Воздушная турбохолодильная установка (варианты), турбодетандер и способ работы воздушной турбохолодильной установки (варианты) - RU2659696C1

Чертежи

Описание

Изобретение относится к холодильной технике и может быть использовано в системах кондиционирования воздуха, холодильниках и т.д.

Известна холодильная установка, содержащая компрессор, соединенный через теплообменник с турбодетандером, холодильную камеру и дополнительный нагнетатель, установленный на одном валу с турбодетандером и включенный между теплообменником и холодильной камерой (см. авторское свидетельство SU №802740, кл. F25B 11/00, опубл. 07.02.1981).

В данной установке необходима система охлаждения теплообменника, т.к. температура воздуха на выходе из компрессора является достаточно высокой (порядка 120-140°C), что повышает общую потребляемую мощность холодильной установки. Кроме того, наличие паров влаги в воздухе может привести к замерзанию каналов сопловой и рабочей решеток турбохолодильника.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату в части устройства, как объекта изобретения является воздушная турбохолодильная установка, содержащая компрессор, расположенный на одном валу с турбодетандером, электродвигатель, вал которого соединен с валом компрессора и турбодетандера, двухполостной теплообменник, рекуператор, влагоотделитель, турбо детандер, холодильную камеру с охладителем и вентилятором, при этом вход и выход второй полости двухполостного теплообменника соединены с атмосферой, причем вход через вентилятор, а входом компрессор через запорный элемент сообщен с атмосферой (см. патент RU №2156929, кл. F25B 11/00, опубл. 27.09.2000).

Из этого же патента известны турбодетандер, содержащий рабочие колеса турбодетандера и компрессора, установленные на одном валу, установленном в корпусе в газодинамических подшипниках и известен способ работы воздушной турбохолодильной установки, включающий подачу сжатого воздуха компрессором в первую полость двухполостного теплообменника, в котором сжатый воздух охлаждают воздухом, подаваемым вентилятором из окружающего пространства через вторую полость двухполостного теплообменника, далее сжатый воздух охлаждают в рекуператоре холодным воздухом из охладителя холодильной камеры, после чего от сжатого воздуха отводят влагу во влагоотделителе и осушенный сжатый воздух подают в турбодетандер, где его за счет расширения и преобразования его энергии давления в механическую энергию вращения рабочих колес турбодетандера и компрессора охлаждают и подают при пониженном давлении в охладитель холодильной камеры для отвода из последней тепла и ее охлаждения, из охладителя нагретый в ней воздух подают во вторую полость рекуператора, где охлаждают сжатый воздух, а затем дополнительно нагретый воздух подают из рекуператора на вход компрессора.

Однако данные установка и способ ее работы не обеспечивают требуемую надежность работы, что связано с тем, что из-за неплотностей в соединении труб и теплообменников или при разгерметизации замкнутой системы цикруляции теплоносителя может происходить попадание влажного воздуха из атмосферы в замкнутую систему цуркуляции теплоносителя, что приводит к образованию льда и инея на внутренних полостях элементов турбодетандера и трубопроводов. Как результат это приводит к уменьшению холодопроизводительности воздушной турбохолодильной установки (ВТХУ) или может привести к остановке установки.

Задачей изобретения является устранение выявленных недостатков.

Технический результат заключается в том, что достигается возможность предотвращения образования льда и инея на внутренних полостях элементов турбодетандера и трубопроводов, что, в свою очередь, позволяет предотвратить остановку ВТХУ и увеличить ее холодопроизводительность.

Технический результат в части воздушной турбохолодильной установки в соответствии с первым вариантом выполнения, достигается за счет того, что воздушная турбохолодильная установка содержит компрессор, расположенный на одном валу с турбодетандером, электродвигатель, вал которого соединен с валом компрессора и турбодетандера, двухполостной теплообменник, рекуператор, влагоотделитель, холодильную камеру с охладителем и вентилятором, при этом вход и выход второй полости двухполостного теплообменника соединены с атмосферой, причем вход последнего через вентилятор, а входом компрессор через запорный элемент сообщен с атмосферой, при этом установка снабжена двухполостным теплообменником-охладителем, а также вторым и третьим влагоотделителями, причем выходом компрессор подключен к первой полости двухполостного теплообменника, которая подключена к первой полости двухполостного теплообменника-охладителя, подключенной через второй влагоотделитель к первой полости рекуператора, сообщенной через первый влагоотделитель с входом в турбодетандера, а последний выходом через третий влагоотделитель подключен ко второй полости двухполостного теплообменника-охладителя, которая сообщена с охладителем в холодильной камере и через последний со второй полостью рекуператора, которая сообщена с входом компрессора.

