Аппарат воздушного охлаждения масла

Полезная модель относится к аппаратам воздушного охлаждения масла (АВОМ), предназначенным для охлаждения масла, циркулирующего в системе смазки компрессорных установок и газоперекачивающих агрегатах, в том числе в условиях низких температур Крайнего Севера.
Известен аппарат воздушного охлаждения масла, содержащий горизонтально расположенную секцию теплообмена, снабженную поверхностями теплообмена с примыкающими к ним раздающим и собирающим коллекторами для масла, и связанный с ней вентиляторный блок для подачи на поверхности теплообмена охлаждающей среды, снабженный устройством управления скоростью вращения вентиляторов, поверхности теплообмена выполнены из оребренных труб и расположены над вентиляторным блоком, выполненным секционным и содержащим, разделенные перегородкой, две вертикальные секции, каждая из которых снабжена одним вентилятором, причем, одна из секций содержит вентилятор реверсивного вращения, а в межвентиляторном пространстве вентиляторного блока размещен подогреватель воздуха, сопряженный с отверстием, выполненным в межсекционной перегородке, с обеспечением возможности формирования внутренней системы рециркуляции воздуха (Патент РФ №155446 U1, опубл. 01.11.2013 г.).
Недостатком такого аппарата воздушного охлаждения масла является несовершенство системы контроля и управления, особенно, диагностических функций, результатом которого является факты обмерзания теплообменных секций с их последующей разгерметизацией при подаче в них нагретого масла.
Известен аппарат воздушного охлаждения с рециркуляционным воздушным потоком, содержащий 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, выходные заслонки вентиляторов и заслонки в канале рециркуляции, а также термопреобразователь сопротивления, настроенный на требуемую температуру поступающего в охладитель воздушного потока и связанный 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 (Патент РФ №2505736 С1, опубл. 23.05.2012 г.).
В известном устройстве для первой системы регулирования измеряют температуру охлаждаемых масла или масловоздушной смеси и с помощью электрической связи передают ее значение на микропроцессорный регулятор, изменяя частоту вращения рабочих колес группы нижних вентиляторов аппарата воздушного охлаждения. Для второй рециркуляционной системы регулирования измеряют температуру воздушного потока, поступающего на вход охладителя, изменяя по ее значениям, по необходимости, частоту вращения рабочих колес группы нижних рециркуляционных вентиляторов. При помощи регулирующих механизмов управляют верхними и нижними воздушными клапанами охладителя, заслонками канала рециркуляции, выходными заслонками групп нижних и верхних вентиляторов аппарата воздушного охлаждения.
Основным недостатком данного устройства является малая эффективность процесса внутренней рециркуляции воздушного потока на стадии обеспечения предпусковых условий. В условиях низких температур окружающего воздуха верхние теплообменные секции не прогреваются достаточным образом, что приводит к увеличению длительности периода подготовки аппарата к работе.
Задача, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, заключается в обеспечении равномерного прогрева охлаждающих секций маслоохладителя АВОМ, за счет повышения эффективности процесса внутренней рециркуляции, как на стадии обеспечения предпусковых условий, так и в режиме работы АВОМ при низких температурах окружающего воздуха.
Технический результат, достигается тем, что аппарат воздушного охлаждения масла, содержащий маслоохладитель с теплообменными секциями, осевые вентиляторы с электроприводами, входной управляемый клапан и канал рециркуляции, снабжен электронагревателем, размещенным в канале рециркуляции, а также термоэлектрическими нагревателями (ТЭНами), установленными в подводящем и отводящем коллекторах маслоохладителя, при этом между маслоохладителем и входным управляемым клапаном установлена направляющая перегородка.
Установка электронагревателя в рециркуляционном канале позволяет осуществить разогрев маслоохладителя при запуске АВОМ в холодное время года во избежание разгерметизации и обмерзания охлаждающих секций.
Направляющая перегородка обеспечивает равномерное распределение потока воздуха на теплообменные секции маслоохладителя.
Установка ТЭНов во внутреннюю полость маслоохладителя обеспечивает прогрев масла при низких температурах окружающего воздуха, например, в условиях Крайнего Севера.
Все вышеперечисленные мероприятия позволяют исключить неравномерный нагрев секций и, как следствие, предотвратить возникновение значительных термических напряжений.
Полезная модель поясняется графически, где на фиг. 1 представлена схема предлагаемого АВОМ, а на фиг. 2 показана схема рециркуляции воздуха в предлагаемом АВОМ.
Аппарат воздушного охлаждения масла содержит блок-контейнер 1, в котором расположен маслоохладитель 2 и два осевых вентилятора 3. К верхней части рамы маслоохладителя 2 прикреплена направляющая перегородка 4, другим своим концом закрепленная к входному воздушному управляемому двухсекционному клапану 5. Маслоохладитель 2 оснащен трубчатыми электронагревателями - ТЭНами 6 и 7, установленными в его подводящем и отводящем коллекторе. Регулирование расхода воздуха осуществляется за счет согласованной работы вентиляторов 3, оборудованных электродвигателями с преобразователями частоты, входного воздушного управляемого двухсекционного клапана 5 и выходного воздушного трехсекционного клапана 8, изменяющих положение створок клапана с помощью взрывозащищенных электроприводов. Внутренняя рециркуляция нагретого электронагревателем 9 воздуха осуществляется по рециркуляционному каналу 10 при закрытых клапанах 5 и 8 и одновременной работе вентиляторов 4.
АВОМ масла работает следующим образом.
