Перейти к содержанию
ledz

Крионасос

Рекомендуемые сообщения

Дата: (изменено)

Прикупил я из научного любопытства криоголовку без компрессора.  Очень хочется ее запустить. Так как проект пока некоммерческий, то покупать готовый гелиевый компрессор, даже бу я не готов. У нас их нет, из-за рубежа дорогая доставка, растаможка.

На ютубе нашел один проект по сборке такого компрессора. Как я понял основная особенность таких установок - это чистота рабочего газа на входе в головку, т.к. любое загрязнения будь то пары масла или газы просто замерзнет в ней.

Купил холодильный компрессор, теплообменник, маслоотделитель, фильтр.

Сейчас думаю с чего начать, никогда с холодильной техникой не работал. 

Пока планирую собрать так - Компрессор-маслоотделитель-фильтр осушитель - радиатор  - криоголовка. Возврат масла из маслоотделителя в картер компрессора.Цикл примерно такой - на входе около 5 атм, на выходе около 17 атм.

Вопросы:

1. В гелиевых компрессорах используется принудительная подача и охлаждение масла, в холодильных системах такого нет. Есть ли принципиальная разница сжимать гелий или фреон с точки зрения термодинамики?

2. В оригинальных гелиевых системах стоят абсорберы, что это такое я не очень понял. Фильтр осушитель пойдет в качестве него или нужно что то типа фильтра с активированным углем или силикагелем?

3. Чем лучше паять (припой, флюс?) Как зачищать, что бы грязь не попала во внутрь? Почитал интернет, может кто из практики подскажет.

4. Как проверить герметичность системы? Можно ли просто закачать под давлением воздух и проверить падение давления допустим за неделю?

5. Нужно ли промывать систему? До какого остаточного давления обычно вакуумируют перед заправкой?

7. У криоголовки есть электронный блок , как я понял он для быстрой регенерации, он дохлый (на нем написано). Можно ли обойтись без него, размораживать как холодильник?

8. В качестве привода расширительной машины используется трехфазный мотор в местах подключения написано 180 вольт, первый раз встречаю такое напряжение, фазное получается 105 вольт. 

Вообщем сам не уверен  реализуемости затеи, но коль уж все куплено придется делать. Буду рад любому полезному совету (кроме оставить эту затею).

20220211_195051.jpg 

20220211_195102.jpg 

Изменено пользователем ledz

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение

Потребляемая  мощность криокулера минимум 7 КВТ при мощности криоголовки при 4К около 7-ми ватт.

 Стоит сейчас упакованное промышленное оборудование с криосорбционной откачкой,- установочная мощность 40 КВт ну наверное около 20 КВт это средства откачки!!!? 

 Насколько мне известно там требуется гелий очень высокой чистоты иначе головка никогда правильно не заработает.

 Разговаривал с коллегой по поводу приобретенного оборудования ( задача,- металлизация пластика) он однозначно сказал:- Вот вы "наиграетесь" с ним!!!! (у него металлизация магнетронная система и ЭЛИ), зачем было связываться с крио. по металлизацию???,,- это не мы,- руководство..........

 Компрессора холодильных машин различаются по температурному диапазону кипения фреона желательно иметь машину на - 50  похоже этого будет маловато.

   Опять-же на каком фреоне предполагаете использовать компрессор? судя по небольшому конденсатору очевидно как мин. на -40?, хочу заметить вам потребуется обдув головок блока цилиндров.

 Низкотемпературные машины  не требуют сильно глубокой откачки перед заправкой наблюдения показывают что некоторое количество азота в системе может благотворно сказываться на работе машины при некоторой потере производительности что-то связано с циркуляцией  масла в системах без масло-отделителя.

По поводу герметичности при пайке желательно использовать    ПСР 40-70 если желаете получать однозначный результат.

Чтобы грязь но попала в систему применяйте два фильтра на стороне всасывания механический фильтр  и фильтр-осушитель после ресивера перед соленоидным  клапаном.

 Перед заправкой  перед  вакуумированием   холодильный контур надо греть где-то до 50-60 градусов любым способом с сухим  продувкой азотом, кстати паять желательно тоже под азотом при крайне малом токе газа.

Поскольку гелий относиться к "постоянным газам" в отличии от фреона,-  скорее всего "теплота сжатия" будет гораздо выше,- согласно известному закону.

Чтобы не иметь проблем с мотором  подключить через частотник  и по него прикинуть и настроить индивидуально зависимость U/F  таким образом чтобы при частоте 60 Гц действующее линейное напряжение  было 180 вольт

Дыры в системе искать электронным течеискателем, очевидно гелиевый течеискатель вам недоступен? если есть? то использовать его  по схеме "снифера".