Установка может быть снабжена блоком осушки воздуха, который входом подключен к атмосфере, а выходом через второй запорный элемент - к входу компрессора.

Двухполостной теплообменник может быть снабжен термоэлектрическими модулями Пельтье.

В соответствии со вторым вариантом выполнения технический результат достигается за счет того, что воздушная турбохолодильная установка содержит компрессор, расположенный на одном валу с турбодетандером, двухполостной теплообменник, рекуператор, влагоотделитель, холодильную камеру с охладителем и вентилятором, при этом вход и выход второй полости двухполостного теплообменника соединены с атмосферой, причем выход через вентилятор, при этом установка снабжена двухполостным теплообменником-охладителем, а также вторым и третьим влагоотделителями, вторым компрессором с приводом от электродвигателя и вторым двухполостным теплообменником, причем выходом компрессор подключен к первой полости двухполостного теплообменника, которая подключена к первой полости теплообменника-охладителя, подключенной через второй влагоотделитель, к первой полости рекуператора, сообщенной через первый влагоотделитель с входом в турбодетандер, а последний выходом через третий влагоотделитель подключен ко второй полости теплообменника-охладителя, которая сообщена с охладителем в холодильной камере и через последний со второй полостью рекуператора, которая сообщена с входом второго компрессора, при этом последний входом через запорный элемент сообщен с атмосферой и выходом через первую полость второго двухполостного теплообменника подключен к входу компрессора, а вход и выход второй полости второго двухполостного теплообменника соединены с атмосферой, причем вход через второй вентилятор.

Установка может быть снабжена блоком осушки воздуха, который входом подключен к атмосфере, а выходом через второй запорный элемент - к входу второго компрессора.

Установка может быть снабжена вторым электродвигателем, вал которого соединен с валом компрессора и турбодетандера.

Двухполостной теплообменник может быть снабжен термоэлектрическими модулями Пельтье.

В соответствии с третьим вариантом выполнения технический результат достигается за счет того, что воздушная турбохолодильная установка содержит расположенные на одном валу компрессор и турбодетандер, двухполостной теплообменник, рекуператор, влагоотделитель и холодильную камеру с охладителем и вентилятором, при этом вход и выход второй полости двухполостного теплообменника соединены с атмосферой, причем вход через вентилятор, при этом установка снабжена двухполостным теплообменником-охладителем, вторым и третьим влагоотделителями, а также вторым и третьим компрессорами, расположенными на одном валу, электродвигателем, вал которого соединен с валом второго и третьего компрессоров, и вторым двухполостным теплообменником, причем выходом компрессор подключен к входу второго компрессора, который выходом подключен через первую полость второго двухполостного теплообменника к входу третьего компрессора, выход которого подключен через первую полость двухполостного теплообменника к первой полости теплообменника-охладителя, подключенной через второй влагоотделитель к первой полости рекуператора, сообщенной через первый влагоотделитель с входом в турбодетандера, а последний выходом через третий влагоотделитель подключен ко второй полости теплообменника-охладителя, которая сообщена с охладителем в холодильной камере и через последний со второй полостью рекуператора, которая сообщена с входом компрессора, причем вход последнего также сообщен через запорный элемент с атмосферой, а вторая полость второго двухполостного теплообменника сообщена со стороны входа и со стороны выхода с атмосферой, причем со стороны входа через второй вентилятор.

Установка может быть снабжена блоком осушки воздуха, который входом сообщен с атмосферой, и выходом через второй запорный элемент подключен к входу компрессора, а первый и второй двухполостные теплообменники снабжены термоэлектрическими модулями Пельтье.

Установка может быть снабжена вторым электродвигателем, вал которого соединен с валом компрессора и турбодетандера.

Еще одним объектом изобретения является турбодетандер, как часть описанных выше установок. Турбодетандер содержит рабочие колеса турбодетандера и компрессора, установленные на одном валу, установленном в корпусе в газодинамических подшипниках, причем в корпусе установлено устройство аксиальной стабилизации вала, выполненное в виде установленного в корпусе напротив торца вала со стороны рабочего колеса компрессора с зазором относительно последнего неподвижного магнита.

В устройстве аксиальной стабилизации вала в качества неподвижного магнита может быть установлен электромагнит.

Электромагнит может содержать устройство для изменения силы своего магнитного поля.

В устройстве аксиальной стабилизации вала в качества неподвижного магнита может быть установлен постоянный магнит.

Турбодетандер может дополнительно содержать постоянный магнит, установленный на торце вала напротив неподвижного магнита.

