ВИНТОВАЯ СУДОВАЯ ХОЛОДИЛЬНАЯ МАШИНА

Полезная модель относится к холодильной технике, преимущественно к винтовым судовым холодильным машинам.
Известны судовые холодильные машины [1; 2; 3; 4], в которых для снижения общего шума и вибрации используют рациональные схемы взаимного расположения узлов и агрегатов в конструктивной схеме холодильной машины. Однако, эти решения не исключают резонансы конструкции, возникающие во время эксплуатации из-за износа подшипников, увеличения люфтов и эксцентриситетов вращающихся деталей, старения материалов и элементов амортизации. Резонанс - вредное явление как механическое (снижает надежность машины), так и виброшумовое, в частности, снижает скрытность судов.
Резонанс присущ как холодильным машинам, имеющим в своем составе электродвигатели компрессоров с постоянными оборотами, так и машинам с блоками регулирования частоты вращения электропривода компрессорного агрегата. Особенно это относится к последнему типу машин, так как побудитель резонанса - это электропривод; резонанс на переменных частотах возникает чаще, чем на одной постоянной частоте.
По результатам анализа научно-технической литературы [1; 2; 3; 4; 5; 6; 7; 8], наиболее близкой к заявленной полезной модели по технической сущности и достигаемому техническому результату, является холодильная машина судовой системы кондиционирования воздуха, описание которой приведено в [3].
Эта холодильная машина выбрана в качестве прототипа. К недостаткам прототипа относится наличие работающего на разных (переменных) частотах электропривода винтового компрессорного агрегата, это приводит к несанкционированному резонансу в диапазоне регулирования частот, повышает вибрацию и шум машины, приводит к увеличенному виброакустическому излучению за пределы судна. Кроме того, резонанс вызывает нарушения в работе машины - возможны повреждения соединений, нарушения герметичности и другие неисправности, снижающие надежность машины.
Целью полезной модели является создание конструкции винтовой судовой холодильной машины с повышенной надежностью и сниженными уровнями вибрации и шума.
Указанная цель достигается тем, что в состав известной судовой холодильной машины, содержащей винтовой компрессорный агрегат, блок регулирования частоты вращения электропривода компрессорного агрегата, водяной конденсатор хладона, дроссельное устройство, испаритель хладона, датчик давления кипения хладона, датчик температуры хладоносителя и пульт управления температурой хладоносителя, вводят датчик вибрации, установленный на корпусе машины, задатчик максимально допустимого уровня вибрации, схему сравнения, формирователь команд на изменение частоты вращения электропривода и регулятор расхода хладона с приводом, интегрированный в компрессорный агрегат.
Датчик вибрации подключают к одному входу схемы сравнения, ко второму входу схемы подключают выход задатчика максимально допустимого уровня вибрации, вход формирователя команд на изменение частоты вращения электропривода подключают к выходу схемы сравнения, а выход - к пульту регулирования частоты вращения электропривода компрессорного агрегата, выход пульта управления температурой хладоносителя соединяют с приводом регулятора расхода хладона. Кроме того, регулятор расхода хладона с приводом выполняют как золотник, а датчик вибрации устанавливают на болт крепления машины.
Техническими результатами полезной модели являются:
1. Увеличение надежности холодильной машины;
2. Снижение шума и вибрации холодильной машины.
Вторичным техническим результатом является снижение виброакустического излучения за пределы корпуса судна.
Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленной полезной модели, позволили установить, что заявитель не обнаружил источник, характеризующийся признаками тождественными (идентичными) всем существенным признакам полезной модели. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволило установить совокупность существенного по отношению к рассматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном устройстве, изложенных в формуле полезной модели.
Следовательно, заявленная полезная модель соответствует признаку "новизна".
На рисунке представлена схема винтовой судовой холодильной машины по техническим решениям полезной модели.
Винтовая судовая холодильная машина состоит из следующих узлов: винтового компрессорного агрегата 1, блока 2 регулирования частоты вращения электропривода компрессорного агрегата, водяного конденсатора хладона 3, дроссельного устройства 4 и испарителя хладона 5. К испарителю подводится хладоноситель 16.
Также в состав машины входят: датчик 6 давления кипения хладона, датчик 7 температуры хладоносителя, пульт 8 управления температурой хладоносителя, датчик 9 вибрации, задатчик 10 максимально допустимого уровня вибрации, схема сравнения 11, формирователь команд 12 на изменение частоты вращения электропривода.
