СИСТЕМА ЖИДКОСТНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ

Полезная модель относится к системам жидкостного охлаждения вспомогательного судового оборудования, преимущественно, радиотехнического оборудования, размещаемого на выдвижных конструкциях подводного судна.
Известна конструкция шкафа радиоэлектронной аппаратуры [1], содержащего корпус с перегородками, разделяющими его на секции, с контуром жидкостного охлаждения, образованным расположенньми в каждой секции один под другим теплообменниками, соединенными с жидкостной магистралью.
Известна также конструкция стойки с жидкостньм охлаждением [2], включающая каркас, к которому крепятся алюминиевые плиты со змеевиками (теплообменниками), образующие контур жидкостного охлаждения для встраиваемых в стойку съемных блоков со значительным тепловыделением.
Недостатком известных систем жидкостного охлаждения является то, что они рассчитаны на эксплуатацию оборудования в обычных помещениях и не предусматривают возможности экстремальных воздействий, таких, как забортное давление, при размещении охлаждаемого оборудования в герметичных отсеках подводного судна и использовании в системе охлаждения внешнего теплообменника, охлаждаемого забортной водой.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков аналогом, принятым за прототип предлагаемой полезной модели, является система жидкостного охлаждения [3, С. 116, рис.5.6 а)].
Система по прототипу содержит жидкостную магистраль, оснащенную насосным агрегатом, датчиками давления и температуры охлаждающей жидкости, внутренние теплообменники, размещенные в корпусах соответствующих радиотехнических устройств, также пополнительный бак, к которому подключены вход и выход жидкостной магистрали и в котором поддерживается постоянное давление охлаждающей жидкости за счет наддува воздухом или нейтральным газом абсолютного давления. Поглощаемая охлаждающей жидкостью в аппаратуре мощность передается в теплообменнике вторичному теплоносителю, в качестве которого используется воздух, поступающий из системы кондиционирования летательного аппарата, или топливо. Воздушные включения устраняются из охлаждающей жидкости воздухоотделителем, установленным перед входом жидкостной магистрали в пополнительный бак.
Системе по прототипу присущ тот же недостаток, что и приведенным выше аналогам, а именно тот, что она не предусматривает защиты от воздействия забортного давления.
Решаемой задачей является повышение эксплуатационной надежности системы охлаждения радиотехнических устройств подводного судна.
Сущность полезной модели заключается в том, что в систему жидкостного охлаждения радиотехнических устройств, содержащую пополнительный бак, соединенный с расширительным баком, оснащенный штуцером с заглушкой, подключенную к пополнительному баку своими выходом и входом жидкостную магистраль, оснащенную насосным агрегатом, датчиками давления и температуры, и теплообменники соответствующих радиотехнических устройств, подключенные к жидкостной магистрали, введен охлаждаемый теплообменник, размещенный в коробе с циркулирующей забортной водой, при этом корпус антенного устройства, в котором размещены пополнительный и расширительный баки и теплообменник передатчика, а также корпус подъемно-мачтового устройства, в котором размещены насосный агрегат и теплообменник микроэлектронных блоков подъемно-мачтового устройства, выполнены в герметичном исполнении, участок жидкостной магистрали между корпусом подъемно-мачтового устройства и внешним теплообменником выполнен в виде гибкого двухканального трубопровода из шарнирных звеньев, а насосный агрегат содержит шестеренный насос и приводной электродвигатель, ротор которого установлен на общей оси с ведущей шестерней шестеренного насоса и помещен в герметичный стакан, отделяющий полость ротора от статора приводного электродвигателя.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, на которых представлены:
фиг.1 - гидравлическая схема системы охлаждения,
фиг.2 - конструкция насосного агрегата.