Турбодетандер может быть снабжен вторым устройством аксиальной стабилизации вала, выполненным в виде установленного в корпусе напротив торца вала со стороны рабочего колеса турбодетандера с зазором относительно последнего вторым неподвижным магнитом, а на торце вала напротив второго магнита установлен второй постоянный магнит.

Во втором устройстве аксиальной стабилизации вала в качестве неподвижного магнита может быть установлен электромагнит.

Электромагнит может содержать устройство для изменения силы своего магнитного поля.

Во втором устройстве аксиальной стабилизации вала в качества неподвижного магнита может быть установлен постоянный магнит.

В части способа, как объекта изобретения заявленный технический результат достигается за счет того, что способ работы воздушной турбохолодильной установки по любому из пунктов 1-3 включает подачу сжатого воздуха компрессором в первую полость двухполостного теплообменника, в котором сжатый воздух охлаждают воздухом, подаваемым вентилятором из окружающего пространства через вторую полость двухполостного теплообменника, далее сжатый воздух охлаждают в рекуператоре холодным воздухом из охладителя холодильной камеры, после чего от сжатого воздуха отводят влагу во влагоотделителе и осушенный сжатый воздух подают в турбодетандер, где его за счет расширения и преобразования его энергии давления в механическую энергию вращения рабочих колес турбодетандера и компрессора охлаждают и подают при пониженном давлении в охладитель холодильной камеры для отвода из последней тепла и ее охлаждения, из охладителя нагретый в ней воздух подают во вторую полость рекуператора, где охлаждают сжатый воздух, а затем дополнительно нагретый воздух подают из рекуператора на вход компрессора, причем сжатый воздух перед подачей в первую полость рекуператора охлаждают в двухполостном теплообменнике-охладителе, подаваемым через него воздухом из турбодетандера, и отделяют от него влагу во втором влагоотделителе, а от охлажденного в турбодетандере воздуха перед подачей его через двухполостной теплообменник-охладитель в охладитель холодильной камеры отводят влагу в третьем влагоотделителе, при этом регулирование температуры в холодильной камере и холодопроизводительности воздушной турбохолодильной установки проводят регулированием числа оборотов вентилятора двухполостного теплообменника.

Может быть проведено дополнительное регулирование температуры в холодильной камере, которое осуществляют регулированием числа оборотов вентилятора охладителя воздуха.

Может быть проведено дополнительное регулирование температуры в холодильной камере дополнительным охлаждением сжатого воздуха в двухполостном теплообменнике путем установки в нем термоэлектрических модулей Пельтье.

Может быть проведено дополнительное регулирование температуры в холодильной камере дополнительным охлаждением сжатого воздуха в двухполостном теплообменнике путем подачи через него воды.

Может быть проведено дополнительное регулирование температуры в холодильной камере регулированием оборотов электродвигателя, вал которого соединен с валом компрессора и турбодетандера.

В соответствии со вторым вариантом технический результат может быть достигнут в способе работы воздушной турбохолодильной установки, выполненной в соответствии с любым из пунктов 4-7, причем этот способ работы воздушной турбохолодильной установки включает подачу сжатого воздуха компрессором в первую полость двухполостного теплообменника, в котором сжатый воздух охлаждают воздухом, подаваемым вентилятором из окружающего пространства через вторую полость двухполостного теплообменника, далее сжатый воздух охлаждают в рекуператоре холодным воздухом из охладителя холодильной камеры, после чего от сжатого воздуха отводят влагу во влагоотделителе и осушенный сжатый воздух подают в турбодетандер, где его за счет расширения и преобразования его энергии давления в механическую энергию вращения рабочих колес турбодетандера и компрессора охлаждают и подают при пониженном давлении в охладитель холодильной камеры для отвода из последней тепла и ее охлаждения, из охладителя воздух подают во вторую полость рекуператора, где охлаждают сжатый воздух, причем сжатый воздух перед подачей в первую полость рекуператора охлаждают в двухполостном теплообменнике-охладителе подаваемым через него воздухом из турбодетандера и отделяют от него влагу во втором влагоотделителе, от охлажденного в турбодетандере воздуха перед подачей его через двухполостной теплообменник-охладитель в охладитель холодильной камеры отводят влагу в третьем влагоотделителе, из второй полости рекуператора воздух подают на вход второго компрессора, который сжимает воздух и подает его в первую полость второго двухполостного теплообменника, в последнем сжатый воздух охлаждают путем подачи через вторую полость второго двухполостного теплообменника воздуха окружающей среды вторым вентилятором, а из первой полости второго двухполостного теплообменника воздух подают в компрессор, при этом регулирование температуры в холодильной камере и холодопроизводительности воздушной турбохолодильной установки проводят регулированием числа оборотов вентилятора двухполостного теплообменника.