Винтовой компрессорный агрегат 1 состоит из винтового компрессора 13, электропривода 14 и регулятора расхода 15 с приводом. Регулятор расхода выполнен золотником в винтовом компрессоре как отработанное техническое решение.
Некоторая арматура, приборы автоматики и связи, стандартные для холодильных машин и несущественные для пояснения полезной модели, на схеме не показаны.
Принимая, что резонанс - это резкое возрастание амплитуды вибрации при совпадении частоты возбуждающей силы с резонансной частотой конструкции машины, по результатам исследования роторных машин (см., например, [7]), одним из путей исключения резонанса рекомендуется уход (изменение) частоты возбуждающей силы (вращающегося ротора) от частоты возникшего резонанса.
Технические решения предложенной полезной модели реализуют эту концепцию в приложении к конструкции винтовой судовой холодильной машины.
Холодильная машина по предлагаемой полезной модели работает следующим образом.
В компрессорном агрегате 1 сжимаются пары хладона, затем они конденсируются в водяном конденсаторе 3, превращаясь в переохлажденную жидкость, которая, проходя через дроссельное устройство 4, расширяется до давления кипения, и парожидкостная смесь поступает в испаритель 5, где охлаждает хладоноситель 16, а затем перегретый пар всасывается компрессорным агрегатом, после чего цикл охлаждения повторяется.
Поддержание нужной температуры хладоносителя 16 на выходе из испарителя 5 машины осуществляется изменением расхода хладона посредством регулятора расхода 15 с приводом, на который подается команда с пульта управления 8 по сигналу датчика температуры 7.
Датчик вибрации 9 установлен на болт крепления машины на судне, это решение в кораблестроении применяют для регистрации вибрации, передаваемой на судно.
Датчик 9 вибрации измеряет уровень вибрации, создаваемый холодильной машиной, сигнал от него попадает в схему сравнения 11. В схему сравнения 11 также входит сигнал от задатчика 10 максимально допустимого уровня вибрации. В случае превышения уровня вибрации на какой-либо частоте, по сигналу схемы сравнения 11, формирователь команд 12 на изменение частоты вращения электропривода выдаст команду на изменение частоты блоку 2 регулирования частоты вращения электропривода компрессорного агрегата. Произойдет смещение частоты вращения электропривода от частоты резонанса, резонанс исчезнет или его амплитуда уменьшится до допустимого уровня.
Все технические решения полезной модели описаны или известны на дату подачи заявки. Например, метод исключения резонанса, в частности, описан в [7], технические средства, такие как схема сравнения, задатчик уровня сигнала, формирователь управляющей команды и регулятор расхода с приводом - в [5], регулятор расхода, интегрированный в винтовой компрессорный агрегат и применение с этой целью золотника - в [8], пульт управления температурой хладоносителя по датчику температуры на выходе из испарителя - в [3].
Таким образом, изложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленной полезной модели следующих совокупностей условий:
- средство, воплощающее заявленную полезную модель при его осуществлении, предназначено для промышленного использования, а именно в винтовой судовой холодильной машине;
- для заявленной полезной модели в том виде, в котором он охарактеризован в независимом пункте изложенной формулы полезной модели, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке или известных до даты приоритета средств и методов.
Следовательно, заявленная полезная модель соответствует условию "промышленная применимость".
Внедрение предлагаемого устройства позволяет повысить надежность винтовой судовой холодильной машины, снизить ее вибрацию и шум и, как следствие, снизить виброакустическое излучение за пределы судна.
1. Патент RU 126438 U1, F25B 1/00. "Судовая холодильная машина"
2. Авторское свидетельство SU 1247632 A1, F25B 1/00. "Холодильная машина".
3. Б.В. Смирнов, В.Г. Деньгин и др. Малошумные холодильные машины для судовых систем кондиционирования воздуха// Холодильная техника, №8, 2007 г., с. 4-7.
4. Патент RU 159555 U1, B63J 2/00, B63G 8/36, F24F 5/00. "Холодильная машина судовой системы кондиционирования воздуха".
5. Патент RU 2156923 C1, F24F 1/02. "Автономный кондиционер с водяным конденсатором".
6. Патент RU 2277207 С2, F24F 11/06. "Система поддержания температурно-влажностного режима".
7. Бойкин С.Как определить резонанс роторной машины? [электронный ресурс], URL: http://blog.vibroexpert.ru/?p=942 (Дата обращения 03.03.2016 г.)
8. Новые компактные винтовые компрессоры "Битцер" серий CSH. // Холодильная техника, №12, 2004 г., с. 4-8.