СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ХОЛОДА В ТУРБОХОЛОДИЛЬНОМ АГРЕГАТЕ Российский патент 2002 года по МПК F25B11/00 F25B49/00 

Изобретение относится к холодильной технике и, в частности, может быть использовано в турбохолодильных установках, предназначенных для холодильных систем, систем кондиционирования воздуха, систем охлаждения двигателей, герметических кабин и отсеков летательных аппаратов.

Известны способы получения холода в турбохолодильных агрегатах, состоящих из холодильной турбины и тормозного устройства (нагнетателя), установленных на одном валу, включающие процесс расширения сжатого газа (воздуха) в холодильной турбине с понижением температуры и отдачей механической энергии тормозному устройству - турбокомпрессору или вентилятору (US 2618125 А, 18.11.52; SU 236997 A1, 03.02.69; SU 284627 A1, 14.10.70; SU 294775 A1, 04.02.71; Г.И. Воронин, М.И. Верба. Кондиционирование воздуха на летательных аппаратах. М.: Машиностроение, 1965, с.269-270, 285-286).

Известен способ получения холода в турбохолодильном агрегате (турбохолодильнике) путем расширения сжатого газа в холодильной турбине с понижением его температуры и отдачей механической энергии вращения ротора турбины тормозному устройству, связанному приводом с ротором (Системы оборудования летательных аппаратов. Под редакцией А.М. Матвеенко и В.И. Бекасова. М.: Машиностроение, 1995, с. 110-113, 122-124.).

Однако известный способ не обеспечивает высокой эффективности (холодопроизводительности) турбины, характеризуемой изоэнтропическим кпд, в широком диапазоне переменных режимов работы, поскольку в условиях меняющихся рабочих параметров турбины и тормозного устройства и отклонения их значений от расчетных происходит значительное понижение кпд турбины, что приводит к уменьшению холодопроизводительности турбохолодильного агрегата.

Целью настоящего изобретения является поддержание максимального кпд и холодопроизводительности холодильной турбины в широком диапазоне режимов работы агрегата.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе получения холода в турбохолодильном агрегате, включающем расширение сжатого газа в холодильной турбине с понижением его температуры и отдачей механической энергии тормозному устройству, кинематически связанному с ротором турбины, согласно изобретению задают оптимальную величину приведенной частоты вращения ротора, соответствующую максимальному значению кпд турбины. Измеряют температуру и давление газа на входе в турбину, давление газа за турбиной и частоту вращения ротора. Определяют текущее значение приведенной частоты вращения ротора, зависящее от указанных измеряемых величин рабочих параметров. Если текущее значение меньше заданной оптимальной величины приведенной частоты вращения, то уменьшают тормозящий момент ротора. Если текущее значение приведенной частоты вращения больше заданной оптимальной величины, то тормозящий момент ротора увеличивают. При этом тормозящий момент ротора изменяют путем воздействия на тормозное устройство до наступления равенства заданного и текущего значений приведенных частот вращения ротора турбины.

Кроме того, в качестве тормозного устройства могут использовать гидронасос, при этом тормозящий момент ротора изменяют, уменьшая или увеличивая степень дросселирования рабочей жидкости на стороне нагнетания гидронасоса.

Также в качестве тормозного устройства могут использовать турбокомпрессор, при этом тормозящий момент ротора изменяют, уменьшая или увеличивая сопротивление сети на стороне нагнетания турбокомпрессора.

Предусмотрено, что в качестве тормозного устройства могут использовать электрогенератор, при этом тормозящий момент ротора изменяют путем увеличения или уменьшения внешней нагрузки электрогенератора.

На чертеже приведен общий вид турбохолодильного агрегата в разрезе, в котором в качестве тормозного устройства использован вентилятор (турбокомпрессор).

Способ получения холода в турбохолодильном агрегате осуществляется следующим образом.

Предварительно охлажденный исходный сжатый газ (воздух) направляют на расширение в холодильную турбину (1). В процессе расширения происходит понижение температуры газа и отдача механической энергии вращения ротора (2) турбины тормозному устройству (3), кинематически связанному с ротором, например, с помощью вала (4).

