ХОЛОДИЛЬНАЯ УСТАНОВКА И ДВУХСТУПЕНЧАТЫЙ ТУРБОКОМПРЕССОРНЫЙ АГРЕГАТ ХОЛОДИЛЬНОЙ УСТАНОВКИ Российский патент 1998 года по МПК F25B1/04 F25B1/10 

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в холодильной технике, в частности,эксплуатируемой на транспорте.

Известна холодильная установка, содержащая испаритель, конденсатор и двухступенчатый турбокомпрессорный агрегат, ступени которого установлены на валу двигателя по разные стороны от него, размещены с двигателем в одном герметичном корпусе и сообщены между собой каналом, выполненным в корпусе, а охлаждение двигателя осуществляется потоком хладагента, поступающим из первой или второй ступени турбокомпрессора (патент США N 3447335, кл. F 25 B 1/10, 1969).

Недостатком известной холодильной установки и двухступенчатого турбокомпрессорного агрегата является недостаточное охлаждение высокооборотного высоконагруженного двигателя, т. к. на охлаждение двигателя поступает уже нагревшийся в результате сжатия в двух ступенях турбокомпрессора поток хладагента.

Известна также холодильная установка, содержащая испаритель, двухступенчатый турбокомпрессорный агрегат с рабочими колесами ступеней, размещенными на противоположных концах вала электродвигателя, конденсатор и дросселирующее устройство, включенные последовательно в основную линию потока хладагента, при этом конденсатор по газообразной фазе посредством вспомогательной линии через терморегулирующий вентиль подключен к системе охлаждения турбокомпрессорного агрегата, выход которой сообщен с входом второй ступени турбокомпрессора [2]
Недостаток известной установки заключается в низкой надежности системы охлаждения турбокомпрессорного агрегата, вызванной тем, что система охлаждения рассчитана на подачу в полость электродвигателя только газообразной фазы хладагента из конденсатора, что неэффективно.

Наиболее близкой к изобретению является холодильная установка, содержащая испаритель, двухступенчатый турбокомпрессорный агрегат и конденсатор, включенные в основную линию потока хладагента, на которой установлено дросселирующее устройство, при этом конденсатор также подключен по жидкой фазе посредством подводящего участка вспомогательной линии потока хладагента к системе охлаждения турбокомпрессорного агрегата, сообщенной с отводящим участком вспомогательной линии, сообщенным с входом второй ступени турбокомпрессорного агрегата через вспомогательный теплообменник, и дополнительное дросселирующее устройство [1]
Недостаток известной установки заключается в низкой экономичности, вызванной недостаточным охлаждением потока хладагента, поступающего из конденсатора в испаритель.

Также известен наиболее близкий к изобретению двухступенчатый турбокомпрессорный агрегат холодильной установки, содержащий герметичный корпус, в котором расположены сообщенные между собой первая и вторая ступени турбокомпрессорного агрегата и размещенный между последними электродвигатель, ротор которого установлен на одном валу с рабочими колесами ступеней, обращенными входами в противоположные стороны, а статор закреплен в корпусе, при этом в корпусе выполнены каналы подвода и отвода хладагента, сообщенные с системой охлаждения турбокомпрессорного агрегата, включающей каналы, выполненные в кожухе статора электродвигателя [2]
Недостатком известного турбокомпрессорного агрегата является его низкий КПД, связанный с большими затратами энергии на охлаждение сильно нагруженного электродвигателя, и низкая надежность, связанная с возможным выходом из строя электродвигателя по причине недостаточного охлаждения последнего, т.к. охлаждение электродвигателя производится путем непосредственного обдува полости двигателя газообразной фазой хладагента.

Изобретение направлено на повышение экономичности и надежности как в части холодильной установки, так и в части турбокомпрессорного агрегата холодильной установки.

Поставленная задача решается тем, что холодильная установка, содержащая испаритель, двухступенчатый турбокомпрессорный агрегат и конденсатор, включенные в основную линию потока хладагента, на которой установлено дросселирующее устройство, конденсатор также подключен по жидкой фазе посредством подводящего участка вспомогательной линии потока хладагента к системе охлаждения турбокомпрессорного агрегата, сообщенной с отводящим участком вспомогательной линии, сообщенным с входом второй ступени турбокомпрессорного агрегата через вспомогательный теплообменник, и дополнительное дросселирующее устройство, согласно изобретению снабжена дополнительной линией и основным рекуперативными теплообменником, при этом вспомогательный теплообменник выполнен рекуперативным и оба теплообменника последовательно по ходу потока включены по охлаждаемой среде в основную линию за конденсатором, вспомогательный теплообменник включен по охлаждающей среде в отводящий участок вспомогательной линии, а дополнительная линия подключена к подводящему участку вспомогательной линии и к ее отводящему участку перед входом во вспомогательный теплообменник, при этом дополнительное дросселирующее устройство выполнено в виде терморегулирующего вентиля, последний установлен на дополнительной линии и выполнен регулируемым по состоянию потока во вспомогательной линии на выходе из вспомогательного теплообменника, основной теплообменник по охлаждающей среде включен в основную линию за испарителем.