Может быть проведено дополнительное регулирование температуры в холодильной камере, которое осуществляют регулированием числа оборотов вентилятора второго двухполостного теплообменника.

Может быть проведено дополнительное регулирование температуры в холодильной камере регулированием числа оборотов электродвигателя второго компрессора.

Может быть проведено дополнительное регулирование температуры в холодильной камере и холодопроизводительности холодильной установки одновременно изменением числа оборотов электродвигателя второго компрессора и изменением числа оборотов вентилятора второго двухполостного теплообменника и вентилятора охладителя.

Может быть проведено дополнительное регулирование температуры в холодильной камере дополнительным охлаждением второго двухполостного теплообменника термоэлектрическими модулями Пельтье.

Может быть проведено дополнительное регулирование температуры в холодильной камере дополнительным охлаждением одновременно первого и второго двухполостных теплообменников термоэлектрическими модулями Пельтье.

Может быть проведено дополнительное регулирование температуры в холодильной камере дополнительным охлаждением второго двухполостного теплообменника водой.

Может быть проведено дополнительное регулирование температуры в холодильной камере дополнительным охлаждением одновременно первого и второго двухполостных теплообменников водой.

Может быть проведено дополнительное регулирование температуры в холодильной камере регулированием числа оборотов вентилятора охладителя.

Может быть проведено дополнительное регулирование температуры в холодильной камере регулированием числа оборотов второго электродвигателя, вал которого соединен с валом компрессора и турбодетандера.

В соответствии с третьим вариантом технический результат может быть достигнут в способе работы воздушной турбохолодильной установки, выполненной в соответствии с п. 8-11 формулы изобретения, причем этот способ работы воздушной турбохолодильной установки включает подачу сжатого воздуха в первую полость двухполостного теплообменника, в котором сжатый воздух охлаждают воздухом, подаваемым вентилятором из окружающего пространства через вторую полость двухполостного теплообменника, далее сжатый воздух охлаждают в рекуператоре холодным воздухом из охладителя холодильной камеры, после чего от сжатого воздуха отводят влагу во влагоотделителе и осушенный сжатый воздух подают в турбодетандер, где его за счет расширения и преобразования его энергии давления в механическую энергию вращения рабочих колес турбодетандера и компрессора охлаждают и подают при пониженном давлении в охладитель холодильной камеры для отвода из последней тепла и ее охлаждения, из охладителя воздух подают во вторую полость рекуператора, где охлаждают сжатый воздух, при этом сжатый воздух перед подачей в первую полость рекуператора охлаждают в двухполостном теплообменнике-охладителе, подаваемым через него воздухом из турбодетандера, и отделяют от него влагу во втором влагоотделителе, от охлажденного в турбодетандере воздуха перед подачей его через двухполостной теплообменник-охладитель в охладитель холодильной камеры отводят влагу в третьем влагоотделителе, из второй полости рекуператора воздух подают на вход компрессора, который сжимает воздух и подает его во второй компрессор, из которого дополнительно сжатый воздух подают в первую полость второго двухполостного теплообменника, в последнем сжатый воздух охлаждают путем подачи через вторую полость второго двухполостного теплообменника воздуха окружающей среды вторым вентилятором, а из первой полости второго двухполостного теплообменника воздух подают в третий компрессор, из которого сжатый воздух подают в первую полость двухполостного теплообменника, при этом регулирование температуры в холодильной камере и холодопроизводительности воздушной турбохолодильной установки проводят регулированием числа оборотов вентилятора двухполостного теплообменника.

Может быть проведено дополнительное регулирование температуры в холодильной камере, которое осуществляют регулированием числа оборотов вентилятора, который подает через охладитель воздух, находящийся в холодильной камере.

Может быть проведено дополнительное регулирование температуры в холодильной камере дополнительным охлаждением сжатого воздуха в двухполостном теплообменнике путем установки в нем термоэлектрических модулей Пельтье.

Может быть проведено дополнительное регулирование температуры в холодильной камере дополнительным охлаждением сжатого воздуха в двухполостном теплообменнике путем подачи через него воды.

Может быть проведено дополнительное регулирование холодопроизводительности и температуры в холодильной камере регулированием оборотов электродвигателя, вал которого соединен с валом второго и третьего компрессоров.

Может быть проведено дополнительное регулирование холодопроизводительности и температуры в холодильной камере регулированием оборотов второго электродвигателя, вал которого соединен с валом компрессора и турбодетандера.