 Изучите вопрос с "Абсорбером" в гелиевых системах, вам от этого не уйти я не знаю его назначение не факт что его назначения что-то поглощать и удерживать, очевидно устройство некой стабилизации рабочего режима самой головки.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
13 часов назад, ledz сказал:

Есть ли принципиальная разница сжимать гелий или фреон с точки зрения термодинамики?

Давно  пытался разобраться .

Про  сжатие так  и  не  понял , но цикл расширения при  охлаждении до  гелиевых  температур какой-то другой .

Однако  понять до  конца  разницу  мозгов , увы , не  хватило .

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
16 часов назад, ledz сказал:

Прикупил я из научного любопытства криоголовку без компрессора.

Гелиевые линии шли в комплекте? Если нет, то печаль...

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Дата: (изменено)
17 часов назад, ledz сказал:

. В оригинальных гелиевых системах стоят абсорберы, что это такое я не очень понял. Фильтр осушитель пойдет в качестве него или нужно что то типа фильтра с активированным углем или силикагелем?

Там внутри некие гранулы белого цвета. Какой-то адсорбент. Он от паров масла в основном. Если масло попадёт в голоку - ей хана. Может быть можно промыть регенератор, но это не точно, надо её разбирать, как там этот регенератор выглядит никто не знает.

Вот распиленный адсорбер Cryomech

adsorber1.jpg 

adsorber2.jpg 

Изменено пользователем N_N

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Дата: (изменено)
17 часов назад, ledz сказал:

У криоголовки есть электронный блок , как я понял он для быстрой регенерации, он дохлый (на нем написано). Можно ли обойтись без него, размораживать как холодильник?

Можно

 

17 часов назад, ledz сказал:

В качестве привода расширительной машины используется трехфазный мотор в местах подключения написано 180 вольт, первый раз встречаю такое напряжение, фазное получается 105 вольт. 

Интересный вопрос, сколько там герц. Возможно, их мало т.к. там скорость большая не нужна, обычно там инвертор стоит.

 

17 часов назад, ledz сказал:

4. Как проверить герметичность системы? Можно ли просто закачать под давлением воздух и проверить падение давления допустим за неделю?

Если для поиграться, можно и так. Ну перестанент работать - можно гелий поменять.

17 часов назад, ledz сказал:

В гелиевых компрессорах используется принудительная подача и охлаждение масла, в холодильных системах такого нет. Есть ли принципиальная разница сжимать гелий или фреон с точки зрения термодинамики?

Используется потому что там мощность, типа, 9 кВт. Куда там без принудительного?

И вообще да, гелий - не фреон. Он не так хорошо охлаждает компрессор, поэтому масло тоже надо охлаждать.

 

Изменено пользователем N_N

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение

По фото:- запонение абсорбера  очень похоже на цеолит. 

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Дата: (изменено)
В 11.02.2022 в 22:09, ledz сказал:

Прикупил я из научного любопытства криоголовку без компрессора.  Очень хочется ее запустить. Так как проект пока некоммерческий, то покупать готовый гелиевый компрессор, даже бу я не готов. У нас их нет, из-за рубежа дорогая доставка, растаможка

У нас такие компрессоры есть. Советов по сборке гелиевого компрессора дать не могу - всегда пользовался стандартными комплектами...но видел, как такой компрессор собирали из компрессора бытового кондиционера.

Изменено пользователем ev_berlin

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Дата: (изменено)
В 11.02.2022 в 22:09, ledz сказал:

1. В гелиевых компрессорах используется принудительная подача и охлаждение масла, в холодильных системах такого нет. Есть ли принципиальная разница сжимать гелий или фреон с точки зрения термодинамики?

3. Чем лучше паять (припой, флюс?) Как зачищать, что бы грязь не попала во внутрь? Почитал интернет, может кто из практики подскажет.

4. Как проверить герметичность системы? Можно ли просто закачать под давлением воздух и проверить падение давления допустим за неделю?

5. Нужно ли промывать систему? До какого остаточного давления обычно вакуумируют перед заправкой?

1. Есть, конечная температура. Можете превратить фреон в жидкость и всё, хана котёнку. Гелий в этих компрессорах всегда в газообразном состоянии.

3. Серебряный припой. Паять в защитной атмосфере инертных газов.

4. Наполните систему гелием до рабочего давления и смотрите за его уходом, уходить не должен. Или "обнюхать" заполненную систему гелиевым течеискателем снаружи. Другие газы могут не уходить и показать мнимую герметичность.

