ВОЗДУШНАЯ ХОЛОДИЛЬНАЯ УСТАНОВКА

Полезная модель относится к холодильной технике, а именно к воздушным турбохолодильным установкам.
Известна воздушная турбохолодильная установка, которая содержит турбодетандер, многокамерный динамический теплообменник, потребитель холода, источник энергии и центробежный турбокомпрессор. (РФ, патент №2262047, МПК F25B11/00, Опубл. 2005.10.10.)
Недостатком такой установки является то, что для ее работы нужен дополнительный источник энергии, необходимый для обеспечения камеры сгорания воздухом для горения топлива. Кроме того, наличие электродвигателя, который обычно плохо согласуется с центробежным турбокомпрессором по частоте вращения и требует наличия электричества.
Известна турбохолодильная установка, содержащая два турбокомпрессора и узел сжигания топлива, при этом, выход первого турбокомпрессора через воздухоохладитель связан с входом компрессора второго турбокомпрессора, выполняющего функцию турбодетандера, при этом вход турбины первого турбокомпрессора связан с выходом узла сжигания топлива, выход компрессора второго турбокомпрессора (турбодетандера) через второй воздухоохладитель связан с входом его турбины, выход которой связан с потребителем холода. В качестве привода компрессора использован газотурбинный двигатель, выхлопное устройство которого подсоединено к турбине турбокомпрессора, в качестве турбокомпрессора использован турбореактивный двигатель. (РФ, патент №2084780, МПК F25 В11/00, Опубл. 1997.07.20).
Эта турбохолодильная установка выбрана в качестве прототипа, как наиболее близкая по технической сущности к предлагаемой.
Недостатками такой установки являются: 1.Эта схема требует источника сжатого воздуха для сжигания топлива. 2.Расход рабочего тела для газотурбинного двигателя весьма велик (он сравним с подачей турбокомпрессора). Если этот воздух отбирать от первого турбокомпрессора, то уменьшается подача воздуха на второй турбокомпрессор (турбодетандер), что снизит хладопроизводительность. 3. Если направлять в камеру сгорания воздух после турбодетандера, то нужно уменьшить перепад давлений в турбодетандере, а значит уменьшить температуру воздуха после турбодетандера, снизить его хладопроизводительность.
В основу полезной модели поставлена задача получения автономного источника холода с диапазоном температур -20°С - -80°С.
Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, выражается в увеличении холодильного коэффициента. За счет разделения потока сжатого воздуха на два потока, появилась возможность автономной работы холодильной машины без необходимости дополнительного генератора сжатого воздуха.
Для решения поставленной задачи воздушная холодильная установка, содержащая два турбокомпрессора и узел сжигания топлива, при этом, выход первого турбокомпрессора через первый воздухоохладитель связан с входом компрессора второго турбокомпрессора, при этом, вход турбины первого турбокомпрессора связан с выходом узла сжигания топлива, выход компрессора второго турбокомпрессора через второй воздухоохладитель связан с входом его турбины, выход которой связан с потребителем холода, отличается тем, что выход компрессора первого турбокомпрессора связан с входом пневморегулятора, выполненного с возможностью разделения потока сжатого воздуха на два потока предпочтительно различного расхода, при этом, второй выход
пневморегулятора через первый воздухоохладитель связан с входом компрессора второго турбокомпрессора, используемого в качестве турбодетандера, при этом, узел сжигания топлива выполнен в виде камеры сгорания, связанной со средством подачи топлива, полость которой связана с первым выходом пневморегулятора и связана с выходом источника пара, установленного на выходе турбины первого турбокомпрессора, при этом, выход камеры сгорания связан с входом турбины первого турбокомпрессора, причем, турбокомпрессоры выполнены на подшипниках с воздушной смазкой.
Сравнение признаков предлагаемого решения с признаками аналогов и прототипа свидетельствует о его соответствии критерию «новизна».
Признаки отличительной части формулы изобретения решают следующие функциональные задачи.
Признаки - «...выход компрессора первого турбокомпрессора связан с входом пневморегулятора, выполненного с возможностью разделения потока сжатого воздуха на два потока, при этом, второй выход пневморегулятора через первый воздухоохладитель связан с входом компрессора второго турбокомпрессора, используемого в качестве турбодетандера...» - обеспечивают автоматический отбор необходимого количества воздуха для работы газовой турбины (турбины первого турбокомпрессора), при этом оставшийся воздух направляется турбодетандер.
Признаки - «...узел сжигания топлива выполнен в виде камеры сгорания, связанной со средством подачи топлива, полость которой связана с первым выходом пневморегулятора и связана с выходом источника пара, при этом выход камеры сгорания связан с входом турбины первого турбокомпрессора.» - обеспечивают необходимое соотношение между топливом и воздухом при сгорании, а также нужную температуру рабочего тела на входе в турбину и необходимое количество этого тела.
Признак - « турбокомпрессоры выполнены на подшипниках с воздушной смазкой.» - позволяет получить на выходе установки холодный воздух без масляных примесей, который можно направлять непосредственно на охлаждаемый продукт.
Техническая сущность предлагаемого решения поясняется чертежом. На фиг. представлена принципиальная схема воздушной холодильной установки.
На чертеже показаны: воздушный фильтр 1, турбокомпрессор 2, компрессор 3, газовая турбина 4, пневморегулятор 5, камера 6 сгорания, регенератор 7, первый воздухоохладитель 8, турбодетандер 9, компрессор 10, детандер 11, второй воздухоохладитель 12.
Предложенная воздушная холодильная установка работает следующим образом.
Компрессор 3 через воздушный фильтр 1 засасывает атмосферный воздух и сжимает его. Затем пневморегулятор 5 разделяет сжатый воздух на две части. Одна его часть поступает в камеру 6 сгорания, куда поступает топливо а также пар с регенератора 7 пара. Другая часть сжатого воздуха поступает через первый воздухоохладитель 8 в компрессор 10 турбодетандера 9. В компрессоре 10 происходит повышение давления воздуха. Затем сжатый воздух через второй воздухоохладитель 12 поступает в детандер 11, где происходит срабатывание перепада давлений и охлаждение воздуха. Пар, получаемый в регенераторе 7 за счет утилизации тепла отработанных газов, и поступающий в камеру 6 сгорания, увеличивает массу рабочего тела для газовой турбины 4, т.к. часть воздуха отбирается на турбодетандер 9, а также используется для понижения температуры продуктов сгорания до значения, определяемого максимальной теплонапряженностью материала лопаток турбины. Использование подшипников с воздушной смазкой в турбокомпрессорах позволяет направлять холодный воздух непосредственно на охлаждаемый продукт,
т.к. холодный воздух на выходе такой установки будет без масляных примесей.
Предлагаемая установка полностью автономна, не требует потребления электроэнергии и не требует дополнительного генератора сжатого воздуха. В качестве турбокомпрессоров могут быть использованы серийно выпускаемые турбокомпрессоры наддува дизелей, например, ТКР-14 и ТКР-11.