В ходе проведенного исследования было выявлено, что давление рабочего воздуха в системе после первого компрессора и особенно после второго компрессора значительно повышается, поскольку электродвигатель создает дополнительный момент на валу компрессора и увеличивает его мощность. Теплообменник-охладитель, установленный в схеме после компрессоров обеспечивает более глубокую осушку воздуха. Это видно из формулы:

где d, кг/кг - абсолютное влагосодержание воздуха (килограмм воды на килограмм сухого воздуха);

Р_н - давление насыщенного пара;

Р - давление воздуха. Так, при увеличении давления воздуха Р, абсолютное влагосодержание воздуха d уменьшается, что увеличивает его осушку. Кроме того, второй и третий влагоотделители позволяют повысить эффективность осушки, а за счет устройства аксиальной стабилизации вала турбодетандера, выполненного в виде неподвижных постоянных магнитов и/или электромагнитов на торцах вала турбодетандера обеспечивается устойчивая работа холодильной установки и поддержание номинальной холодопроизводительности.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема воздушной турбохолодильной установки по первому варианту ее выполнения.

На фиг. 2 представлена принципиальная схема воздушной турбохолодильной установки по второму варианту ее выполнения.

На фиг. 3 представлена принципиальная схема воздушной турбохолодильной установки по второму варианту ее выполнения с установленным вторым электродвигателем.

На фиг. 4 представлена принципиальная схема воздушной турбохолодильной установки по третьему варианту ее выполнения.

На фиг. 5 представлен продольный разрез турбодетандера воздушной турбохолодильной установки.

На фиг. 6 представлен продольный разрез турбодетандера воздушной турбохолодильной установки со вторым устройством аксиальной стабилизации вала.

Воздушная турбохолодильная установка, выполненная в соответствии с п. 1 формулы изобретения (см. фиг. 1) содержит компрессор 1, расположенный на одном валу с турбодетандером 2, электродвигатель 3, вал которого соединен с валом компрессора 1 и турбодетандера 2, двухполостной теплообменник 4, рекуператор 5, влагоотделитель 6, холодильную камеру 7 с охладителем 8 и вентилятором 9.

Вход и выход второй полости двухполостного теплообменника 4 соединены с атмосферой, причем вход последнего через вентилятор 10, а входом компрессор 1 через запорный элемент 11 сообщен с атмосферой.

Установка снабжена двухполостным теплообменником-охладителем 12, а также вторым 13 и третьим 14 влагоотделителями.

Выходом компрессор 1 подключен к первой полости двухполостного теплообменника 4, которая подключена к первой полости двухполостного теплообменника-охладителя 12, подключенной через второй влагоотделитель 13, к первой полости рекуператора 5, сообщенной через первый влагоотделитель 6 с входом в турбодетандера 2, а последний выходом через третий влагоотделитель 14 подключен ко второй полости двухполостного теплообменника-охладителя 12, которая сообщена с охладителем 8 и через последний со второй полостью рекуператора 5, которая сообщена с входом компрессора 1.

Установка может быть снабжена блоком осушки 15 воздуха, который входом подключен к атмосфере, а выходом через второй запорный элемент 16 - к входу компрессора 1.

Двухполостной теплообменник 4 может быть снабжен термоэлектрическими модулями Пельтье (не показаны на чертеже).

В соответствии со вторым вариантом выполнения (см. фиг. 2 и 3) воздушная турбохолодильная установка содержит компрессор 1, расположенный на одном валу с турбодетандером 2, двухполостной теплообменник 4, рекуператор 5, влагоотделитель 6, холодильную камеру 7 с охладителем 8 и вентилятором 9.

Вход и выход второй полости двухполостного теплообменника 4 соединены с атмосферой, причем выход через вентилятор 10.

Установка снабжена двухполостным теплообменником-охладителем 12, а также вторым 13 и третьим 14 влагоотделителями, вторым компрессором 17 с приводом от электродвигателя 18 и вторым двухполостным теплообменником 19, причем выходом компрессор 1 подключен к первой полости двухполостного теплообменника 4, которая подключена к первой полости теплообменника-охладителя 12, подключенной через второй влагоотделитель 13, к первой полости рекуператора 5, сообщенной через первый влагоотделитель 6 с входом в турбодетандер 2, а последний выходом через третий влагоотделитель 14 подключен ко второй полости теплообменника-охладителя 12, которая сообщена с охладителем 8 и через последний со второй полостью рекуператора 5, которая сообщена с входом второго компрессора 17, при этом последний входом через запорный элемент 11 сообщен с атмосферой и выходом через первую полость второго двухполостного теплообменника 19 подключен к входу компрессора 1, а вход и выход второй полости второго двухполостного теплообменника 19 соединены с атмосферой, причем вход через второй вентилятор 20.

