Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ РЕГУЛИРУЕМОГО ОХЛАЖДЕНИЯ МАСЛА ИЛИ МАСЛОВОЗДУШНОЙ СМЕСИ И АППАРАТ ВОЗДУШНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ С РЕЦИРКУЛЯЦИОННЫМ ВОЗДУШНЫМ ПОТОКОМ ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ЭТОГО СПОСОБА

Изобретение относится к области машиностроения и теплотехники и может быть использовано в газотурбинных установках газоперекачивающих агрегатов, в аппаратах воздушного охлаждения масла или масловоздушной смеси.

Известна Система автоматического управления в аппарате воздушного охлаждения «сырого» газа с рециркуляцией воздуха СУ-99, http://www.skbspa.ru/index.php?cat=sysuprav4, предназначенная для автоматического регулирования температуры «сырого» газа на выходе аппарата воздушного охлаждения (АВО) по минимальной температуре стенок теплообменных труб. Для этого по основному контуру системы регулируют частоту вращения вентиляторов, а по контуру рециркуляции регулируют степень открытия жалюзи (заслонок). О точном регулировании температуры воздушного потока, поступающего по рециркуляционному каналу на вход охладителя, для эффективного поддержания температуры охлаждаемых масла или масловоздушной смеси на заданном уровне, в данном техническом решении не упоминается.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является «Способ регулируемого охлаждения масла и аппарат воздушного охлаждения для осуществления этого способа (варианты)», патент РФ №2273793 от 10.04.2006 г., в котором для поддержания температуры охлаждаемого масла на требуемом уровне при низких отрицательных температурах окружающей среды (от -30°С до -60°С) включают систему рециркуляции.

Основным недостатком вышеприведенного способа является низкая эффективность поддержания температуры охлаждаемого масла на заданном уровне, поскольку в данном способе включают систему рециркуляции при необходимости, но не управляют и не регулируют эту систему, не регулируют температуру воздушного потока, направляемого по рециркуляционному каналу на вход охладителя, что приводит к возможности застывания масла при низких температурах воздушного потока, поступающего на вход охладителя.

Известны Аппараты воздушного охлаждения газа с рециркуляцией охлаждающего воздуха, изготавливаемые в соответствии с ГОСТ Р 51364-99, http://spetsmashservis.narod.ru/katalog avo avor.html. Для предотвращения переохлаждения продукта в зимний период работы в данных Аппаратах предусмотрена система рециркуляции нагретого воздуха. Для этой цели в Аппаратах имеются боковые жалюзи, расположенные на торцевых стенках, промежуточные жалюзи в боковом коробе и верхние жалюзи, расположенные над секциями. Жалюзи снабжены пневмоприводами.

О возможности точного регулирования температуры поступающего воздушного потока на вход охладителя в вышеназванных Аппаратах не упоминается, поэтому технический результат, достигаемый заявляемым изобретением, получить в вышеприведенном техническом решении невозможно.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является «Способ регулируемого охлаждения масла и аппарат воздушного охлаждения для осуществления этого способа (варианты)», патент РФ №2273793 от 10.04.2006 г., где в аппарате воздушного охлаждения для поддержания температуры охлаждаемого масла на требуемом уровне при низких отрицательных температурах окружающей среды (от -30°С до -60°С) предусмотрена система рециркуляции.

Основным недостатком данного аппарата воздушного охлаждения является низкая эффективность поддержания температуры охлаждаемого масла на заданном уровне из-за отсутствия возможности управления и регулирования температуры поступающего воздушного потока на вход охладителя при включении системы рециркуляции.

Техническая задача заявляемого технического решения - эффективное поддержание температуры охлаждаемых масла или масловоздушной смеси на заданном уровне.

