Энергоэффективная система охлаждения, предпусковой подготовки масла турбомашины и поддержания комфортного климата в ангаре Российский патент 2022 года по МПК F16N39/00 F01D25/08 

Изобретение относится к области регулирования и организации охлаждения масла в турбомашинах.

Известна система для воздушного охлаждения масла или масловоздушной смеси с рециркуляционным воздушным потоком (RU 2505736, опубл. 27.01.2014 г.) в котором для поддержания температуры охлаждаемого масла или масловоздушной смеси на заданном уровне и исключения их застывания в масляных каналах теплообменных секций используют две системы регулирования, первая из которых обеспечивает поддержание температуры охлаждаемого масла или масловоздушной смеси на заданном уровне путем изменения частоты вращения вентиляторов, вторая поддерживает заданную температуру воздушного потока в холодное время года, обеспечивая рециркуляцию воздуха.

Основными недостатками известной системы является то, что отводимое тепло безвозвратно выбрасывается в атмосферу, при этом в холодное время года по причине рециркуляции воздушного потока происходит повышенное потребление электроэнергии, т.е. система является энергозатратной и не выполняет одновременно функций предпускового разогрева масла в холодное время года, отопления и вентиляции здания–укрытия (ангара).

Прототип не обнаружен.

Техническая задача заключается в разработке системы, позволяющей осуществлять охлаждение масла турбомашины, его предпусковую подготовку с функцией поддержания комфортного климата в ангаре турбомашины в любое время года.

Технический результат – создание энергоэффективной системы, обеспечивающей охлаждение и быстрый разогрев масла в процессе предпусковой подготовки масляной системы турбомашины с функцией поддержания комфортного климата в ангаре путем использования отводимого тепла в процессе охлаждения масла на нагрев воздуха в ангаре (отопление) и автоматического поддержания приточной вентиляции при работающей турбомашине, а также путем использования тепла внешнего теплоносителя системы отопления с автоматическим поддержанием приточной вентиляции при неработающей турбомашине.

Технический результат достигается за счет того, что энергоэффективная система охлаждения, предпусковой подготовки масла турбомашины и поддержания комфортного климата в ангаре включает встроенный в проем стены ангара турбомашины теплообменный аппарат, внутри которого расположена камера смешения с теплообменными секциями, над которыми расположены регулируемые по частоте вращения вентиляторы, а также датчик температуры воздуха в ангаре турбомашины, датчик температуры воздуха на входе в теплообменную секцию и датчик температуры масла на выходе из теплообменного аппарата, камера смешения снабжена электроприводными регулируемыми клапанами с наружной стороны стены и с внутренней стороны стены, при этом теплообменная секция выполнена с раздающими и собирающими коллекторами для масла, а также с раздающими и собирающими коллекторами для воды из внешней системы отопления и со сдвоенными масляно-водяными каналами с общей стенкой-перегородкой, между которыми расположены ребристые вставки с развитой поверхностью теплообмена, указанная система содержит управляющий процессор, который связан с датчиками температуры воздуха и масла, а также с исполнительными механизмами вентиляторов и клапанов, управляющий процессор выполнен с возможностью поддержания заданной температуру масла на выходе из теплообменного аппарата, регулирования температуры воздушного потока на входе в теплообменную секцию, а при остановке турбомашины - поддержания температуры в ангаре турбомашины при включенной циркуляции воды внешней системы отопления и остановленной турбомашине, причем на выходе вентиляторов расположены исполнительные устройства в виде электроприводных управляемых жалюзийных клапанов, один из которых соединен с воздуховодами отопления/вентиляции ангара, а в стене ангара размещен дополнительный вентилятор с воздушным клапаном.

Реализация охлаждения масла турбомашины осуществляется в теплообменном аппарате, который укомплектован теплообменными секциями пластинчато–ребристого типа с раздающими и собирающими коллекторами для масла, с раздающими и собирающими коллекторами для воды из внешней системы отопления, со сдвоенными масляно–водяными каналами в которых через общую стенку–перегородку объединены масляные каналы, в которых протекает охлаждаемое масло, и водяные каналы, в которых протекает вода из внешней системы отопления.

Сдвоенный канал с обоих сторон окружен воздушными полостями, содержащими ребристые вставки с развитыми поверхностями теплообмена, обеспечивающими необходимую теплопередачу от сдвоенных каналов к воздушному потоку. Через ребристые вставки проходит теплопередача от масла воздушному потоку в сдвоенном канале при работе турбомашины – в режиме «охлаждение масла» и от воды из внешней системы отопления воздушному потоку в режиме «отопление и вентиляция» при неработающей турбомашине.

