СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ В ТУРБОХОЛОДИЛЬНОЙ УСТАНОВКЕ
METHOD OF CONTROLLING TEMPERATURE IN TURBO REFRIGERATOR PLANT

Изобретение относится к холодильной технике, в частности к способам регулирования температуры в установках с расширительными турбомашинами, предназначенными для получения холода.
Известен «Транспортный холодильный агрегат» по авт.св. СССР №1525035, B60H 1/32, F25D 19/00, 30.11.89, Бюл. №44, содержащий размещенную на раме автоматизированную холодильную установку, включающую в себя установленные внутри кузова вентилятор с охладителем и вне кузова компрессорный агрегат, вентилятор конденсатора, приводимый во вращение посредством ременной передачи, и приводной двигатель компрессора и вентилятора, вентилятор охладителя расположен на общем валу приводного двигателя, охладитель установлен соосно вентилятору, компрессорный агрегат выполнен в виде двух компрессоров, оси которых параллельны, симметрично расположены относительно вала приведенного двигателя и связаны с ним посредством упомянутой ременной передачи, а конденсаторы расположены соосно компрессором, на осях которых установлены вентиляторы конденсаторов.
Недостатком предложенной холодильной установки, как и всех парокомпрессионных холодильных установок, является то, что охладитель (испаритель), установленный внутри кузова (холодильной камеры), имеет температуру, близкую к точке кипения хладоагента, которая может составлять по ГОСТ Р 12.2.142-99 от -4°C до -45,6°C и при натекании потока воздуха на охлаждаемый продукт от вентилятора охладителя при плюсовых температурах в камере (+12°C ÷ +2°C для перевозки фруктов, овощей, цветов) происходит порча продуктов от струи холодного воздуха, находящихся в непосредственной близости к охладителю.
Известна «Воздушная холодильная установка, турбодетандер электрокомпрессор воздушной холодильной установки и турбинное колесо турбодетандера по патенту РФ №2156929, F25В 11/00, 28.12.1999, содержащая турбохолодильник, включающий высокооборотный электродвигатель, на валу которого расположены колеса холодильной турбины и компрессора, соединенные воздушной магистралью по замкнутому контуру с холодильной камерой.
Холод в известном турбохолодильнике образуется за счет эффекта расширения воздуха в турбине предварительно сжатого в компрессоре. Теплообменники, последовательно включенные в контур системы, обеспечивают соответственно охлаждение поступающего от компрессора горячего воздуха, его регенерацию и захолаживание холодильной камеры теплообменником-воздухоохладителем с вентилятором.
Система терморегулирования поддерживает необходимую (заданную) температуру внутри холодильной камеры путем включения электродвигателя турбохолодильника для захолаживания холодильной камеры до заданной температуры. Указанная система выключает электродвигатель при достижении этой температуры. Способ регулирования температуры в указанном известном турбохолодильнике выбран в качестве наиболее близкого аналога заявленного.
Недостатком известного способа регулирования является то, что при этом температура воздуха, поступающего от холодильной турбины в воздухоохладитель, может достигать до -140°C, что также может привести к порче продуктов от потока холодного воздуха, находящихся в непосредственной близости к воздухоохладителю.
Настоящее изобретение направлено на преодоление недостатков способов терморегулирования, известных на предшествующем уровне техники, и создание нового способа указанного назначения, обеспечивающего эффективное захолаживание и поддержание требуемой температуры в турбохолодильнике на безопасных уровнях с минимизацией риска повреждения сохраняемой продукции и холодильного оборудования.
В заявляемом способе регулирования температуры в турбохолодильной установке, включающей, по крайней мере, турбохолодильник с электродвигателем, связанный с холодильной камерой с размещенным внутри нее воздухоохладителем с вентилятором, в котором регулирование температуры холодильной камеры осуществляют изменением оборотов электродвигателя, согласно изобретению для захолаживания холодильной камеры до заданной температуры увеличивают обороты электродвигателя турбохолодильника от минимальных до номинальных с одновременным включением вентилятора воздухоохладителя и уменьшают обороты электродвигателя турбохолодильника от номинальных до минимальных с одновременным выключением вентилятора воздухоохладителя при достижении заданной температуры.
Здесь и далее в рамках настоящего изобретения под минимальным значением оборотов электродвигателя турбохолодильника понимаются такие значения оборотов, при которах не происходит захолаживание холодильной камеры, т.е. турбохолодильник не вырабатывает холод. Исходя из данных, полученных авторами из экспериментов, это достигается при оборотах примерно ¼ от номинального - получено из экспериментов.