Технический результат достигается в способе регулируемого охлаждения масла или масловоздушной смеси путем подачи воздушного потока посредством группы вентиляторов с электроприводами переменного тока в охладитель аппарата воздушного охлаждения с раздающими и собирающими коллекторами для масла или масловоздушной смеси для поддержания температуры охлаждаемых сред на заданном уровне. Поддержание температуры охлаждаемых масла или масловоздушной смеси на заданном уровне осуществляют путем совместного управления двумя независимыми системами регулирования, причем для первой системы регулирования измеряют температуру охлаждаемых масла или масловоздушной смеси и с помощью электрической связи передают ее значение на микропроцессорный регулятор, которым при отклонении этого значения от заданного изменяют частоту вращения группы верхних вентиляторов, а для второй рециркуляционной системы регулирования измеряют температуру воздушного потока, который подают на вход охладителя, и с помощью электрической связи передают ее значение на термопреобразователь сопротивления, с помощью которого при отклонении этого значения от заданного изменяют частоту вращения группы нижних рециркуляционных вентиляторов, а также управляют регулирующими механизмами верхних и нижних воздушных клапанов охладителя, заслонок канала рециркуляции, выходных заслонок групп нижних и верхних вентиляторов.

Указанная задача решается также в аппарате воздушного охлаждения с рециркуляционным воздушным потоком, содержащем охладитель с теплообменными секциями с раздающими и собирающими коллекторами для масла или масловоздушной смеси, группу вентиляторов с электроприводами переменного тока, микропроцессорный регулятор, настроенный на требуемую температуру охлаждаемых масла или масловоздушной смеси, а также выходные заслонки вентиляторов и заслонки в канале рециркуляции. При этом на входе воздушного потока, поступающего в охладитель и проходящего через его верхние и нижние воздушные клапаны, установлен термопреобразователь сопротивления, настроенный на требуемую температуру поступающего воздушного потока в охладитель, а верхние и нижние воздушные клапаны охладителя, выходные заслонки вентиляторов и заслонки в канале рециркуляции управляются регулирующими механизмами. Термопреобразователь сопротивления связан с помощью электрической связи с управляющим устройством, регулирующим частоту вращения двигателей группы нижних рециркуляционных вентиляторов, а также с регулирующими механизмами верхних и нижних воздушных клапанов охладителя, заслонок канала рециркуляции, выходных заслонок групп нижних и верхних вентиляторов.

Применяя в процессе воздушного охлаждения масла или масловоздушной смеси совместно две независимые системы регулирования для поддержания температуры охлаждаемых сред на заданном уровне, управляя одновременно и частотой вращения вентиляторов, и температурой поступающего воздушного потока по рециркуляционному каналу на теплообменные секции охладителя, надежно исключают возможность застывания масла или масловоздушной смеси при низких температурах окружающей среды, более эффективно поддерживают температуру охлаждаемых масла или масловоздушной смеси на заданном уровне.

На фиг. 1 показана схема регулируемого охлаждения масла или масловоздушной смеси в аппарате воздушного охлаждения с рециркуляционным воздушным потоком при работе с четырьмя вентиляторами.

Реализацию заявляемого способа регулируемого охлаждения масла или масловоздушной смеси осуществляют в аппарате воздушного охлаждения с рециркуляционным воздушным потоком, который имеет охладитель, включающий теплообменные секции с раздающими и собирающими коллекторами для масла или масловоздушной смеси, при этом масло или масловоздушную смесь охлаждают воздушным потоком, который подают с помощью групп верхних и нижних вентиляторов (на фиг.1 показан аппарат с двумя верхними и двумя нижними вентиляторами) с регулируемыми по частоте электроприводами переменного тока. С помощью группы верхних вентиляторов подают воздушный поток для охлаждения масла или масловоздушной смеси. Частоту вращения рабочих колес этих вентиляторов регулируют по показаниям микропроцессорного регулятора, который устанавливают в выходной магистрали охладителя. С помощью группы нижних рециркуляционных вентиляторов подают воздушный поток при включении режима рециркуляции. Частоту вращения нижних вентиляторов регулируют по сигналам от термопреобразователя сопротивления, который устанавливают на входе воздушного потока в охладитель. При этом используют совместно две независимые системы регулирования для поддержания температуры охлаждаемых масла или масловоздушной смеси на заданном уровне, т.е. одновременно управляют и частотой вращения рабочих колес вентиляторов и температурой воздушного потока, который направляют по рециркуляционному каналу на теплообменные секции охладителя. При включении (выключении) режима рециркуляции управляют также регулирующими механизмами верхних и нижних воздушных клапанов охладителя, заслонок канала рециркуляции, выходных заслонок нижних и верхних вентиляторов.