Через перегородку в масляно-водяном канале обеспечивается теплопередача от воды к маслу и поддержание необходимой температуры масла в режиме предпускового разогрева («Горячий резерв»).

Теплообменный аппарат встроен непосредственно в проем стены ангара турбомашины. Воздушный поток через автоматически регулируемые воздушные клапаны в наружной и внутренней сторон стены ангара поступает в камеру смешивания, далее, отбирая тепло из теплообменной секции, попадает в выходные автоматически управляемые клапаны с внутренней стороны стены, через который необходимая для поддержания заданной температуры в здании ангара часть подогретого воздуха направляется в развитую систему воздуховодов отопления/вентиляции, а излишняя часть подогретого воздуха выбрасывается в атмосферу.

Кроме того, дополнительный вентилятор обеспечивает, когда это необходимо, дополнительную подачу наружного воздуха с улицы через воздушный клапан в воздуховод отопления/вентиляции с целью поддержания приточной вентиляции с трехкратным воздушным обменом в час. Таким образом осуществляется поддержание комфортного климата в ангаре турбомашины.

Совокупность признаков, изложенных в формуле изобретения, позволяет заявляемой системе поддерживать заданную температуру масла на выходе из теплообменного аппарата, регулировать температуру воздушного потока на входе в теплообменную секцию в холодное время года, а при остановке турбомашины поддерживать температуру в ангаре турбомашины при включенной циркуляции воды внешней системы отопления и остановленной турбомашине.

Изобретение проиллюстрировано следующими фигурами.

На фиг.1 изображен поперечный разрез ангара турбомашины с обменным аппаратом, встроенным в стену ангара. Стрелками показано направление движения воздушного потока в режиме «Охлаждение масла».

На фиг.2 изображена теплообменная секция, разрезы А-А и Б-Б.

На фиг.3 представлена схема подачи охлаждаемого масла из маслосистемы турбомашины и воды из внешней системы отопления.

На фиг.4 представлена схема взаимодействия управляющего процессора с исполнительными механизмами системы.

Заявляемая система включает:

1 - теплообменный аппарат (ТОА);

2 - камера смешения;

3 - электроприводные регулируемые клапаны на входе в ТОА 1 с наружной стороны стены ангара;

4 - электроприводные регулируемые клапаны на входе в ТОА 1 с внутренней стороны стены ангара;

5 - теплообменные секции;

6 - вентиляторы;

7 - электроприводные воздушные клапаны на выходе из ТОА 1 для подачи воздуха в систему воздуховодов отопления и вентиляции;

8 - электроприводные воздушные клапаны на выходе из ТОА 1 для сброса нагретого воздуха в атмосферу;

9 - система воздуховодов отопления и вентиляции;

10 - дополнительный вентилятор;

11 - лепестковый воздушный клапан;

12 - внутреннее пространство ангара;

13 - стена ангара;

14 – датчик температуры масла;

15 – маслосистема турбомашины;

16 – сдвоенный канал теплообменной секции 5;

17 – электроприводной кран отводящего трубопровода воды;

18 - электроприводной кран подводящего трубопровода воды;

19 – датчик температуры воздуха на входе в теплообменную секцию 5;

20 - датчик температуры воздуха в ангаре турбомашины;

21 - раздающий коллектор масла теплообменной секции 5;

22 - собирающий коллектор масла теплообменной секции 5;

23 - раздающий коллектор воды теплообменной секции 5;

24 - собирающий коллектор воды теплообменной секции 5;

25 - стенка-перегородка;

26 - ребристые вставки с развитыми поверхностями;

27 - подводящий трубопровод масла;

28 - подводящий трубопровод воды внешней системы отопления;

29 – отводящий трубопровод воды внешней системы отопления;

30 - управляющий процессор.

Исполнительными механизмами (фиг.4) являются электроприводные регулируемые клапаны 3 и 4, вентиляторы 6, электроприводные воздушные клапаны 7 и 8, дополнительный вентилятор 10, электроприводной кран отводящего трубопровода воды 17 и электроприводной кран подводящего трубопровода воды 18.

Теплообменный аппарат 1 снабжен жалюзийными электроприводными регулируемыми клапанами 3 с наружной стороны стены 13 ангара и с внутренней стороны стены 13 ангара. Воздух перемешивается в камере смешивания 2. В ТОА 1 встроены теплообменные секции 5, через которые воздух «протягивается» осевыми регулируемыми по частоте вращения вентиляторами 6. На выходе вентиляторов 6 расположены электроприводные управляемые (положение открыто – закрыто) жалюзийные клапаны 7,8, один из которых (клапан 7) обращен внутрь ангара и соединен с развитой системой воздуховодов 9 отопления-вентиляции ангара, второй (клапан 8) - в сторону «улицы», т.е. с наружной стороны ТОА 1.