В частном случае дальнейшее поддержание заданной температуры в холодильной камере после ее захолаживания осуществляют плавным регулированием оборотов электродвигателя турбохолодильника.
За счет уменьшения оборотов электродвигателя турбохолодильника с одновременным выключением вентилятора воздухоохладителя в заявленном способе обеспечивается прекращение подачи холодного воздуха в холодильную камеру при достижении в ней заданной температуры. Наоборот, при возникновении необходимости снижения температуры подача холодного воздуха в камеру может быть эффективно обеспечена за счет увеличения оборотов электродвигателя от минимального значения до номинального с одновременным включением вентилятора воздухоохладителя.
В отличие от предшествующего уровня техники это позволяет эффективно регулировать температуру в камере с допуском в пределах 1-2°C. При этом температура воздуха в воздухоохладителе может отличаться от температуры в камере не более чем на 2-3°C, что не повлечет за собой порчу продуктов от переохлаждения. При изменении температуры в холодильной камере от заданного (например -20°C) на 1-2°C в ту или иную сторону с использованием известных на текущем уровне техники средств, в частности термодатчиков, может обеспечиваться подача на электродвигатель турбохолодильника (контроллер источника его питания), и незначительным (плавным) изменением его оборотов будет достигаться увеличение или уменьшение холодопроизводительность турбохолодильника и приведение температуры в камере до заданного значения (например -20°C).
При этом в сравнении с прототипом заявленный способ терморегулирования позволяет увеличить ресурс, например, лепестковых воздушных газодинамических подшипников, т.к. уменьшает количество пусков и выключений холодильной установки, что уменьшает износ подшипника из-за трения о вал турбохолодильника.
Изобретение поясняется далее более подробно на конкретном примере его реализации со ссылкой на прилагаемый чертеж, на котором изображена принципиальная схема турбохолодильной установки, позволяющей реализовать заявленный способ в описываемом случае.
Как показано на чертеже, ВТХУ содержит турбохолодильник, включающий высокооборотный электродвигатель (7), на валу которого расположены колеса холодильной турбины (6) и компрессора (1), соединенные воздушной магистралью по замкнутому контуру с холодильной камерой (3). Холод в турбохолодильнике образуется за счет эффекта расширения воздуха в турбине (6), предварительно сжатого в компрессоре (1). Теплообменники (2), (4), (9), последовательно включенные в контур системы, обеспечивают соответственно охлаждение поступающего от компрессора (1) горячего воздуха, его регенерацию и захолаживание холодильной камеры (3). Вентиляторы (5) и (10) обеспечивают продувку теплообменников (4) и (9) окружающим воздухом. Датчик температуры (11) подает сигнал на контроллер источника питания (8), регулируя обороты электродвигателя (7) турбохолодильника и тем самым поддерживает необходимую (заданную) температуру внутри холодильной камеры (3).
Захолаживание холодильной камеры (3) до заданной температуры осуществляется путем увеличения оборотов электродвигателя (7) турбохолодильника от минимальных оборотов (обычно ¼ от номинальных - 20-30 тыс. об/мин) до номинальных (60-120 тыс. об/мин) с одновременным включением вентилятора (5) воздухоохладителя (4) холодильной камеры (3). При этом датчик температуры (11) подает сигнал на контроллер источника питания (8), регулируя обороты электродвигателя (7) турбохолодильника, и тем самым поддерживает необходимую (заданную) температуру внутри холодильной камеры (3). При достижении в холодильной камере (3) необходимой температуры датчик температуры (11) подает сигнал на контроллер источника питания (8) и на электродвигателя (7) турбохолодильника и уменьшает обороты электродвигателя от номинальных до минимальных с одновременным выключением вентилятора (5) воздухоохладителя (4) холодильной камеры (3).
Поддержание заданной температуры в холодильной камере (3) при ее изменении на величину ±2÷3°С осуществляется плавным (незначительным) увеличением или уменьшением оборотов электродвигателя (7) турбохолодильника путем изменения его холодопроизводительности, которая зависит от оборотов электродвигателя (7).
Следует отметить, что описанный пример не должен рассматриваться в качестве ограничивающего объем испрашиваемой охраны, который полностью определяется исключительно прилагаемой формулой.