Система жидкостного охлаждения содержит размещенные в герметичном корпусе антенного устройства пополнительный бак 1, соединенный с расширительным баком 2, в верхней части которого расположен штуцер 3 с заглушкой, и теплообменник 4 передатчика, размещенные в герметичном корпусе подъемно-мачтового устройства насосный агрегат 5 и теплообменник 6 микроэлектронных блоков подъемно-мачтового устройства, а также охлаждаемый теплообменник 7 с заливочной горловиной 8 во внешней среде,
К пополнительному баку 1 подключены выход и вход жидкостной магистрали 9, которая представляет собой замкнутый трубопровод с циркулирущим в нем теплоносителем (направление циркуляции показано стрелкой). В начале входного участка жидкостной магистрали расположен входной штуцер 10 для подключения заправочного устройства, а теплообменник 4 передатчика установлен в выходном участке жидкостной магистрали перед ее входом магистрали в пополнительный бак 1.
Соединительные участки жидкостной магистрали 9 между корпусами антенного и подъемно-мачтового устройств, выполнены в виде жестких труб, соединенных резьбовыми штуцерами 11.
Выход трубы, подключенной к выходу насосного агрегата 5, и вход трубы, к которой подключен теплообменник б микроэлектронных блоков подъемно-мачтового устройства, оснащены быстроразъемными соединениями 12 с запорными элементами, к которым подключен соединительный участок жидкостной магистрали между корпусом
подъемно-мачтового устройства и внешним теплообменником, выполненный в виде гибкого двухканального трубопровода 13, состоящего из шарнирных звеньев. Второй конец гибкого трубопровода 13 посредством резьбовых штуцеров 14 соединен с входным и выходным концами трубы, к которой подключен охлаждаемый теплообменник 7.
Для контроля параметров теплоносителя 5 к жидкостной магистрали подключены датчик 15 температуры, датчик 16 давления и расходомер 17.
Внутренние теплообменники 4 и 6 представляют собой системы трубок, находящихся в механическом контакте с корпусами или платами радиотехнических устройств. Теплообменник 4 предназначен для охлаждения мощных электрорадиоэлементов передатчика, установленного в антенном устройстве, а теплообменник 6 - для охлаждения микроэлектронных блоков подъемно-мачтового устройства.
Охлаждаемый теплообменник 7 представляет собой систему трубок, установленных в коробе, в котором циркулирует забортная вода. В зависимости от того, в подводном или перископном положении находится подводный аппарат, циркуляция забортной охлаждающей воды обеспечивается или проливом с помощью дополнительного насоса или естественным образом.
Насосный агрегат 5 содержит шестеренный насос и приводной электродвигатель. Ведущая шестерня 18 насоса и ротор 19 электродвигателя установлены на общем валу 20 без уплотнительных элементов на входе вала в корпус 21 насоса. Для предотвращения попадания забортной воды в герметичный объем приборного отсека ротор 19 помещен в герметичный тонкостенный стакан 22, являющийся разделителем сред между ротором и статором 23 электродвигателя.
Система работает следующим образом.
Заправка системы теплоносителем, в качестве которого используется "Термосол" по ТУ 301-02-141-91, осуществляется с помощью ручного насоса, фильтра и специального наконечника, подсоединяемого к входному штуцеру 10. При этом наконечник перекрывает трубу, идущую из пополнительного бака, и заправка системы осуществляется через насосный агрегат 5. Под давлением, создаваемым насосом заправочного устройства, теплоноситель через насосный агрегат 5 заполняет сначала трубки охлаждаемого теплообменника 7, а затем последовательно трубки теплообменника 6 микроэлектронных блоков подъемно-мачтового устройства и теплообменника 4 передатчика, далее заполняет полностью пополнительный бак1 и поступает в расширительный бак 2, заполняя его до уровня штуцера 3 с открытой заглушкой. Воздух, оставшийся в незаполненной части расширительного бака 2, при работе системы служит для компенсации теплового и механического изменения объема системы охлаждения.