В нижней части ангара установлен датчик 20 в виде термопреобразователя сопротивления, замеряющий температуру в ангаре, который соединен с управляющим процессором 30, осуществляющим автоматическое управление и регулирование заявляемой системы.

На входе в теплообменную секцию 5 установлен датчик температуры воздуха 19 в виде термопреобразователя сопротивления, который также соединен с управляющим процессором 30.

Теплообменная секция 5 включает раздающий коллектор масла 21, собирающий коллектор масла 22, раздающий коллектор воды 23, собирающий коллектор воды 24, сдвоенные масляно-водяные каналы 16, имеющие общую стенку–перегородку 25, ребристые вставки с развитыми поверхностями теплообмена 26.

Нагретое в результате работы турбомашины масло из маслосистемы турбомашины 15 внешним насосом (не показан) по подводящему трубопроводу 27 подается на вход теплообменной секции 5, в дальнейшем возвращается в маслосистему турбомашины 15. Вода из внешней системы отопления подводится в теплообменную секцию 5 и отводится из него через электроуправляемые краны 17,18.

Система работает следующим образом.

При работающей турбомашине осуществляется режим «Охлаждение масла». Масло, которое необходимо охладить, посредством насоса маслосистемы турбомашины 15 подается на раздающий коллектор 21 теплообменной секции 5, далее в сдвоенном канале 16 масло охлаждается путем передачи тепла воздуху, движимому вентиляторами 6. Циркуляции воды на данном режиме нет. Электроприводные краны на подводящем 18 и отводящем 17 трубопроводах воды из внешней системы отопления закрыты.

Управляющий процессор 30 при этом поддерживает заданную температуру масла на выходе из теплообменного аппарата 1 по сигналам датчика 14 путем изменения заданной частоты вращения вентиляторов 6. В условиях отрицательных температур воздуха за пределами ангара 12 управляющий процессор 30 поддерживает заданную температуру воздуха по сигналам датчика температуры 19 на входе в теплообменную секцию 5 путем изменения взаимного положения жалюзийных клапанов 4 с помощью исполнительных механизмов (не показаны).

При положительных температурах воздуха окружающей среды клапан наружный 3 полностью открыт, клапан внутренний 4 полностью закрыт, тем самым обеспечивая подачу воздуха на вход теплообменной секции 5 с температурой окружающей среды. Управляющий процессор 30 регулирует положение клапанов выхода воздуха 7, 8 и поддерживает заданное значение температуры воздуха в ангаре турбомашины по сигналам датчиков температуры 20. Значение температуры задается оператором.

При температуре, равной заданному значению, клапаны 7 и 8 открыты. При росте температуры по отношению к заданному на 1°С закрывается внутренний клапан 7, весь теплый воздух сбрасывается в атмосферу, а в случае снижения по отношению к заданному температуры на 1°С закрывается наружный клапан 8, и весь теплый воздух направляется в ангар. Для обоих клапанов перестановка из закрытого положения в открытое осуществляется при достижении заданной температуры.

При полном закрытии внутреннего клапана 7 автоматически включается дополнительный приточный вентилятор 10.

При неработающей турбомашине ТОА 1 переходит в режим «Отопление и вентиляция». При этом внешний насос маслосистемы турбомашины 15 выключен, и циркуляция масла отсутствует. В холодное время года (в отопительный сезон) открываются электроприводные краны 17, 18 на подводящем 28 и отводящем 29 трубопроводах воды из внешней системы отопления, и осуществляется циркуляция воды отопления через теплообменную секцию 5. Наружный клапан входа 3 закрывается, внутренний клапан входа 4 открывается, наружный клапан выхода 8 закрывается, внутренний клапан выхода 7 открывается. Дополнительный приточный вентилятор 10 включается.

Управляющий процессор 30 поддерживает заданное значение температуры воздуха в ангаре путем изменения частоты вращения вентиляторов 6. Необходимое значение температуры в ангаре задается оператором. В теплое время года (в неотопительный сезон) все краны и клапаны закрыты, включен только дополнительный приточный вентилятор 10.

При пуске турбомашины в работу до момента достижения температуры масла в маслосистеме 15 необходимого значения предпусковой готовности открываются электроприводные краны 17, 18 на подводящем и отводящем трубопроводах воды из внешней системы отопления, включается насос маслосистемы турбомашины 15, происходит одновременная циркуляция масла и воды. За счет теплопередачи через стенку-перегородку 25 в сдвоенном канале 16 теплообменной секции 5 происходит интенсивный разогрев масла.

При нахождении турбомашины в состоянии «Горячий резерв» происходит поддержание температуры масла не ниже необходимого значения предпусковой готовности за счет одновременной циркуляции масла и воды и теплопередачи через стенку-перегородку 25 в сдвоенном канале 16.