Холодильная установка может быть снабжена дополнительным двухступенчатым турбокомпрессорным агрегатом с системой его охлаждения, вход которой подключен к подводящему участку вспомогательной линии, а выход к отводящему участку последней до точки подключения дополнительной линии, при этом дополнительный турбокомпрессорный агрегат включен в основную линию перед основным турбокомпрессорным агрегатом.

Поставленная задача решается также и тем, что в двухступенчатом турбокомпрессорном агрегате холодильной установки, содержащем герметичный корпус, в котором расположены сообщенные между собой первая и вторая ступени турбокомпрессорного агрегата и размещенный между последними электродвигатель, ротор которого установлен на одном валу с рабочими колесами ступеней, обращенными входами в противоположные стороны, а статор закреплен в корпусе посредством кожуха, при этом в корпусе выполнены каналы подвода и отвода хладагента, сообщенные системой охлаждения турбокомпрессорного агрегата, включающей каналы, выполненные в кожухе статора электродвигателя, согласно изобретению ступени агрегата сообщены посредством кольцевого канала, выполненного в корпусе, а система охлаждения снабжена межступенчатым теплообменником, установленным в кольцевом канале, причем теплообменник сообщен с каналами в кожухе статора.

На фиг. 1 изображена схема холодильной установки с одним двухступенчатым турбокомпрессорным агрегатом; на фиг. 2 то же, с двумя двухступенчатыми турбокомпрессорными агрегатами; на фиг. 3 двухступенчатый турбокомпрессорный агрегат, продольный разрез.

Холодильная установка (см. фиг. 1) содержит испаритель 1, двухступенчатый турбокомпрессорный агрегат 2 и конденсатор 3, включенные в основную линию 4 потока хладагента, на которой установлено дросселирующее устройство 5. Конденсатор 3 также подключен посредством подводящего участка вспомогательной линии 6 потока хладагента к системе охлаждения турбокомпрессорного агрегата 2, сообщенной с отводящим участком вспомогательной линии 6. Установка снабжена терморегулирующим вентилем 7, вспомогательным и основным рекуперативными теплообменниками 8, 9, последовательно по ходу потока включенными по охлаждаемой среде в основную линию 4 за конденсатором 3, и дополнительной линией 10. Отводящий участок вспомогательной линии 6 сообщен с входом второй ступени турбокомпрессорного агрегата 2. Вспомогательный теплообменник 8 включен по охлаждающей среде в отводящий участок вспомогательной линии 6, а дополнительная линия 10 подключена к подводящему участку вспомогательной линии 6 и к ее отводящему участку перед входом во вспомогательный теплообменник 8. Терморегулирующий вентиль 7 установлен на дополнительной линии 10 и выполнен регулируемым по состоянию потока во вспомогательной линии 6 на выходе из вспомогательного теплообменника 8. Основной теплообменник 10 по охлаждающей среде включен в основную линию 4 за испарителем 1. Дросселирующее устройство 5 может быть выполнено в виде терморегулирующего вентиля, регулируемого по состоянию потока в основной линии 4 на выходе из испарителя 1.

Холодильная установка может быть снабжена дополнительным двухступенчатым турбокомпрессорным агрегатом 11 (см. фиг. 2) с системой его охлаждения, вход которой подключен к подводящему участку вспомогательной линии 6, а выход к отводящему участку последней до точки подключения дополнительной линии 10. При этом дополнительный турбокомпрессорный агрегат 11 включен в основную линию 4 перед основным турбокомпрессорным агрегатом 2. Установка также снабжена ресивером 12, фильтром-осушителем 13, электромагнитными клапанами 14, 15, 16, установленными, соответственно, на основной линии 4, байпасной линии 17 и линии оттайки 18, и вентилями 19, 20, 21, соответственно, продувки, опорожнения и заправки.