После заполнения системы теплоносителем заправочный насос отключают, вынимают наконечник из штуцера 10 и включают насосный агрегат 5, обеспечивающий циркуляцию теплоносителя из пополнительного бака через насосный агрегат в охлаждаемый теплообменник 7, в котором теплоноситель охлаждается забортной водой, затем в
теплообменники 6 и 4, в которых теплоноситель нагревается от тепла, выделяемого электрорадиоэлементами охлаждаемых приборов, и далее в пополнительный бак 1. Для отведения тепла, выделяемого микроэлектронными блоками подъемно-мачтового устройства и передатчиком, на выходе насосного агрегата обеспечивается давление не менее 0,45 МПа (4,5 кг/см), при котором расход теплоносителя составляет 0,166 л/с.
Для контроля работы системы служат: датчик 15 температуры, установленный на входе насосного агрегата, где температура теплоносителя максимальна, датчик 16 давления на выходе насосного агрегата, и два датчика 17 расходомера, измеряющих превышение давления на входе насоса относительно его выхода. Показания датчиков передаются контрольной аппаратуре, установленной в рабочем помещении подводного аппарата.
Гибкий соединительный участок 13 магистрали из шарнирных звеньев с внутренними каналами обеспечивает удобное и надежное соединение элементов системы охлаждения, размещенных в герметичных приборных отсеках, находящихся в верхней части подъемно-мачтового устройства с охлаждаемым теплообменником 7, установленным на корпусе подводного аппарата, и позволяет перемещать вверх и вниз подъемно-мачтовое устройство, не прерывая работы охлаждаемых радиотехнических систем.
Преимуществом предлагаемой системы охлаждения является полная герметичность ее в рабочем состоянии, которая обеспечивается герметичным исполнением корпусов антенного и подъемно-мачтового устройств, герметичным исполнением соединительных элементов жидкостной магистрали, а также использованием в насосном агрегате специального электродвигателя с разделителем сред между статором и ротором электродвигателя.
Т.к. ротор 19 электродвигателя соединен с рабочим органом (шестерней 18) насоса валом 20 без уплотнения, в процессе работы насоса полость герметичного стакана 22, в который помещен ротор, заполняется теплоносителем, давление которого соответствует давлению в рабочей камере насоса. Т.к. ротор двигателя не имеет обмотки и выполнен в виде короткозамкнутой клетки, присутствие теплоносителя не оказывает на него воздействия. В статор 23 электродвигателя теплоноситель не попадает из-за наличия между ними герметичного тонкостенного стакана 22, который является разделителем сред и предотвращает попадание жидкости во внутренний герметичный объем корпуса подъемно-мачтового устройства.
При проникновении в систему забортной воды, имеющей давление до 40 кг/см, тонкостенный стакан 22 увеличивает свой радиальный размер и приобретает необходимую прочность за счет прижатия к массивному статору 23. При этом, во-первых, не происходит проникновения воды в герметичный корпус подъемно-мачтового устройства, а во-вторых, сохраняется работоспособность электродвигателя за счет наличия небольшого зазора между ротором и статором.
Дополнительным преимуществом предлагаемого конструктивного решения является упрощение конструкции, т.к. она не требует труднореализуемого для обеспечения
необходимого ресурса насосного агрегата уплотнения вала между корпусом насоса и ротором электродвигателя.
Промышленная применимость полезной модели определяется возможностью изготовления предлагаемой системы охлаждения согласно приведенному описанию и чертежам из известных материалов и комплектующих изделий и возможностью использования для охлаждения радиотехнического оборудования, размещаемого на выдвижных конструкциях подводного аппарата.
Список литературы 1 Патент РФ №2106076, МПК Н 05 К 7/20, публ. 27.02.2002 г.
2. Савельев А.Я., Овчинников В.А. Конструирование ЭВМ и систем / Учебник для ВУЗов по спец. "Электронно-вычислительные машины". - М.: Высшая школа. - 1984 г. - C.129.
3. Глушицкий И.В. Охлаждение бортовой аппаратуры авиационной техники. - М.: Машиностроение. - 1987 г. - С. 114-118, прототип.