После запуска турбомашины в работу и розжига рабочего тела в камере сгорания ТОА 1 автоматически переводится в режим «Охлаждение масла».

Таким образом, заявляемая система обеспечивает охлаждение и быстрый разогрев масла в процессе предпусковой подготовки масляной системы турбомашины и выполняет функцию поддержания комфортного климата в ангаре путем использования отводимого тепла в процессе охлаждения масла на нагрев воздуха в ангаре (отопление) и автоматического поддержания приточной вентиляции при работающей турбомашине, а также путем использования тепла внешнего теплоносителя системы отопления с автоматическим поддержанием приточной вентиляции при неработающей турбомашине, что подтверждает энергоэффективность заявляемой системы.

Изобретение относится к области регулирования и организации охлаждения масла в турбомашинах. Технический результат – создание энергоэффективной системы, обеспечивающей охлаждение и быстрый разогрев масла в процессе предпусковой подготовки масляной системы турбомашины с функцией поддержания комфортного климата в ангаре путем использования отводимого тепла в процессе охлаждения масла на нагрев воздуха в ангаре (отопление) и автоматического поддержания приточной вентиляции при работающей турбомашине, а также путем использования тепла внешнего теплоносителя системы отопления с автоматическим поддержанием приточной вентиляции при неработающей турбомашине. Технический результат достигается за счет того, что энергоэффективная система охлаждения, предпусковой подготовки масла турбомашины и поддержания комфортного климата в ангаре включает встроенный в проем стены ангара турбомашины теплообменный аппарат, внутри которого расположена камера смешения с теплообменными секциями, над которыми расположены регулируемые по частоте вращения вентиляторы, а также датчик температуры воздуха в ангаре турбомашины, датчик температуры воздуха на входе в теплообменную секцию и датчик температуры масла на выходе из теплообменного аппарата, камера смешения снабжена электроприводными регулируемыми клапанами с наружной стороны стены и с внутренней стороны стены, при этом теплообменная секция выполнена с раздающими и собирающими коллекторами для масла, а также с раздающими и собирающими коллекторами для воды из внешней системы отопления и со сдвоенными масляно-водяными каналами с общей стенкой-перегородкой, между которыми расположены ребристые вставки с развитой поверхностью теплообмена, указанная система содержит управляющий процессор, который связан с датчиками температуры воздуха и масла, а также с исполнительными механизмами вентиляторов и клапанов, управляющий процессор выполнен с возможностью поддержания заданной температуры масла на выходе из теплообменного аппарата, регулирования температуры воздушного потока на входе в теплообменную секцию, а при остановке турбомашины - поддержания температуру в ангаре турбомашины при включенной циркуляции воды внешней системы отопления и остановленной турбомашине, причем на выходе вентиляторов расположены исполнительные устройства в виде электроприводных управляемых жалюзийных клапанов, один из которых соединен с воздуховодами отопления/вентиляции ангара, а в стене ангара размещен дополнительный вентилятор с воздушным клапаном. 4 ил.

Энергоэффективная система охлаждения, предпусковой подготовки масла турбомашины и поддержания комфортного климата в ангаре, включающая встроенный в проем стены ангара турбомашины теплообменный аппарат, внутри которого расположена камера смешения с теплообменными секциями, над которыми расположены регулируемые по частоте вращения вентиляторы, а также датчик температуры воздуха в ангаре турбомашины, датчик температуры воздуха на входе в теплообменную секцию и датчик температуры масла на выходе из теплообменного аппарата, камера смешения снабжена электроприводными регулируемыми клапанами с наружной стороны стены и с внутренней стороны стены, при этом теплообменная секция выполнена с раздающими и собирающими коллекторами для масла, а также с раздающими и собирающими коллекторами для воды из внешней системы отопления и со сдвоенными масляно-водяными каналами с общей стенкой-перегородкой, между которыми расположены ребристые вставки с развитой поверхностью теплообмена, указанная система содержит управляющий процессор, который связан с датчиками температуры воздуха и масла, а также с исполнительными механизмами вентиляторов и клапанов, управляющий процессор выполнен с возможностью поддержания заданной температуры масла на выходе из теплообменного аппарата, регулирования температуры воздушного потока на входе в теплообменную секцию, а при остановке турбомашины - поддержания температуры в ангаре турбомашины при включенной циркуляции воды внешней системы отопления и остановленной турбомашине, причем на выходе вентиляторов расположены исполнительные устройства в виде электроприводных управляемых жалюзийных клапанов, один из которых соединен с воздуховодами отопления/вентиляции ангара, а в стене ангара размещен дополнительный вентилятор с воздушным клапаном.