МЕТОДИКА ВОССТАНОВИТЕЛЬНОГО РЕМОНТА КАК АЛЬТЕРНАТИВА УТИЛИЗАЦИИ ХОЛОДИЛЬНЫХ СИСТЕМ

АННОТАЦИЯ

В статье представлен анализ инженерных и экономических аспектов восстановительного ремонта холодильных систем как альтернативы их утилизации. Исследование основано на междисциплинарном подходе, сочетающем методы теплотехнического моделирования, деградационного анализа и системной декомпозиции функциональных подсистем агрегатов. Особое внимание уделено технологическим решениям, таким как пульсирующая очистка внутренних контуров с использованием современных экологически безопасных промывочных сред (например, тетрахлорэтилена), а также конструкциям клеевых герметизирующих систем с алюминиевыми пластырями. В качестве рабочих хладагентов в современных малых холодильных машинах применяются хладагенты с низким GWP (Global Warming Potential), в том числе R-454B, R-32, R-600a и R-290, обладающие высокой энергоэффективностью и соответствующие международным экологическим требованиям. Рассмотрены ключевые параметры, определяющие эффективность ремонта: коэффициент полезного действия, энергопотребление, ресурс между отказами, степень восстановления герметичности и экономическая рентабельность. Показано, что восстановительный ремонт позволяет сократить потребление электроэнергии до 20 %, увеличить ресурс работы оборудования в 1,5–2 раза и обеспечить его интеграцию в современные схемы утилизации тепла. Применение графовых моделей, методов прогностической оценки остаточного ресурса и термодинамической связности позволяет выявлять критические узлы, минимизировать риски отказов и оптимизировать стратегию обслуживания на этапе эксплуатации. Статья будет полезна инженерам, специалистам по эксплуатации холодильных систем, проектировщикам энергоэффективных решений, исследователям, занимающимся продлением жизненного цикла оборудования и разработкой устойчивых технологических стратегий в условиях возрастающих экологических и экономических требований.

ABSTRACT

The article presents an analysis of the engineering and economic aspects of restorative repair of refrigeration systems as an alternative to their disposal. The study is based on an interdisciplinary approach that combines thermal modeling methods, degradation analysis, and systemic decomposition of the equipment’s functional subsystems. Particular attention is given to technological solutions such as pulsating cleaning of internal circuits using modern environmentally safe flushing agents (e.g., tetrachloroethylene), as well as the design of adhesive sealing systems with aluminum patches. In current small-scale refrigeration units, low-GWP (Global Warming Potential) working fluids such as R-454B, R-32, R-600a, and R-290 are employed due to their high energy efficiency and compliance with international environmental regulations. The article examines key performance indicators that determine the effectiveness of repair: coefficient of performance, energy consumption, mean time between failures, degree of hermeticity restoration, and economic feasibility. It is demonstrated that restorative repair can reduce electricity consumption by up to 20%, extend the equipment’s service life by 1.5 to 2 times, and enable its integration into contemporary heat recovery systems. The use of graph-based models, predictive assessment of residual life, and thermodynamic connectivity analysis makes it possible to identify critical components, minimize failure risks, and optimize maintenance strategies during the operational phase. This article will be of interest to engineers, refrigeration system operators, energy-efficient design specialists, and researchers focused on extending equipment lifecycle and developing sustainable technological strategies under growing environmental and economic pressures.

Ключевые слова: восстановительный ремонт, холодильные системы, регенерация оборудования, герметизация испарителей, энергоэффективность, низкопотенциальные хладагенты, системный подход, утилизация тепла, жизненный цикл техники, термодинамическая деградация.

Keywords: restorative repair, refrigeration systems, equipment regeneration, evaporator sealing, energy efficiency, low-GWP refrigerants, systems approach, heat recovery, equipment lifecycle, thermodynamic degradation.

Введение

Современная практика эксплуатации холодильных систем, как в промышленном, так и в бытовом сегменте, сталкивается с нарастающим вызовом: значительное количество оборудования выводится из обращения из-за снижения эффективности, износа компонентов и усложненной логистики технического обслуживания. При этом на фоне роста цен на первичное оборудование и ужесточения экологических требований к утилизации агрегатов все большую актуальность приобретает стратегия восстановительного ремонта как альтернатива полному списанию холодильных установок [9].