При реализации заявляемого способа масло или масловоздушную смесь подают насосом 1 по магистрали 2 во внешний источник тепла 3. Далее масло или масловоздушную смесь направляют в раздающие коллектора 4 теплообменных секций 5. Из раздающих коллекторов нагретые масло или масловоздушную смесь подают на теплообменные поверхности в масляные каналы, где охлаждают посредством прохождения по воздушным каналам охлаждающего воздуха, прокачиваемого вентиляторами 6. Масло или масловоздушная смесь после охлаждения через собирающие коллектора 7 направляют в выходную магистраль 8 и далее возвращают во всасывающий патрубок насоса 1.

Поддержание температуры охлаждаемых масла или масловоздушной смеси на заданном уровне осуществляют путем совместного управления двумя независимыми системами регулирования, для первой из которых управляют частотой вращения рабочих колес вентиляторов, а для второй - управляют температурой воздушного потока, подаваемого на вход теплообменных секций охладителя. При этом микропроцессорный регулятор 9 устанавливают в выходной магистрали 8 на выходе охладителя и настраивают на требуемую температуру охлаждаемых масла или масловоздушной смеси. При отклонении показания микропроцессорного регулятора 9 от заданного значения формируют управляющий сигнал, которым изменяют частоту вращения рабочих колес вентиляторов 6. В основном режиме охлаждения обеспечивают работу всех четырех вентиляторов, заслонки 10 группы верхних вентиляторов открывают, заслонки 11 группы нижних вентиляторов открывают, верхние воздушные клапаны 12 на входе в охладитель открывают, нижние воздушные клапаны 13 на входе в охладитель открывают, заслонки 14 рециркуляционного канала закрывают. При уменьшении частоты вращения рабочих колес вентиляторов до 20% от максимальной отключают группу нижних вентиляторов, закрывают заслонки 11 группы нижних вентиляторов и охлаждающий воздух подают на теплообменные секции 5 охладителя с помощью группы верхних вентиляторов. При достижении частоты вращения каждого из работающих группы верхних вентиляторов до 90% от максимальной включают в режим воздушного охлаждения масла или масловоздушной смеси все вентиляторы.

При низких значениях температуры окружающего воздуха существует опасность застывания масла или масловоздушной смеси в каналах теплообменных секций 5. Термопреобразователь сопротивления 16 устанавливают на входе воздушного потока в охладитель и настраивают на требуемую температуру воздушного потока. При отклонении показания термопреобразователя сопротивления 16 от заданного значения, т.е. при достижении нижней уставки рециркуляции, обязательно выше 0°С, (например, Т_рец=+5°), а также при сумме частот всех работающих вентиляторов меньше уставки частоты перехода в режим рециркуляции формируют управляющий сигнал, которым включают режим регулируемой рециркуляции. При включении режима регулируемой рециркуляции по управляющему сигналу от термопреобразователя сопротивления 16 управляют регулирующими механизмами, которыми закрывают верхние воздушные клапаны 12 на входе в охладитель и направляют воздушный поток только через нижние воздушные клапаны 13, тем самым уменьшая объем поступающего воздушного потока с низкими значениями температур.

Одновременно, по управляющему сигналу, открывают выходные заслонки 10 верхних вентиляторов и закрывают выходные заслонки 11 нижних рециркуляционных вентиляторов. По рециркуляционному каналу 15, в котором открывают заслонки 14, направляют нагретый в теплообменных секциях воздух вновь на вход охладителя аппарата воздушного охлаждения, тем самым гарантируют незамерзание масла или масловоздушной смеси в теплообменных секциях аппарата воздушного охлаждения, надежно и эффективно поддерживают температуру охлаждаемых масла или масловоздушной смеси на заданном уровне.