5. Остаточное давление определяется допустимостью загрязнений. Чистота гелия должна быть шесть девяток, а лучше семь. Отсюда надо вакуумировать до давления 0,1 Па (7 порядков от 10 атм), а лучше 0,01 Па (с запасом)

Изменено пользователем mtimur

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение

По мощности - единственный проект на ютубе - там компрессор около двух киловатт. Думаю мощность связана с частотой работы привода криоголовки. Если производительности будет не хватать попробую начать с низкой частоты.  В оригинале там нет частотника, частота скорее всего 60 Гц

По поводу цикла сжатия - фреон тоже не сжижается в компрессоре, но могу предположить, что энергия затрачиваемая на сжатие фреона и гелия разная.

Гелиевых линий в комплекте не было. На головке стоят быстроразъемные соединения, и похоже там давление. Пока думаю снять быстроразъемы и подключить напрямую медными трубками через переходники. 

На первом этапе планирую собрать компрессор и запустить его через предохранительный клапан. Это позволит проверить герметичность и посмотреть что и до какой степени греется, может придется делать дополнительный контур охлаждения масла

Вопрос чистоты системы самый трудный. Как ваккумировать всю систему с криоголовкой не понятно. Можно ли ее запускать под вакуумом?   Если откачивать до 0.1 Па это уже форвакуумный насос нужен. Грязь от пайки и окислов в любом случае останется, сколько девяток от чистого гелия там останется после заправки не известно. Можно несколько раз повторить процедуру заправки? 

Слышал, что если газ грязный головка начинает стучать. Может кто сталкивался с такими неисправностями... Какой звук у головки при нормальной работе?

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Дата: (изменено)
59 минут назад, ledz сказал:

По мощности - единственный проект на ютубе - там компрессор около двух киловатт. Думаю мощность связана с частотой работы привода криоголовки. Если производительности будет не хватать попробую начать с низкой частоты.  В оригинале там нет частотника, частота скорее всего 60 Гц

По поводу цикла сжатия - фреон тоже не сжижается в компрессоре, но могу предположить, что энергия затрачиваемая на сжатие фреона и гелия разная.

Извиняюсь, имел в виду не ожижение в компрессоре при сжатии, а в цикле расширения в криоголове. Конечная температура в криоголове зависит, в том числе, от рабочих объёмов в поршнях дисплейсера, они подобраны под гелий, фреон может стать жидкостью или даже превратится в лёд.

Мне вот эта презентация по описанию принципа работы крионасоса нравится, правда in English

https://uspas.fnal.gov/materials/13Duke/USPASVacuumSession3_3Cryopump.pdf

 

59 минут назад, ledz сказал:

Гелиевых линий в комплекте не было. На головке стоят быстроразъемные соединения, и похоже там давление. Пока думаю снять быстроразъемы и подключить напрямую медными трубками через переходники. 

На первом этапе планирую собрать компрессор и запустить его через предохранительный клапан. Это позволит проверить герметичность и посмотреть что и до какой степени греется, может придется делать дополнительный контур охлаждения масла

Вопрос чистоты системы самый трудный. Как ваккумировать всю систему с криоголовкой не понятно. Можно ли ее запускать под вакуумом?   Если откачивать до 0.1 Па это уже форвакуумный насос нужен. Грязь от пайки и окислов в любом случае останется, сколько девяток от чистого гелия там останется после заправки не известно. Можно несколько раз повторить процедуру заправки? 

Слышал, что если газ грязный головка начинает стучать. Может кто сталкивался с такими неисправностями... Какой звук у головки при нормальной работе?

 

Одним из методов убрать "грязный" гелий - это многократная замена: наполняете собранную систему чистым гелием до рабочего давления, ждёте несколько минут, спускаете 50-80% давления, снова наполняете до рабочего давления, ждёте, наполняете и т.д.  Если спускать по 50%, то за 10 раз уменьшите содержание грязи в 1024 раза (2^10, в теории).

При нормальной работе звук специфический, с чем-то сравнить сложно.

Изменено пользователем mtimur

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
13 часов назад, Геннадий 66.2 сказал:

По фото:- запонение абсорбера  очень похоже на цеолит. 

Насколько  мне  известно , фильтр  там  двухэтапный. 

Первая ступень  чистит  от  масла , вторая -  от того , что вылетает из  первой ступени (это не  масло).

И фильтр масла по  принципу напоминает  противогаз . 

Сначала масло оседает на  входном  слое , потом потоком газа вымывается со  входного  перненосится на  следующий и  так далее .

Примерно  как в  газовом  хроматографе . 