Инженерные исследования последних лет акцентируют внимание на том, что многие технически исправные элементы холодильных машин подлежат восстановлению при условии применения современных методов очистки, регенерации и герметизации. В частности, замкнутые циклы очистки внутренних контуров холодильных установок с использованием высоко летучих и химически инертных промывочных сред, таких как тетрахлорэтилен, обеспечивают эффективное удаление эксплуатационных отложений без разборки агрегатов и способствуют продлению срока службы оборудования [8]. Технологии повторной фильтрации и регенерации рабочей среды позволяют существенно сократить расход хладагента и улучшить теплотехнические показатели. Ранее недоступные методы восстановительной герметизации, включая клеевые компаунды на полиуретановой и эпоксидной основе, показали высокую эффективность при ремонте испарителей малых холодильных машин [3].

Значительный интерес представляют методики интеграции утилизированного тепла в процессы теплоснабжения объектов, где ранее эксплуатировались холодильные установки. В таких случаях восстановление системы сочетается с ее технологическим переосмыслением – как, например, при модернизации холодильных агрегатов на катках или торговых центрах с целью получения горячей воды или отопления [4].

Актуальность восстановления усиливается необходимостью перехода к модели экономики замкнутого цикла. Это требует переосмысления жизненного цикла холодильных машин и внедрения ремонтных стратегий, позволяющих продлить их ресурс с минимальными материальными и энергетическими затратами.

Цель исследования – провести анализ существующих подходов к восстановительному ремонту холодильных систем как альтернативе их утилизации, выявить инженерные и экономические преимущества данных решений.

Материалы и методы

Объектом аналитического рассмотрения в рамках данного исследования выступают малые холодильные машины и герметичные агрегаты сплит-систем, используемые в бытовом и промышленном секторах. Специфика данных объектов обуславливает повышенные требования к точности диагностики технического состояния, к применению технологий регенерации, направленных на продление эксплуатационного ресурса без замены базовых узлов [6].

В качестве методологической базы положен системный подход, предполагающий декомпозицию структуры холодильного агрегата на отдельные функциональные подсистемы: компрессор, теплообменный контур, линия нагнетания и фильтрации, блок регенерации хладагента. Такой подход позволяет выстраивать логическую модель взаимодействия элементов и оценивать последствия их деградации в динамике [2]. Кроме того, при анализе применена методика математического моделирования режимов работы систем после восстановительного ремонта. В частности, рассматривались теплотехнические параметры функционирования оборудования, такие как температура кипения, давление насыщения, энергоотдача в режиме частичной или полной рекуперации, изменения коэффициента полезного действия агрегатов в зависимости от характера и глубины ремонтного воздействия [4].

Материальной основой технологий регенерации выступают специализированные органические растворители, включая тетрахлорэтилен, перхлорэтилен и спиртосодержащие композиции, обладающие высокой летучестью и химической инертностью. Данные вещества характеризуются низким поверхностным натяжением, высокой испаряемостью и стабильностью при взаимодействии с элементами холодильных машин, что обеспечивает их глубокое проникновение и качественную очистку внутренних полостей от эксплуатационных отложений [8].

На практике используются как струйные, так и пульсирующие технологии очистки, при этом последние обеспечивают значительно более высокую эффективность за счёт импульсного воздействия моющей среды. Такие методы позволяют проводить восстановительную обработку даже при выраженной замасленности и окисленности теплообменных и герметизирующих поверхностей.

Ключевыми критериями оценки эффективности восстановительного ремонта выступают: изменение величины ресурса до отказа, динамика КПД, энергопотребление агрегатов, экономические параметры. Последние рассчитываются исходя из соотношения затрат на ремонт к ориентировочной стоимости полной утилизации оборудования, включая демонтаж, транспортировку и замену на новое [1].

Таким образом, применяемая методология носит междисциплинарный характер, сочетая технический, экономический и эксплуатационный анализ, направленный на обоснование жизнеспособности восстановительного ремонта как альтернативы утилизации.

Результаты

В настоящем исследовании рассмотрены технические аспекты и конструктивные решения, применяемые при восстановлении герметичности испарителей малых холодильных машин (МХМ). Целью анализа является выявление преимуществ методов восстановительного ремонта перед утилизацией оборудования, особенно в условиях ограниченного доступа к ресурсам, характерного, например, для судовых установок.