Установка может быть снабжена блоком осушки 15 воздуха, который входом подключен к атмосфере, а выходом через второй запорный элемент 16 - к входу второго компрессора 17.

Установка может быть снабжена вторым электродвигателем 21, вал которого соединен с валом компрессора 1 и турбодетандера 2.

Двухполостной теплообменник 4 снабжен термоэлектрическими модулями Пельтье (не показаны на чертежах).

В соответствии с третьим вариантом выполнения (см. фиг. 4) воздушная турбохолодильная установка содержит расположенные на одном валу компрессор 1 и турбодетандер 2, двухполостной теплообменник 4, рекуператор 5, влагоотделитель 6 и холодильную камеру 7 с охладителем 8 и вентилятором 9.

Вход и выход второй полости двухполостного теплообменника 4 соединены с атмосферой, причем вход через вентилятор 10.

Установка снабжена двухполостным теплообменником-охладителем 12, вторым 13 и третьим 14 влагоотделителями, а также вторым 17 и третьим 22 компрессорами, расположенными на одном валу, электродвигателем 18, вал которого соединен с валом второго 17 и третьего 22 компрессоров, и вторым двухполостным теплообменником 19.

Компрессор 1 подключен к входу второго компрессора 17, который выходом подключен через первую полость второго двухполостного теплообменника 19 к входу третьего компрессора 22, выход которого подключен через первую полость двухполостного теплообменника 4 к первой полости теплообменника-охладителя 12, подключенной через второй влагоотделитель 13 к первой полости рекуператора 5, сообщенной через первый влагоотделитель 6 с входом в турбодетандер 2, а последний выходом через третий влагоотделитель 14 подключен ко второй полости теплообменника-охладителя 12, которая сообщена с охладителем 8 и через последний со второй полостью рекуператора 5, которая сообщена с входом компрессора 1, причем вход последнего также сообщен через запорный элемент 11 с атмосферой, а вторая полость второго двухполостного теплообменника 19 сообщена со стороны входа и со стороны выхода с атмосферой, причем со стороны входа через второй вентилятор 20.

Установка может быть снабжена блоком осушки 15 воздуха, который входом сообщен с атмосферой, и выходом через второй запорный элемент 16 подключен к входу компрессора 1, а первый 4 и второй 19 двухполостные теплообменники снабжены термоэлектрическими модулями Пельтье (не показаны на чертеже).

Установка может быть снабжена вторым электродвигателем 21, вал которого соединен с валом компрессора 1 и турбодетандера 2.

Турбодетандер 2, который является частью описанных выше установок (см. фиг. 5), содержит рабочие колеса 23 и 24, соответственно, турбодетандера 2 и компрессора 1, установленные на одном валу, установленном в корпусе 25 в газодинамических подшипниках 26, причем в корпусе 25 установлено устройство аксиальной стабилизации 27 вала 28, выполненное в виде установленного в корпусе 25 напротив торца вала 28 со стороны рабочего колеса 24 компрессора 1 с зазором относительно последнего неподвижного магнита 29.

В устройстве аксиальной стабилизации 27 вала 28 в качества неподвижного магнита 29 может быть установлен электромагнит.

Электромагнит может содержать устройство (не показано) для изменения силы своего магнитного поля.

В устройстве аксиальной стабилизации 27 вала 28 в качества неподвижного магнита может быть установлен постоянный магнит.

Турбодетандер 2 может дополнительно содержать постоянный магнит 30 (см. фиг. 6), установленный на торце вала 28 напротив неподвижного магнита 29.

Турбодетандер 2 может быть снабжен вторым устройством аксиальной стабилизации 31 вала 28, выполненным в виде установленного в корпусе 25 напротив торца вала 28 со стороны рабочего колеса 23 турбодетандера 2 с зазором относительно последнего вторым неподвижным магнитом 32, а на торце вала 28 напротив второго неподвижного магнита 32 установлен второй постоянный магнит 33.

Во втором устройстве аксиальной стабилизации 31 вала 28 в качества неподвижного магнита 32 может быть установлен электромагнит.

Электромагнит может содержать устройство для изменения силы своего магнитного поля (не показан).

Во втором устройстве аксиальной стабилизации 31 вала 28 в качества неподвижного магнита 32 может быть установлен постоянный магнит.

Способ работы воздушной турбохолодильной установки в соответствии с фиг. 1 реализуется следующим образом.

Производят подачу сжатого воздуха компрессором 1 в первую полость двухполостного теплообменника 4, в котором сжатый воздух охлаждают воздухом, подаваемым вентилятором 10 из окружающего пространства через вторую полость двухполостного теплообменника 4.