Поэтому через некоторое время доходит  до  выхода  и перестает работать .

Можно ли  потом качественно очистить - сомневаюсь.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Дата: (изменено)
4 часа назад, ledz сказал:

В оригинале там нет частотника, частота скорее всего 60 Гц

Ну не знаю не знаю. Возможно там синхронный привод какой-то специальный. Но может и нет.

4 часа назад, ledz сказал:

Вопрос чистоты системы самый трудный. Как ваккумировать всю систему с криоголовкой не понятно. Можно ли ее запускать под вакуумом?   Если откачивать до 0.1 Па это уже форвакуумный насос нужен. Грязь от пайки и окислов в любом случае останется, сколько девяток от чистого гелия там останется после заправки не известно. Можно несколько раз повторить процедуру заправки? 

Слышал, что если газ грязный головка начинает стучать. Может кто сталкивался с такими неисправностями... Какой звук у головки при нормальной работе?

Ясно дело форвакуумный надо нормальный. Вот при отсутствии нормального насоса можно наверное провернуть вышеописанный трюк с 'промывкой'

Не запредельные там требования, я так думаю, ну должно быть прилично, а не то чтобы половина воздуха :classic_biggrin:. Там вся проблема только в том, что воздух там намёрзнет внутри. А его много надо, чтобы там что-то застучало или залипло или регератор полностью закупорился. Главное гелий для шариков не покупать :classic_biggrin:, с девятками хотя бы надо.

 

2 часа назад, Krolik_1 сказал:

Насколько  мне  известно , фильтр  там  двухэтапный. 

Ну, там вата обычная и плюс эти гранулы. Всё. Отработал этот адсорбер 27000 часов ))). По паспорту 18000 ресурс. Но это Cryomech, там и маслоотделитель специальный, неизвестно как устроенный и масло тоже специальное. Как самодельное будет работать - неизвестно.

4 часа назад, ledz сказал:

Как ваккумировать всю систему с криоголовкой не понятно. Можно ли ее запускать под вакуумом? 

Можно. Там всего-то клапан внутри и перемещается рененератор. Они прекрасно это делают в вакууме. Но головку вообще трогать не надо - там внутри гелий. Но это при условии что у вас есть те фиттинги, которые там стоят. Все компоненты поставляются отдельно с гелием внутри, а потом собираются - головка, компрессор, шланги. И все они на самогерметизирующихся фиттингах.

 

Изменено пользователем N_N

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение

Собрал агрегат. До этого никогда не собирал таких установок поэтому получилось как получилось.  Пока заправил воздухом. Выяснилась первая проблема - сильно греется голова компрессора, при этом воздух доходит до радиатора уже холодный. Низкое давление около 5 атм, высокое около 17 что вроде соответствует гелиевым компрессорам. Пока не очень понимаю так и должно быть и надо охлаждать голову компрессора или что то не так с самим компрессором.  Масло тоже не греется...

Открутил быстросъем на криогенной головке давления там не оказалось...

20220310_221324[1].jpg 

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение

Добрый день. ПМСМ = надо б охлаждать, но не специалист в этой области и можно не слушать. Буду следить за вашими успехами - интересно

С уважением

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение

Температуру -50 легко получить на двухступенчатой машине используя 22 фреон, для интересу можно почитать про сублимационные сушки ( установки). Гелия не напасешься у него есть такое свойство как сверхтекучесть, он даже через метал протекает, про прокладки скромно умолчу.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение

Температура нужна 20 градусов кельвина. Цель запустить криогенный насос. Есть желание сделать небольшой ожижитель воздуха и насос для вакуумной камеры. В криогенной головке на гелиевых линиях стояли обычные резиновые уплотнительные кольца.

Вообщем что то я пока не пойму в каком направлении дальше двигаться.

Головка компрессора греется градусов до 100 за несколько минут, при этом из маслоотделителя воздух выходит уже холодный. Т.е. получается что газ охлаждать нет особого смысла, надо охлаждать компрессор. 

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Дата: (изменено)
18 часов назад, ledz сказал:

Головка компрессора греется градусов до 100 за несколько минут, при этом из маслоотделителя воздух выходит уже холодный. Т.е. получается что газ охлаждать нет особого смысла, надо охлаждать компрессор.

Вот схема охлаждения какого-то криокомпрессора. Там охлаждать надо и масло и гелий. Обычно всё это сделано в едином многосекционном радиаторе.

Так же крионасос не сразу выходит на режим, процесс заморозки до 10К может занимать несколько часов, до 100К как минимум час-полтора.