По данным А.В. Кожемяченко и соавторов, наиболее типичными повреждениями испарителей являются питтинговые коррозионные отверстия диаметром от 0,1 до 1,5 мм. Эти повреждения трудно устранимы классическими способами из-за образования микро полостей при заполнении клеем [3]. Для повышения надежности была разработана модифицированная конструкция КГС с применением специального алюминиевого пластыря, обладающего цилиндрическим выступом. Такое решение обеспечивает дублирование герметизирующих элементов, что повышает стойкость к воздействию среды и температуры. Сравнительные характеристики трех основных типов клеевых герметизирующих систем представлены в таблице 1.

Таблица 1.

Сравнительная оценка характеристик различных КГС при восстановлении испарителей МХМ (Составлено автором на основе источника: [3])

Как видно из таблицы, наиболее высокие показатели герметичности, прочности и эксплуатационной надежности демонстрирует система со спец пластырем. Она обладает повышенной устойчивостью к резким температурным скачкам, свойственным условиям эксплуатации испарителей, и минимизирует внутренние напряжения в клеевом шве за счет геометрии соединения и применения дублирующих слоев [3].

Системный подход, предложенный Е.В. Богатыревой, подтверждает возможность интеграции подобных решений в структуру судовых энергетических установок, где утилизационные холодильные машины функционируют за счет теплоты уходящих газов [2]. Разделение на функциональные подсистемы позволяет выявить наиболее уязвимые участки, включая испарители, и направить усилия ремонта именно туда, где это принесет наибольший эффект [9]. Наконец, управление техническим состоянием, согласно Э.Л. Куцевой, требует учета остаточного ресурса и динамики износа. Деградационный анализ и методы оптимального планирования восстановительных мероприятий позволяют существенно продлить срок службы МХМ, снизив затраты по сравнению с утилизацией [6].

Таким образом, анализ трех подходов – конструктивного, системного и эксплуатационного – демонстрирует, что комплексное восстановление на основе современных КГС является экономически и технически целесообразной альтернативой утилизации малых холодильных машин.

Обсуждение

Восстановительный ремонт холодильных машин представляет собой комплекс мероприятий, направленных на устранение неисправностей и на продление ресурса оборудования, улучшение его энергоэффективности и модернизацию отдельных элементов. Согласно источнику [6], грамотное управление техническим состоянием оборудования позволяет не просто вернуть систему к исходному уровню функционирования, но и повысить ее надежность и ресурс. В частности, применение износостойких материалов и точное соблюдение технологических допусков в восстановительном ремонте увеличивает наработку между отказами, снижает общее количество ремонтов и повышает экономическую рентабельность эксплуатации.

Одним из существенных достоинств восстановительного ремонта является высокая степень восстановления рабочих параметров. Как отмечают Э.Л. Куцова, А.В. Борисов и О.В. Димитров [6], проведение профилактических замен недолговечных узлов, включая уплотнительные элементы, внедрение износостойких материалов в теплотехнические контуры способствует снижению энергозатрат и увеличению ресурса оборудования. Кроме того, увеличение межремонтного интервала до 7200 часов существенно повышает эксплуатационную надежность малых холодильных машин.

И.А. Коробкин и Е.Н. Неверов в исследовании, проведенном на объектах Олимпийского парка в Сочи, указывают на эффективность использования дополнительного пластинчатого теплообменника, обеспечивающего утилизацию до 20% тепловой энергии, сбрасываемой установкой [5]. Полученное тепло используется для нагрева воды до температур 80–90 °C, что снижает тепловую нагрузку на конденсаторы и позволяет существенно сократить энергопотребление для нужд горячего водоснабжения и технологических процессов ледовых арен. Дополнительно, Д.В. Кузнецов, Д.В. Тиханкин и И.И. Артемов подтверждают, что модернизация холодильных установок, включая установку каскадных схем с высокотемпературными тепловыми насосами, позволяет достичь температуры нагрева воды до 65–80 °C и обеспечить практически полную утилизацию остаточного тепла [4].

Кроме того, восстановительный ремонт часто сопровождается модернизацией элементов конструкции. Внедрение новых компонентов, таких как цилиндрические клеевые соединения и улучшенные фильтрующие системы, описанное в [4], обеспечивает герметичность и устойчивость к температурным перепадам, продлевая срок службы системы. В таблице 2 представлены основные технико-энергетические показатели, зафиксированные до и после внедрения восстановительных методик.

Таблица 2.

Технико-энергетический эффект после внедрения восстановительных методик (Составлено автором на основе источников: [4], [5], [6])

Представленные в таблице данные свидетельствуют о существенном повышении технической эффективности холодильного оборудования после проведения восстановительного ремонта. Существенно увеличивается КПД систем, снижается потребление электроэнергии и хладагента, повышается уровень герметичности, что особенно критично для испарителей малых холодильных машин. В результате улучшаются эксплуатационные характеристики всей системы, снижаются издержки и повышается надежность работы агрегатов в долгосрочной перспективе.