Нагретое масло, получившее тепло в системе смазки компрессорной установки поступает в маслоохладитель 2, где охлаждается. Работа осуществляется путем реализации режимов: «Разогрев», «Охлаждение» и «Охлаждение с рециркуляцией», обеспечиваемых системой автоматического управления (САУ).
Режим «Разогрев» обеспечивает нагрев маслоохладителя 2 и поддержание заданного значения температуры его стенок на стадии выполнения предпусковых условий при запуске АВОМ в холодное время года с целью исключения таких явлений как разгерметизация и обмерзание охлаждающих секций.
Режим «Охлаждение» - это режим поддержания текущей температуры масла на выходе АВОМ, который обеспечивается САУ путем выполнения алгоритма управления с постоянным контролем основного регулируемого параметра - температуры масла, измеряемой датчиком температуры, установленным в месте отбора на выходе аппарата.
Режим «Охлаждение с рециркуляцией» - это режим работы, направленный на охлаждение, но при этом задействуются рециркуляционный канал 10 с клапаном 11 и канальный электронагреватель 9 при действии низких температур окружающего воздуха, с целью предотвращения застывания масла и обмерзания охлаждающих секций маслоохладителя 2.
В режиме «Разогрев», в случае, если среднее значение температуры стенок маслоохладителя является ниже допустимого значения, подается команда на открытие клапана 11, открывающего вход в рециркуляционный канал 10, включение вентиляторов 3 и подачу питания на электронагреватель 9. Электронагреватель 9 обеспечивает разогрев АВОМ за счет принудительной конвекции, реализуемой методом внутренней рециркуляции воздуха во внутреннем пространстве АВОМ при работающих вентиляторах 3. Вентиляторы 3 создают вакуумметрическое разряжение на выходе из охлаждающих секций маслоохладителя 2, заставляя, тем самым, воздух двигаться по рециркуляционному каналу 10, по замкнутому кругу, протекая через внутренние каналы электронагревателя 9 и нагреваясь. Нагретый воздух, двигаясь по рециркуляционному каналу 10, достигает охлаждающих секций маслоохладителя 2 и, проходя через них, отдает им свое тепло. После выхода из охлаждающих секций, воздух вновь всасывается вентиляторами 3 и подается на электронагреватель 9. Процесс происходит непрерывно до тех пор, пока температура стенок маслоохладителя не поднимется до допустимого значения для подачи в него масла.
Как только температура стенок маслоохладителя достигает допустимого значения, САУ подает команду на отключение электронагревателя 9, при этом вентиляторы 3 продолжают работать в течение времени, достаточного, чтобы остыли элементы электронагревателя и не сработал его термовыключатель, настроенный на предельное значение температуры, соответствующее его температурному классу. В момент, когда значение температуры стенок маслоохладителя становится ниже допустимого значения, САУ вновь подает команду на включение вентиляторов 3 и, затем подает питание на электронагреватель 9. Так осуществляется автоматический режим поддержания температуры маслоохладителя 2.
Переход с режима «Разогрев» на основной рабочий режим «Охлаждение» происходит по сигналу САУ после того, как температура стенок маслоохладителя становится больше допустимого значения.
Следует различать процесс разогрева «сухого» маслоохладителя (незаполненного маслом) и маслоохладителя, заполненного маслом. При разогреве маслоохладителя, заполненного маслом, обязательна организация стравливания избыточного давления, возникающего из-за теплового расширения теплоносителя (масла) в замкнутом пространстве секции.
Нагретое масло поступает в маслосистему АВОМ по входному трубопроводу, далее, в охлаждающие секции маслоохладителя 2. Проходя через секции, масло охлаждается атмосферным воздухом, прокачиваемым через воздушные каналы секций осевыми вентиляторами 3. Охлаждающий воздух поступает в маслоохладитель по направляющей перегородке 3, которая позволяет образовать направляющий канал, и, тем самым, направить максимальное количество поступающего через клапан 5 воздуха на вход в маслоохладитель 2. Атмосферный воздух поступает через двухсекционный воздушный клапан 5, команда на открытие створок которого формируется САУ в зависимости от заданного значения температуры регулирования.
В осевых вентиляторах 3 установлены электродвигатели, регулирование оборотов которых осуществляется от преобразователей частоты, что позволяет плавно изменять скорость вращения вала электродвигателей, тем самым изменяя, количество оборотов рабочего колеса вентилятора и, следовательно, расход охлаждающего воздуха.
При работе АВОМ в холодное время года, в зоне действия низких температур, при возникновении условий застывания масла в каналах охлаждающих секций задействуется рециркуляционный канал, по которому осуществляется перенаправление теплого воздуха на вход секций маслоохладителя 2. Аппарат при этом фактически работает в режиме «Охлаждение с рециркуляцией».
Повысить эффективность работы маслоохладителя в режиме «Охлаждение с рециркуляцией» и исключить обмерзание секций позволяют термоэлектрические нагреватели (ТЭНы). Управление работой ТЭНов осуществляется САУ по сигналам с датчиков, измеряющих температуру в секциях маслоохладителя и на выходе из него, а также по перепаду давления. Включение ТЭНов возможно только для заполненного маслом маслоохладителя, контроль обеспечивается САУ. Режим «Охлаждение с рециркуляцией» может осуществляться при открытом клапане 11, как при полностью закрытых всех секций клапанов 5 и 8 и, так и при некоторых открытых секциях этих клапанов.
Таким образом, полезная модель обеспечивает работу АВОМ в условиях низких температур в режиме «Охлаждение с рециркуляцией» и позволяет за короткое время осуществить прогрев секций маслоохладителя при предпусковом режиме, не допуская их обмерзания.