Аппарат воздушного охлаждения с рециркуляционным воздушным потоком, реализующий предлагаемый способ регулируемого охлаждения масла или масловоздушной смеси, содержит охладитель с теплообменными секциями 5 с раздающими 4 и собирающими 7 коллекторами для масла или масловоздушной смеси, а также осевые вентиляторы 6 (на фиг.1 показаны четыре осевых вентилятора), состоящие из группы верхних и нижних вентиляторов, с выходными заслонками 10 и 11 для прокачки через теплообменные секции 5 охлаждающего воздуха, поступающего через верхние 12 и нижние 13 воздушные клапаны охладителя, а также канал рециркуляции 15 с заслонками 14. В аппарате смонтированы две независимые системы регулирования. Работа первой системы регулирования для основного охлаждения масла или масловоздушной смеси основана на показаниях микропроцессорного регулятора 9, установленного в выходной магистрали 8 на выходе охладителя, настроенного на требуемую температуру охлаждаемых масла или масловоздушной смеси и электрически связанного с электроприводами группы верхних вентиляторов. Работа второй системы регулирования при включении режима рециркуляции основана на показаниях термопреобразователя сопротивления 16 с установленными значениями уставок температуры воздушного потока, поступающего на вход охладителя. Термопреобразователь сопротивления 16 связан с помощью электрической связи с управляющим устройством, регулирующим частоту вращения двигателей группы нижних рециркуляционных вентиляторов, а также с регулирующими механизмами верхних 12 и нижних 13 воздушных клапанов охладителя, заслонок 14 канала рециркуляции 15, выходных заслонок 10 и 11 вентиляторов 6.

При работе аппарата для охлаждения воздушным потоком масла или масловоздушной смеси масло или масловоздушную смесь подают насосом 1 по магистрали 2 к внешнему источнику тепла 3 (подшипник газотурбинного двигателя или нагнетателя) и далее на вход охладителя. Вобрав в себя тепло трения, нагретые масло или масловоздушная смесь направляются для входа в раздающие коллектора 4 на теплообменные поверхности теплообменных секций 5, где охлаждаются прокачиваемым воздухом, и далее проходят в собирающие коллектора 7, в магистраль 8 на вход насоса 1. При этом воздушные клапаны 12 и 13 охладителя открыты, заслонки 10 и 11 групп верхних и нижних вентиляторов 6 открыты, заслонки 14 канала рециркуляции закрыты. При работе первой системы регулирования для основного охлаждения масла или масловоздушной смеси микропроцессорный регулятор 9, установленный в выходной магистрали 8 на выходе охладителя и настроенный на требуемую температуру охлаждаемых масла или масловоздушной смеси, плавно регулирует частоту вращения рабочих лопаток вентиляторов 6, а следовательно, и расход воздуха через теплообменные секции 5, изменяя температуру охлаждаемых масла или масловоздушной смеси, поддерживает ее на заданном уровне.

При пониженных температурах окружающей среды существует опасность застывания масла или масловоздушной смеси в каналах теплообменных секций охладителя. Для исключения такой возможности применяют вторую независимую систему регулирования, которая переводит работу двух нижних вентиляторов в режим регулируемой рециркуляции. Режим рециркуляции включается при соблюдении двух условий:

- температура воздуха перед теплообменными секциями меньше температуры уставки рециркуляции, т.е. выше 0°С (например, Т_рец=+5°С);

- сумма частот всех работающих вентиляторов меньше уставки частоты перехода в режим рециркуляции.

Частота вращения двух нижних вентиляторов регулируется по показаниям термопреобразователя сопротивления 16, установленного на входе воздушного потока в охладитель. При осуществлении режима регулируемой рециркуляции при определенной температуре уставки рециркуляции (например, Т_рец=+5°С) термопреобразователь сопротивления 16 также управляет регулирующими механизмами (на фиг.1 не показаны), закрывая верхние 12 и открывая нижние 13 воздушные клапаны охладителя, открывая заслонки 14 канала рециркуляции 15, закрывая выходные заслонки 11 двух нижних рециркуляционных вентиляторов, открывая выходные заслонки 10 двух верхних вентиляторов. Таким образом, на входе в охладитель постоянно температура поступающего воздушного потока выше 0°С, что исключает возможность замерзания масла или масловоздушной смеси в аппарате воздушного охлаждения.

Таким образом, применяя для воздушного охлаждения масла или масловоздушной смеси совместно две независимые системы регулирования, управляя и регулируя не только частоту вращения рабочих колес вентиляторов, но и температуру поступающего воздушного потока на вход охладителя при включении системы рециркуляции, гарантированно исключают застывание в каналах теплообменных секций охладителя охлаждаемых масла или масловоздушной смеси при низких температурах окружающей среды, тем самым более эффективно поддерживают температуру охлаждаемых масла или масловоздушной смеси на требуемом уровне.