Двухступенчатый турбокомпрессорный агрегат 2 или 11 холодильной установки (см. фиг.3) содержит герметичный корпус 22, в котором расположены сообщенные между собой первая и вторая ступени 23, 24 турбокомпрессорного агрегата и размещенный между последними электродвигатель 25, ротор 26 которого установлен на одном валу 27 с рабочими колесами ступеней 23, 24, обращенными входами в противоположные стороны. Статор 28 электродвигателя 25 закреплен в корпусе 22 посредством кожуха 29. В корпусе 22 выполнены каналы 30 подвода и отвода хладагента, сообщенные с системой охлаждения турбокомпрессорного агрегата, включающей каналы 31, выполненные в кожухе 29 статора 28 электродвигателя 25. Ступени 23, 24 агрегата сообщены посредством кольцевого канала 32, выполненного в корпусе 22. Система охлаждения снабжена межступенчатым теплообменником 33, установленным в кольцевом канале 32, причем теплообменник 33 сообщен с каналами 31 в кожухе 29 статора 28. Вал 27 установлен в радиально-упорных подшипниках 34, 35.

Холодильная установка и двухступенчатый турбокомпрессорный агрегат в ее составе согласно фиг. 1, 3 работают следующим образом. При подаче напряжения на электродвигатель 25, последний приводит в работу турбокомпрессор 2. Пары хладагента отсасываются из испарителя 1 и поступают в основную линию 4 потока хладагента, подогреваются в основном рекуперативном теплообменнике 9 и сжимаются последовательно в первой и второй ступенях 23, 24 турбокомпрессора 2 и поступают в конденсатор 3 на охлаждение и конденсацию. Поток жидкого хладагента после конденсатора 3 и ресивера 12 разделяется на два основной и вспомогательный. Основной поток охлаждается во вспомогательном рекуперативном теплообменнике 8, затем очищается от механических примесей и влаги в фильтре-осушителе 13, дополнительно охлаждается в основном рекуперативном теплообменнике 9 и через открытый электромагнитный клапан 14 поступает на дросселирующее устройство 5 в виде терморегулирующего вентиля, который регулирует подачу хладагента в испаритель 1, поддерживая определенный перегрев паров хладагента на выходе из испарителя 1. Далее пары хладагента из испарителя 1 вновь поступают в первую ступень 23 основного турбокомпрессора 2. Вспомогательный поток хладагента разделяется на два. Один по подводящему участку вспомогательной линии 6 поступает на охлаждение турбокомпрессора 2, а второй по дополнительной линии 10 на терморегулирующий вентиль 7. На отводящем участке вспомогательной линии 6 после прохождения системы охлаждения турбокомпрессора 2 потоки вспомогательной и дополнительной линий 6 и 10 смешиваются и поступают во вспомогательный рекуперативный теплообменник 8 в качестве охлаждающей среды для хладагента в линии 4 основного потока. После прохождения теплообменника, где выпаривается оставшаяся жидкая часть хладагента, последний поступает на вход второй ступени 24 основного турбокомпрессора 2. Охлаждение электродвигателя 25 (см. фиг. 3) осуществляется при этом следующим образом. Хладагент из основной линии 4 поступает на вход вращающегося основного колеса первой ступени 23, нагнетается последней в кольцевой канал 32 и далее поступает на вход рабочего колеса второй ступени 24, откуда нагнетается в конденсатор 3. На вход второй ступени 24 поступает и хладагент из отводящего участка вспомогательной линии 6. Из подводящего участка вспомогательной линии 6 жидкий хладагент поступает в один из каналов 30, выполненных в корпусе 22. Т. е. хладагент проходит или сначала по теплообменнику 33, а затем по каналам 31, выполненным в кожухе 29 статора 28, и выходит через другой канал 30 в отводящий участок вспомогательной линии 6 или же сначала из одного канала 30 проходит в каналы 31, а затем поступает в теплообменник 33 и выходит через другой канал 30 в корпусе 22. Направление потока в системе охлаждения зависит от места подключения каналов 30. Поток жидкого хладагента, проходящего по каналам 30, 31 и теплообменнику 33, охлаждает электродвигатель 25. При этом часть тепла снимается и потоком хладагента, проходящим в кольцевом канале 32 от первой ступени 23 по второй ступени 24 турбокомпрессора 2.

Холодильную установку, изображенную на фиг. 1, целесообразно эксплуатировать в качестве кондиционера. В качестве хладагента при этом можно использовать хладон (например, хладон RC 318).

Холодильную установку, изображенную на фиг. 2, целесообразно эксплуатировать тогда, когда надо получить более низкие температуры. При этом работа ее происходит аналогично работе установки, изображенной на фиг. 1, с той лишь разницей, что поток хладагента из испарителя 1 поступает сначала в дополнительный турбокомпрессорный агрегат 11 и из него в основной агрегат 10. Поток же хладагента, поступающий из кондиционера 3 и ресивера 12 во вспомогательную линию 6, разделяется не на два, а на три потока хладагента. Один, как и на фиг. 1, поступает в дополнительную линию 10 с терморегулирующим вентилем 7, а два других в системы охлаждения основного и дополнительного турбокомпрессорных агрегатов 2, 11. После охлаждения двигателей 25 агрегатов 2, 11, которое происходит аналогично ранее описанному, все три потока: из систем охлаждения турбокомпрессорных агрегатов 2, 11 и после терморегулирующего вентиля 7, смешиваются и поступают во вспомогательный теплообменник 8 для охлаждения хладагентов основной линии 4.