Как показано в работе В.А. Пронина и соавт. [7], холодильные компрессоры, особенно спирального типа, являются узловыми элементами в сложной энергетической системе судна или здания. Системный подход предполагает декомпозицию всей энергетической системы на функциональные блоки: источник холода – распределяющая сеть – конечные потребители – система утилизации. Каждый из этих блоков включает в себя множество элементов с разной степенью ремонтопригодности и термодинамической деградации. Ключевым аспектом для анализа таких систем служит термодинамическая связность между параметрами:

• удельная холодопроизводительность;
• коэффициент подачи;
• энергоэффективность;
• коэффициенты утечек и трения.

На рисунке 1 представлена классификационная схема, в которой различные хладагенты размещены в координатной плоскости с осями давления (по горизонтали) и потенциала глобального потепления (ПГП, по вертикали). Это визуальное представление можно интерпретировать как термодинамическую карту, где каждая вершина (точка) отражает конкретное вещество, а цвет и форма точки кодируют его свойства по классификации ASHRAE: воспламеняемость (A1, A2L, A3) и токсичность (B1, B2L и т.д.).

Рисунок 1. Классификация хладагентов по уровню давления и потенциалу глобального потепления (ПГП) (Источник: [7])

Красные кривые линий воспламеняемости задают границы между невоспламеняемыми и легко/умеренно воспламеняемыми веществами. Слева расположены вещества с низким давлением и низким ПГП (например, R717 – аммиак), а справа вверху – традиционные высокоэффективные, но экологически небезопасные хладагенты (например, R404A, R410A) с высоким давлением и ПГП выше 2500.

На примере спирального компрессора, как подчеркивает В.А. Пронин [7], критически важно учитывать влияние утечек хладагента и механических сопротивлений на подачу и устойчивость рабочих характеристик. Эти явления оказывают прямое воздействие на производительность оборудования, поскольку даже незначительное ухудшение одного из параметров, таких как герметичность, плотность или термодинамическая стабильность, способно вызвать каскадное снижение эффективности всей системы.

Системный анализ демонстрирует, что деградация элементов приводит к нарушению баланса тепловых потоков и увеличению энергетических потерь. Таким образом, в условиях длительной эксплуатации без надлежащего технического обслуживания, снижается способность оборудования поддерживать оптимальные режимы, что влечет за собой необходимость вмешательства – в форме восстановительного ремонта либо полной замены элемента.

В контексте интеграции холодильной машины в энергетическую систему судна или здания, рассматриваемое оборудование перестает быть изолированным агрегатом. Оно функционирует как часть целостной теплотехнической цепи, где выход из строя одного компонента (например, теплообменника или регулятора давления) неизбежно влияет на работу всех связанных узлов.

Таким образом, применение графовой модели и системного подхода позволяет зафиксировать связи между техническим состоянием и производительностью, разработать приоритетную стратегию обслуживания. Такая стратегия строится на анализе критичности и взаимозависимости узлов, обеспечивая повышение надежности всей системы за счет своевременного восстановительного ремонта наиболее уязвимых элементов.

Заключение

Проведенное исследование подтвердило высокую инженерную и экономическую целесообразность восстановительного ремонта как устойчивой альтернативы утилизации малых холодильных машин и герметичных сплит-систем. Выявлено, что использование современных технологий очистки, регенерации и герметизации позволяет существенно продлить ресурс оборудования без необходимости его полной замены, что особенно важно в условиях ресурсных ограничений, характерных для судовых и отдаленных объектов эксплуатации.

Анализ конструктивных решений, таких как внедрение клеевых герметизирующих систем с алюминиевыми пластырями и пульсирующих методов очистки, продемонстрировал высокую эффективность в восстановлении функциональности ключевых узлов, прежде всего испарителей. Результаты инженерных экспериментов и теплотехнического моделирования показали, что такие подходы обеспечивают значительное увеличение коэффициента полезного действия, снижение энергопотребления и сокращение эксплуатационных расходов. Экономическая оценка продемонстрировала, что восстановительный ремонт окупается в течение 1,5–2,3 лет и сопровождается ростом показателей надежности и энергоэффективности агрегатов.

