УСТРОЙСТВО ОХЛАЖДЕНИЯ КОМПРЕССОРНОГО ОБОРУДОВАНИЯ

Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится к устройствам, предназначенным предназначены для работы в качестве замкнутой системы охлаждения компрессорного оборудования, а также другого промышленного оборудования со схожими функциональными и эксплуатационными параметрами.
Уровень техники
Из уровня техники известно устройство охлаждения (RU191953U1, 28.08.2019), В данном патенте описана конструкция охлаждающего устройства с щитом управления, с контроллером и тремя компрессорами, состоящий из несущего корпуса на виброизоляторах, причем в корпусе расположены три спиральных компрессора с трёхфазным электродвигателем и встроенной защитой обмоток, объединенные параллельно, с двухконтурным пластинчатым медно-паянным испарителем со встроенным распределителем, который имеет два холодильных контура и один водяной контур, каждый из холодильных контуров которого подключается через свой соленоидный и терморегулирующий вентили к одному из двух отводов общей жидкостной линии, со всасывающей линией, которая объединяет два выхода испарителя в один общий коллектор и подает хладагент к компрессорам, при этом испаритель выполнен с водяным контуром, с реле потока, с предохранительным клапаном, с дренажным отводом, с датчиками температуры теплоносителя. Водяной контур содержит, по меньшей мере, один встроенный центробежный циркуляционный насос, совместно с которым устанавливается расширительный бак.
Данное решение является достаточно сложным, в котором не обеспечивается максимальная эффективность охлаждения.
Заявленное устройство устраняет указанные недостатки и позволяет достичь заявленный технический результат.
Раскрытие полезной модели
Технической задачей, которую решает предлагаемое решение, является создание компактного, надежного, простого и эффективного устройства охлаждения.
Технический результат заключается в повышении эффективности охлаждения оборудования, при обеспечении уменьшения габаритов устройства.
Для решения поставленной задачи с достижением заявленного технического результата устройство охлаждения компрессорного оборудования содержит соединенные между собой и закрепленные на раме насос теплоносителя, насос воды, бак теплоносителя, бак воды, два теплообменника, два вентилятора, два нагрузочных вентиля, две распылительные форсунки, шкаф автоматики, причем устройство содержит один циркуляционный контур теплоносителя, включающий соединенные между собой насос теплоносителя, два теплообменника, нагрузочный вентиль контура теплоносителя и бак теплоносителя, а также один циркуляционный контур воды, включающий соединенные между собой насос воды, две распылительные форсунки, нагрузочный вентиль контура воды и бак воды, при этом два вентилятора установлены на раме сверху над двумя теплообменниками, а две распылительные форсунки установлены под двумя теплообменниками.
Кроме того, каждый из теплообменников выполнен пластинчато-ребристым.
Кроме того, теплообменники выполнены в виде двух плоских прямоугольных теплообменников, установленных под углом друг к другу.
Кроме того, устройство охлаждения дополнительно содержит программируемый логический контроллер, установленный в шкафу.
Кроме того, в циркуляционном контуре теплоносителя в качестве теплоносителя использован антифриз.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 - Устройство охлаждения компрессорного оборудования;
фиг.2 - Устройство охлаждения компрессорного оборудования;
фиг.3 - Гидравлическая схема устройства охлаждения компрессорного оборудования.