Линия 18 оттайки предназначена для холодильной установки (см. фиг. 2), работающей при температурах на испарителе 1 ниже 0^oC, где вследствие этого может образовываться лед. При необходимости удаления льда с испарителя 1 закрывают электромагнитный клапан 14 и открывают электромагнитный клапан 16, направляя горячие пары после турбокомпрессорного агрегата 2 высокого давления в испаритель 1.

Регулирование холодопроизводительности установки и температуры получаемого холода производится изменением скорости вращения рабочих колес турбокомпрессорных агрегатов 2, 11 путем изменения частоты тока, питающего их электродвигатели 25.

Использование: в теплоэнергетике, именно в холодильной технике. Сущность изобретения: холодильная установка содержит испаритель, двухступенчатый турбокомпрессорный агрегат, конденсатор и дросселирующее устройство, включенные в основную линию потока хладагента. Конденсатор также подключен посредством вспомогательной линии к системе охлаждения турбокомпрессорного агрегата, которая, в свою очередь, сообщена с входом второй ступени турбокомпрессорного агрегата. Установка снабжена вспомогательным и основным рекуперативными теплообменниками, последовательно по ходу потока включенными по охлаждаемой среде в основную линию за конденсатором, и дополнительной линией с установленным на ней терморегулирующим вентилем. Вспомогательный теплообменник включен по охлаждающей среде во вспомогательную линию, при этом дополнительная линия подключена к вспомогательной линии до системы охлаждения и после нее перед входом во вспомогательным теплообменник. Основной теплообменник по охлаждающей среде включен в основную линию за испарителем. Терморегулирующий вентиль выполнен регулируемым по состоянию потока во вспомогательной линии на выходе из вспомогательного теплообменника. 2 с. и 1 з. п. ф-лы, 3 ил.

1. Холодильная установка, содержащая испаритель, двухступенчатый турбокомпрессорный агрегат и конденсатор, включенные в основную линию потока хладагента, на которой установлено дросселирующее устройство, при этом конденсатор также подключен по жидкой фазе посредством подводящего участка вспомогательной линии потока хладагента к системе охлаждения турбокомпрессорного агрегата, сообщенной с отводящим участком вспомогательной линии, сообщенным с входом второй ступени турбокомпрессорного агрегата через вспомогательный теплообменник, и дополнительное дросселирующее устройство, отличающаяся тем, что она снабжена дополнительной линией и основным рекуперативным теплообменником, при этом вспомогательный теплообменник выполнен рекуперативным, и оба теплообменника последовательно по ходу потока включены по охлаждаемой среде в основную линию за конденсатором, вспомогательный теплообменник включен по охлаждающей среде в отводящий участок вспомогательной линии, а дополнительная линия подключена к подводящему участку вспомогательной линии и к ее отводящему участку перед входом во вспомогательный теплообменник, при этом дополнительное дросселирующее устройство выполнено в виде терморегулирующего вентиля, последний установлен на дополнительной линии и выполнен регулируемым по состоянию потока во вспомогательной линии на выходе из вспомогательного теплообменника, основной теплообменник по охлаждающей среде включен в основную линию за испарителем. 2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена дополнительным двухступенчатым турбокомпрессорным агрегатом с системой охлаждения, вход которой подключен к подводящему участку вспомогательной линии, а выход к отводящему участку последней до точки подключения дополнительной линии, при этом дополнительный турбокомпрессорный агрегат включен в основную линию перед основным турбокомпрессорным агрегатом. 3. Двухступенчатый турбокомпрессорный агрегат холодильной установки, содержащий герметичный корпус, в котором расположены сообщенные между собой первая и вторая ступени турбокомпрессорного агрегата и размещенный между последними электродвигатель, ротор которого установлен на одном валу с рабочими колесами ступеней, обращенными входами в противоположные стороны, а статор закреплен в корпусе посредством кожуха, при этом в корпусе выполнены каналы подвода и отвода хладагента, сообщенные с системой охлаждения турбокомпрессорного агрегата, включающей каналы, выполненные в кожухе статора электродвигателя, отличающийся тем, что ступени агрегата сообщены посредством кольцевого канала, выполненного в корпусе, а система охлаждения снабжена межступенчатым теплообменником, установленным в кольцевом канале, причем теплообменник сообщен с каналами в кожухе статора.