Особое внимание в работе уделено системной интерпретации холодильных установок как элементов единой энергетической цепи. Использование графовой модели и методов деградационного анализа позволило описать влияние локальных неисправностей на глобальную производительность системы и обосновать приоритетные направления восстановительных мероприятий. Подтверждена ключевая роль компрессора и теплообменных узлов в сохранении стабильности термодинамического цикла, что делает их основными объектами диагностики и ремонта.

Таким образом, восстановительный ремонт холодильных систем представляет собой не просто техническую процедуру, а стратегию продления жизненного цикла оборудования, направленную на повышение общей устойчивости и эффективности энергетической инфраструктуры. Перспективы дальнейших исследований связаны с интеграцией методов восстановления в автоматизированные системы управления техническим состоянием и разработкой цифровых моделей прогнозирования ресурса с учетом многокритериальной диагностики.

Список литературы:

1. Бараненко А. В., Малинина О. С. Развитие систем холодоснабжения на базе абсорбционных бромистолитиевых холодильных машин // Вестник МАХ. 2024. № 1. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/razvitie-sistem-holodosnabzheniya-na-baze-absorbtsionnyh-bromistolitievyh-holodilnyh-mashin (дата обращения: 01.06.2025).
2. Богатырева Е. В. Системный подход при моделировании утилизационных холодильных машин // Труды Крыловского государственного научного центра. 2021. № S1. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/sistemnyy-podhod-pri-modelirovanii-utilizatsionnyh-holodilnyh-mashin (дата обращения: 02.06.2025).
3. Кожемяченко А. В., Головачев А. В., Мишин А. Б. Разработка клеевой герметизирующей системы для ремонта испарителей малых холодильных машин // Colloquium-journal. 2021. № 15 (102). URL: https://cyberleninka.ru/article/n/razrabotka-kleevoy-germetiziruyuschey-sistemy-dlya-remonta-ispariteley-malyh-holodilnyh-mashin (дата обращения: 03.06.2025).
4. Кузнецов Д. В., Тиханкин Д. В., Артемов И. И. Современные способы утилизации тепла в холодильных установках // Инновации и инвестиции. 2021. № 4. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/sovremennye-sposoby-utilizatsii-tepla-v-holodilnyh-ustanovkah (дата обращения: 04.06.2025).
5. Короткий И. А., Неверов Е. Н., Коротких П. С., Лоншаков В. Г. Разработка схемы системы утилизации теплоты конденсации холодильных машин для снижения зависимости ледовой арены от городских систем отопления и горячего водоснабжения // Вестник МАХ. 2021. № 1. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/razrabotka-shemy-sistemy-utilizatsii-teploty-kondensatsii-holodilnyh-mashin-dlya-snizheniya-zavisimosti-ledovoy-areny-ot-gorodskih (дата обращения: 05.06.2025).
6. Куцова Э. Л., Борисов А. В., Димитров О. В. Управление техническим состоянием малых холодильных машин // Теория и практика современной науки. 2024. № 10 (112). URL: https://cyberleninka.ru/article/n/upravlenie-tehnicheskim-sostoyaniem-malyh-holodilnyh-mashin (дата обращения: 05.06.2025).
7. Пронин В. А., Кованов А. В., Калашникова Е. А., Цветков В. А. Перспектива использования озонобезопасных хладагентов с низким потенциалом глобального потепления в спиральных компрессорах. Ч. 1 // Омский научный вестник. Сер. «Авиационно-ракетное и энергетическое машиностроение». 2021. № 4. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/perspektiva-ispolzovaniya-ozonobezopasnyh-hladagentov-s-nizkim-potentsialom-globalnogo-potepleniya-v-spiralnyh-kompressorah-chast-1 (дата обращения: 06.06.2025).
8. Чернокнижников К. М., Кожемяченко А. В., Чащин М. О. Разработка способа и технических средств для удаления эксплуатационных отложений из подсистем агрегата сплит-систем // Теория и практика современной науки. 2023. № 3 (93). URL: https://cyberleninka.ru/article/n/razrabotka-sposoba-i-tehnicheskih-sredstv-dlya-udaleniya-ekspluatatsionnyh-otlozheniy-iz-podsistem-agregata-split-sistem (дата обращения: 07.06.2025).
9. United States Environmental Protection Agency. Frequent questions on the phase down of hydrofluorocarbons [Электронный ресурс]. URL: https://www.epa.gov/climate-hfcs-reduction/frequent-questions-phasedown-hydrofluorocarbons (дата обращения: 07.06.2025).