакуумом (до 0,001 Па). Термобарокамеры объемом до 8 м3 обычно имеют корпус цилиндрической формы, которая обеспечивает большие прочность и устойчивость к нагрузке, чем прямоугольная (рис. 2). Корпус камер большего объема часто выполняют многоугольной формы с ребрами жесткости.
Термобарокамеры небольшого объема (до 2 м3) обычно выполняют в виде блока, внутри которого скомпоновано все необходимое оборудование. Камеры большего объема состоят из нескольких блоков: собственно камеры, холодильных агрегатов, вакуумных насосов, пульта управления и сигнализации. Теплоизоляцию располагают преимущественно снаружи вакуумируемого пространства, так как изоляция содержит в порах газ, для удаления которого требуется повышенная производительность вакуумного насоса. В термобарокамерах применяют два вида испарителей: воздухоохладители для передачи теплоты в основном конвекцией и панельные батареи для радиационного охлаждения при вакууме. Панельные батареи располагают по возможности ближе к испытываемому объекту (например, на стенках, ограждающих полезный объем) с целью увеличить эффективную площадь поверхности радиационного теплообмена.
Рис. 2. Термобарокамера:
1 - полезный объем; 2 - дверь; 3 - окно; 4 - теплоизолированный корпус; 5 - жалюзи; 6 - воздушный канал; 7 - вентилятор; 8 - электродвигатель; 9 - подвижная перегородка; 10, 12 - водяные теплообменники; 11 - испаритель; 13 - дренажный патрубок; 14 - электронагреватель; 15 - решетчатый настил
В камерах большого объема (свыше 10 м3) воздухоохладители небольшой производительности размещают вдоль стенок в промежутке между корпусом и панелями, ограждающими полезный объем. Такое распределение воздухоохладителей обеспечивает равномерность температуры воздуха в охлаждаемом пространстве и рациональное использование пространства. В ситуации, когда требуется высокая скорость достижения в камере заданного режима, предусматривают вспомогательные батареи для охлаждения теплоизоляции (батареи располагают внутри слоя изоляции) или охлаждения стального корпуса (батареи крепят к корпусу). Вентиляторы имеют двухскоростной электродвигатель, чтобы при низком давлении воздуха (обычно менее 29 кПа) перейти на большую частоту вращения вала, сохранив тем самым приемлемую интенсивность конвективного теплообмена. При достижении давления воздуха приблизительно 1,9 кПа вентилятор выключается, и работают только панельные батареи. Система нагревания состоит из многосекционных нагревательных элементов: трубчатых, спиральных и панельных. Последние размещают так же, как охлаждающие панельные батареи. В камерах большего объема предусматривают нагревание непосредственно стального корпуса в целях быстрого выхода на заданный режим. При работе камеры в режиме нагревания по мере снижения давления воздуха выключают нагреватели конвективного теплообмена при давлении 66,5 кПа, затем вентиляторы при давлении 13,3 кПа. Далее объект нагревают только панельные элементы.
В испытательных камерах, обеспечивающих нагревание до 200 °С, предусматривают меры, исключающие чрезмерное повышение температуры, а значит, и давления, в системе холодильной установки, например, путем включения в работу верхней ветви каскада. А если возможно нагревание до более высокой температуры, то предусматривают и конструкционную защиту от чрезмерного нагревания испарителя, размещая испаритель 11 и электронагреватели 14 в каналах, разделенных теплоизолированной панелью и подвижной перегородкой 9 (см. рис. 2). С помощью перегородки 9 переключают каналы при изменении режима работы камеры. Водяные теплообменники 10, 12 охлаждают испаритель в период поддержания высокотемпературного режима. Вакуумная установка включает механические вакуумные насосы: одноступенчатые для получения давления до 1 Па, двухступенчатые для достижения давления 0,1 Па. Более низкое давление получают с помощью диффузионных вакуумных насосов.
Термовлагокамеры.
Термовлагокамеры позволяют испытывать объекты на воздействие отрицательных и положительных температур, а также влажности в определенных диапазонах, с заданной скоростью изменения и поддержания их с требуемой точностью. Диапазоны технических характеристик наиболее распространенных термовлагокамер таковы: объем 0,25-10 м3; температура -70...+100 °С; относительная влажность 10-98 %; точность поддержания влажности 2,5-5 %. Точность поддержания температуры, скорости охлаждения и нагревания соответствуют данным, указанным для термокамер. Испытание объекта на воздействие влажности проводят только при положительных температурах (от 10 °С и выше). Термовлагокамеры выполняют в виде одного или нескольких блоков в зависимости от объема. Влажность воздуха создается и поддерживается с помощью парогенератора, парокомпрессорной одноступенчатой холодильной машины, имеющей собственную охлаждающую батарею в камере, и электронагревателей. Иногда холодильные машины этой системы используют в пусковой период совместно с основными для охлаждения камеры.
Термовлагобарокамеры.
Термовлагобарокамеры камеры сочетают возможности рассмотренных ранее типов камер, а по диапазонам технических характеристик и компоновке конструкции аналогичны термобарокамерам.
Начало. Окончание -
2-ая часть статьи "Низкотемпературные холодильные установки испытательных камер"
- опубликовано в выпуске 2(38) февраль 2008 г. Холодильщик.RU
|