Затем сжатый воздух охлаждают в первой полости двухполостного теплообменника-охладителя 12, подаваемым через него воздухом из турбодетандера 2, и отделяют от него влагу во втором влагоотделителе 13.

Далее сжатый воздух охлаждают в рекуператоре 5 холодным воздухом из охладителя 8 холодильной камеры 7, после чего от сжатого воздуха отводят влагу во влагоотделителе 6 и осушенный сжатый воздух подают в турбодетандер 2, где его за счет расширения и преобразования его энергии давления в механическую энергию вращения рабочих колес 24 и 23, соответственно турбодетандера 2 и компрессора 1 сжатый воздух охлаждают с одновременным снижением его давления, после чего от охлажденного в турбодетандере 2 воздуха отводят влагу в третьем влагоотделителе 14 и подают при пониженном давлении через вторую полость двухполостного теплообменника-охладителя 12 в охладитель 8 холодильной камеры 7 для отвода из последней тепла и ее охлаждения.

Из охладителя 8 воздух подают во вторую полость рекуператора 5, где охлаждают сжатый воздух, подаваемый в турбодетандер 2, а затем воздух подают из рекуператора 5 на вход компрессора 1.

Регулирование температуры в холодильной камере 7 и холодопроизводительности воздушной турбохолодильной установки проводят регулированием числа оборотов вентилятора 10 двухполостного теплообменника 4.

Дополнительное регулирование температуры в холодильной камере 7, осуществляют регулированием числа оборотов вентилятора 9 охладителя воздуха 8.

Кроме того, дополнительное регулирование температуры в холодильной камере 7 осуществляют дополнительным охлаждением сжатого воздуха в двухполостном теплообменнике 4 путем установки в нем термоэлектрических модулей Пельтье, охлаждением сжатого воздуха в двухполостном теплообменнике 4 путем подачи через него воды, регулированием оборотов электродвигателя 3, вал которого соединен с валом 28 компрессора 1 и турбодетандера 2.

Способ работы воздушной турбохолодильной установки в соответствии с фиг. 2 и фиг. 3 реализуется следующим образом.

Производят подачу сжатого воздуха компрессором 1 в первую полость двухполостного теплообменника 4, в котором сжатый воздух охлаждают воздухом, подаваемым вентилятором 10 из окружающего пространства через вторую полость двухполостного теплообменника 4.

Затем сжатый воздух охлаждают в первой полости двухполостного теплообменника-охладителя 12 подаваемым через него воздухом из турбодетандера 2 и отделяют от него влагу во втором влагоотделителе 13.

Далее сжатый воздух охлаждают в первой полости рекуператора 5 холодным воздухом из охладителя 8 холодильной камеры 7, после чего от сжатого воздуха отводят влагу во влагоотделителе 6 и осушенный сжатый воздух подают в турбодетандер 2, где его за счет расширения и преобразования его энергии давления в механическую энергию вращения рабочих колес 23 и 24 соответственно турбодетандера 2 и компрессора 1 охлаждают.

От охлажденного в турбодетандере 2 воздуха отводят влагу в третьем влагоотделителе 14 и подают при полученном в турбодетандере 2 пониженном давлении, через вторую полость теплообменника-охладителя 12 в охладитель 8 холодильной камеры 7 для отвода из последней тепла и ее охлаждения, а из охладителя 8 нагретый в ней воздух подают во вторую полость рекуператора 5 для охлаждения сжатого воздуха.

Из второй полости рекуператора 5 воздух подают на вход второго компрессора 17, который сжимает воздух и подает его в первую полость второго двухполостного теплообменника 19, в последнем сжатый воздух охлаждают путем подачи через вторую полость второго двухполостного теплообменника 19 воздуха окружающей среды вторым вентилятором 20, а из первой полости второго двухполостного теплообменника 19 воздух подают в компрессор 1, при этом регулирование температуры в холодильной камере 7 и холодопроизводительности воздушной турбохолодильной установки проводят регулированием числа оборотов вентилятора 10 двухполостного теплообменника 4.

Дополнительное регулирование температуры в холодильной камере 7, осуществляют регулированием числа оборотов вентилятора 20 второго двухполостного теплообменника 19, регулированием числа оборотов электродвигателя 18 второго компрессора 17, одновременным изменением числа оборотов электродвигателя 18 второго компрессора 17 и изменением числа оборотов вентилятора 20 второго двухполостного теплообменника 19 и вентилятора 9 охладителя 8, дополнительным охлаждением второго двухполостного теплообменника 19 термоэлектрическими модулями Пельтье, дополнительным охлаждением одновременно первого 4 и второго 19 двухполостных теплообменников термоэлектрическими модулями Пельтье, дополнительным охлаждением второго двухполостного теплообменника 19 водой, дополнительным охлаждением одновременно первого 4 и второго 19 двухполостных теплообменников водой, регулированием числа оборотов вентилятора 9 охладителя 8, регулированием числа оборотов второго электродвигателя 21, вал которого соединен с валом компрессора 1 и турбодетандера 2.