Задают оптимальную величину приведенной частоты вращения ротора, соответствующую максимальному значению кпд турбины. Измеряют температуру и давление газа на входе (5) в турбину, давление газа на выходе (6) из турбины и частоту вращения ротора. Определяют текущее значение приведенной частоты вращения ротора, зависящее от указанных измеряемых величин рабочих параметров. Если текущее значение меньше заданной оптимальной величины приведенной частоты вращения, то уменьшают тормозящий момент ротора. Если текущее значение приведенной частоты вращения больше заданной оптимальной величины, то тормозящий момент ротора увеличивают. Тормозящий момент ротора изменяют путем воздействия на тормозное устройство до наступления равенства заданного и текущего значений приведенных частот вращения ротора турбины.

В качестве тормозного устройства может быть применен гидронасос, или турбокомпрессор (вентилятор), или электрогенератор. В случае использования гидронасоса тормозящий момент ротора изменяют, уменьшая или увеличивая степень дросселирования рабочей жидкости на стороне нагнетания. При использовании турбокомпрессора тормозящий момент ротора изменяют, уменьшая или увеличивая сопротивление сети на стороне нагнетания турбокомпрессора, а при установке электрогенератора тормозящий момент изменяют путем увеличения или уменьшения внешней нагрузки электрогенератора.

В устройстве (турбохолодильном агрегате), использующем способ, может быть применен микропроцессор или ЭВМ. В этом случае измеренные параметры в форме электрических сигналов поступают в микропроцессор (ЭВМ), где суммируются с учетом характеристик турбины, хранящихся в памяти микропроцессора (ЭВМ), а выходной сигнал через исполнительный механизм подается на тормозное устройство (3) для варьирования величиной тормозного момента ротора (2) турбины.

Преимущества предлагаемого способа производства холода в турбохолодильном агрегате основаны на том, что путем воздействия на тормозное устройство осуществляется поддержание максимального значения кпд холодильной турбины в условиях переменных режимов работы турбоагрегата - это и определяет получение максимальной холодопроизводительности (максимального количества холода).

Изобретение может быть использовано в системах кондиционирования воздуха, охлаждения двигателей, герметичных кабин и отсеков летательных аппаратов. Получение холода в турбохолодильном агрегате осуществляют посредством расширения сжатого газа в холодильной турбине с понижением его температуры и отдачей механической энергии тормозному устройству, кинематически связанному с ротором турбины. При этом задают оптимальную величину приведенной частоты вращения ротора, соответствующую максимальному значению кпд турбины. Измеряют температуру и давление газа на входе в турбину, давление газа за турбиной и частоту вращения ротора. Определяют текущее значение приведенной частоты вращения ротора, зависящее от указанных измеряемых величин рабочих параметров. Если текущее значение меньше заданной оптимальной величины приведенной частоты вращения, то уменьшают тормозящий момент ротора. Тормозящий момент ротора изменяют путем воздействия на тормозное устройство до наступления равенства заданного и текущего значений приведенных частот вращения ротора турбины. В качестве тормозного устройства может быть применен гидронасос, или турбокомпрессор (вентилятор), или электрогенератор. Использование изобретения позволит поддерживать максимальный кпд и холодопроизводительность турбины в широком диапазоне режимов работы. 3 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Способ получения холода в турбохолодильном агрегате, включающий расширение сжатого газа в холодильной турбине с понижением его температуры и отдачей механической энергии тормозному устройству, кинематически связанному с ротором турбины, отличающийся тем, что задают оптимальную величину приведенной частоты вращения ротора, соответствующую максимальному значению кпд турбины, измеряют температуру и давление газа на входе в турбину, давление газа за турбиной и частоту вращения ротора, определяют текущее значение приведенной частоты вращения ротора, зависящее от указанных измеряемых величин рабочих параметров, если текущее значение меньше заданной оптимальной величины приведенной частоты вращения, то уменьшают тормозящий момент ротора, если текущее значение приведенной частоты вращения больше заданной оптимальной величины, то тормозящий момент ротора увеличивают, при этом тормозящий момент ротора изменяют путем воздействия на тормозное устройство до наступления равенства заданного и текущего значений приведенных частот вращения ротора турбины. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве тормозного устройства используют гидронасос, при этом тормозящий момент ротора изменяют, уменьшая или увеличивая степень дросселирования рабочей жидкости на стороне нагнетания гидронасоса. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве тормозного устройства используют турбокомпрессор, при этом тормозящий момент ротора изменяют, уменьшая или увеличивая сопротивление сети на стороне нагнетания турбокомпрессора. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве тормозного устройства используют электрогенератор, при этом тормозящий момент ротора изменяют путем увеличения или уменьшения внешней нагрузки электрогенератора.