102415378_.thumb.png.a1998bbcacbf96f906a7812c5f09430f.png

Изменено пользователем mtimur

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение

Запустил криоголовку на воздухе.  Половина цели эксперимента достигнута, она начала охлаждаться. Из проблем - сильно греется голова компрессора и требуется настроить напряжение мотора на частотнике, он тоже греется. Надо решить вопрос с охлаждением, отвакуммировать систему и заправить гелием. Надеюсь после таких издевательств внутри головки ничего не примерзнет. Принципиально ли в какую сторону вращается мотор головки? Я предполагал там что то вроде коленвала и поршня, но при отключенных шлангах, когда включаешь мотор головки никакого движения воздуха в трубках не происходит.

20220311_214427[1].jpg 

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Дата: (изменено)
10 часов назад, ledz сказал:

Принципиально ли в какую сторону вращается мотор головки?

Конечно! Там же клапана впуска и выпуска разные, и направление движения гелия строго определённое. Другой вопрос, что в самой голове может быть согласующее устройство, но это не точно.

Изменено пользователем mtimur

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Дата: (изменено)

Несколько реплик по теме. Цеолит можно регенерировать прогревом и вакуумом. У полугерметичного фреонового компрессора слишком большая компрессия при работе с гелием. В стародавние времена под крышку ставили прокладку миллиметров пятнадцать толщиной. Сейчас используют герметичные холодильные компрессоры с  водоохлаждением корпуса и дополнительными масляными линиями. У американских гелиевых фитингов размеры и резьбы дюймовые. Они похожи на наши, но не стыкуются.

Изменено пользователем dpss

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение

Эксперименты продолжаются. Заправил гелием, пока обычным, не особо чистым. Отвакуумировал систему, заправил гелием, выпустил заправил еще раз.  Насос работает головка охлаждается, но есть несколько вопросов

- Если заправить как указано в руководстве пользователя  до статического давления 17 атмосфер, то в рабочем состоянии высокое давление составляет где то 28 атм, низкое - около 6. Компрессор в таком режиме долго не протянет. Может у кого есть такой насос какие рабочие параметры высокого и низкого давления?

- Двигатель головки тоже сильно греется - градусов до 60. Потребление у него около 100 Ватт.  От чего сильный нагрев не очень пойму - либо я выставил неправильно максимально напряжение, либо это тепло от головки? Я так понимаю энергия которая головка забирает в холодной зоне, выделяется как раз где то в районе привода. Нужно ли ее дополнительно охлаждать, т.к. от нее есть теплопередача в холодную зону, что снижает кпд установки?

- Сейчас выставил параметры высокого давления около 17 атмосфер, низкое при этом где то 4-5. Компрессор сильно греется. Потребляемая мощность около 1.2 кВт, что укладывается в его паспортные данные. Не понимаю, что значит компрессия компрессора, это вроде не ДВС где надо сжать смесь потом поджечь, тут сразу газ выталкивается на выход. 12 атмосфер на одну ступень нормально? Может лучше двухступенчатый?

- Есть простые методы измерить температуру на головке? Термопара может измерять хотя бы до -200? Т.к. насос предназначен для работы в вакууме, есть сильная тепло передача на корпус. Вообщем достичь температуры жидкого воздуха пока не удалось.  Наверное надо вытащить головку из корпуса насоса и термоизолировать, но сначала надо понять, что режим работы соответствует паспортному.

В целом насос работает. Звук при работе специфический похож на чавканье. Есть, опасения, что оставшиеся  примеси могут замерзнуть в голове, но пока вроде работает мягко. Водяное охлаждение головы компрессора напрашивается, т.к. греется сильно, в районе выхода градусов 120 точно есть.

 

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение

Фитинги пришлось точить самому, все резьбы дюймовые с нестандартным шагом. Долго мучился с герметичностью. Накачаешь обмылишь, устранишь и  так несколько раз. Вроде сейчас не уходит давление. Есть видео работы, но не знаю как залить сюда.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение

Для публикации сообщений создайте учётную запись или авторизуйтесь

Вы должны быть пользователем, чтобы оставить комментарий

Создать учетную запись

Зарегистрируйте новую учётную запись в нашем сообществе. Это очень просто!

Регистрация нового пользователя

Войти

Уже есть аккаунт? Войти в систему.

Войти

  • Последние посетители   0 пользователей онлайн

    Ни одного зарегистрированного пользователя не просматривает данную страницу

×
×
  • Создать...

Важная информация

Мы разместили cookie-файлы на ваше устройство, чтобы помочь сделать этот сайт лучше. Вы можете изменить свои настройки cookie-файлов, или продолжить без изменения настроек.