Способ работы воздушной турбохолодильной установки в соответствии с фиг. 4 реализуется следующим образом.

Производят подачу сжатого воздуха в первую полость двухполостного теплообменника 4, в котором сжатый воздух охлаждают воздухом, подаваемым вентилятором 10 из окружающего пространства через вторую полость двухполостного теплообменника 4.

Далее сжатый воздух охлаждают в первой полости двухполостного теплообменника-охладителя 12, подаваемым через него воздухом из турбодетандера 2, и отделяют от него влагу во втором влагоотделителе 13.

Затем сжатый воздух охлаждают в рекуператоре 5 холодным воздухом из охладителя 8 холодильной камеры 7, после чего от сжатого воздуха отводят влагу во влагоотделителе 6 и осушенный сжатый воздух подают в турбодетандер 2, где его за счет расширения и преобразования его энергии давления в механическую энергию вращения рабочих колес 23 и 24 соответственно турбодетандера 2 и компрессора 1 охлаждают и после этого от охлажденного в турбодетандере 2 отводят влагу в третьем влагоотделителе 14, и подают при пониженном давлении осушенный воздух через вторую полость двухполостного теплообменника-охладителя 12 в охладитель 8 холодильной камеры 7 для отвода из последней тепла и ее охлаждения, из охладителя 8 воздух подают во вторую полость рекуператора 5, где охлаждают сжатый воздух, а из второй полости рекуператора 5 воздух подают на вход компрессора 1, который сжимает воздух и подает его во второй компрессор 17, из которого дополнительно сжатый воздух подают в первую полость второго двухполостного теплообменника 19, в последнем сжатый воздух охлаждают путем подачи через вторую полость второго двухполостного теплообменника 19 воздуха окружающей среды вторым вентилятором 20, а из первой полости второго двухполостного теплообменника 19 воздух подают в третий компрессор 22, из которого сжатый воздух подают в первую полость двухполостного теплообменника 4.

Регулирование температуры в холодильной камере 7 и холодопроизводительности воздушной турбохолодильной установки проводят регулированием числа оборотов вентилятора 10 двухполостного теплообменника 4.

Дополнительное регулирование температуры в холодильной камере 7 осуществляют регулированием числа оборотов вентилятора 9, который подает через охладитель 8 воздух, находящийся в холодильной камере 7, дополнительным охлаждением сжатого воздуха в двухполостном теплообменнике 4 путем установки в нем термоэлектрических модулей Пельтье, дополнительным охлаждением сжатого воздуха в двухполостном теплообменнике 4 путем подачи через него воды, регулированием оборотов электродвигателя 18, вал которого соединен с валом второго 17 и третьего 22 компрессоров, регулированием оборотов второго электродвигателя 21, вал которого соединен с валом компрессора 1 и турбодетандера 2.

Настоящее изобретение может быть использовано в системах кондиционирования воздуха, холодильниках и других устройствах и сооружениях, где необходимо поддерживать пониженную температуру.

Реферат

Изобретение относится к холодильной технике и может быть использовано в системах кондиционирования воздуха, холодильниках и т.д. Воздушная турбохолодильная установка содержит компрессор, расположенный на одном валу с турбодетандером, электродвигатель, двухполостной теплообменник, рекуператор, влагоотделитель, холодильную камеру с охладителем и вентилятором. Установка снабжена двухполостным теплообменником-охладителем, а также вторым и третьим влагоотделителями, выходом компрессор подключен к первой полости теплообменника, которая подключена к первой полости теплообменника-охладителя, подключенной через второй влагоотделитель к первой полости рекуператора, сообщенной через первый влагоотделитель с входом в турбодетандер, а последний выходом через третий влагоотделитель подключен ко второй полости теплообменника-охладителя, которая сообщена с охладителем, и через последний - со второй полостью рекуператора, которая сообщена с входом компрессора. Достигается возможность предотвращения образования льда и инея на внутренних полостях турбодетандера и трубопроводов, что в свою очередь позволяет предотвратить остановку ВТХУ и увеличить ее холодопроизводительность. 7 н. и 37 з.п. ф-лы, 6 ил.

Формула