На фигурах позициями отмечены следующие элементы:
1 - Рама;
2 - Насос теплоносителя;
3 - Насос воды;
4 - Бак теплоносителя;
5 - Бак воды;
6.1 - Теплообменник;
6.2 - Теплообменник;
7 - Указатель уровня воды;
8 - Указатель уровня теплоносителя;
9.1 - Вентилятор осевой;
9.2 - Вентилятор осевой;
10 - Шкаф автоматики;
11.1 - Форсунка аксиальная;
11.2 - Форсунка аксиальная;
12 - Горловина бака воды;
13 - Горловина бака теплоносителя;
14 - Кран шаровый напорной линии;
15 - Кран шаровый обратной линии;
16 - Кран шаровый продувки форсунок;
17 - Кран шаровый подкачки воды;
18 - Патрубок слива/заправки теплоносителя;
19 - Кран шаровый слива теплоносителя;
20 - Кран шаровый слива воды;
21 - Клапан соленоидный подкачки воды;
22 - Вентиль нагрузочный воды;
23 - Манометр давления воды;
24 - Клапан предохранительный воды;
25 - Фильтр сетчатый ДУ 25;
26 - Датчик давления теплоносителя;
27 - Вентиль нагрузочный теплоносителя;
28 - Манометр давления теплоносителя;
29 - Датчик давления воды;
30 - Датчик минимального уровня воды;
31 - Датчик максимального уровня воды;
32 - Датчик среднего уровня воды;
33 - Кран трехходовой;
34 - Датчик температуры теплоносителя;
35 - Муфта Fast Lock;
36.1 - Датчик среднего уровня теплоносителя;
36.2 - Датчик минимального уровня теплоносителя;
36.3 - Датчик максимального уровня теплоносителя;
37 - Клапан предохранительный теплоносителя;
38 - Фильтр сетчатый ДУ 50;
39 - Фильтр сетчатый ДУ 40;
40 - Клапан обратный муфтовый латунный ДУ 40;
41 - Клапан обратный муфтовый латунный ДУ 32;
42 - Клапан обратный муфтовый латунный ДУ 25;
43 - Кран шаровый ДУ 25;
44 - Кран шаровый ДУ 40;
45 - Воздухоотводчик;
46 - Дыхательный сетчатый фильтр;
47 - Узел контроля потока;
48 - Компрессор.
Осуществление полезной модели
Заявленное устройство выполнено компактным, предназначено для охлаждения компрессорного оборудования, содержит соединенные между собой и закрепленные на раме насос теплоносителя, насос воды, бак теплоносителя, бак воды, два теплообменника, два вентилятора осевых, форсунки, нагрузочные вентили, шкаф автоматики, различные датчики, например, датчики максимального и минимального уровня жидкости, датчики давления и температуры, а также другие вспомогательные элементы, такие как манометры, краны трехходовые, шаровые и др.
Устройство содержит один основной циркуляционный контур теплоносителя, включающий соединенные гидравлически между собой посредством трубопровода насос теплоносителя, два теплообменника, нагрузочный вентиль и бак теплоносителя. Также устройство дополнительно содержит один циркуляционный контур воды, включающий соединенные гидравлически между собой посредством трубопровода насос воды, две распылительные форсунки, нагрузочный вентиль и бак воды.
На фиг. 1 и 2 показана конструкция заявленного устройства с двух его сторон, на которых можно увидеть: раму 1, насос теплоносителя 2, насос воды 3, бак теплоносителя 4, бак воды 5, теплообменники 6.1 и 6.2, указатель уровня воды 7, указатель уровня теплоносителя 8, вентиляторы осевые 9.1 и 9.2, шкаф автоматики 10, форсунки аксиальные 11.1 и 11.2, горловину бака воды 12, горловину бака теплоносителя 13, кран шаровый напорной линии 14, кран шаровый обратной линии 15, кран шаровый продувки форсунок 16, кран шаровый подкачки воды 17, патрубок слива/заправки теплоносителя 18, кран шаровый слива теплоносителя 19, кран шаровый слива воды 20, клапан соленоидный подкачки воды 21, вентиль нагрузочный воды 22, манометр давления воды 23, клапан предохранительный воды 24, фильтр сетчатый 25, датчик давления теплоносителя 26, вентиль нагрузочный теплоносителя 27, манометр давления теплоносителя 28, датчик минимального уровня воды 30, датчик максимального уровня воды 31, датчик среднего уровня воды 32, кран трехходовой 33, датчик температуры теплоносителя 34, муфта Fast Lock 35.
Теплообменники могут быть выполнены алюминиевыми, пластинчато-ребристыми. Два плоских прямоугольных теплообменника установлены под углом друг к другу на общей раме и гидравлически соединены между собой. Такое расположение позволяет сделать заявленное устройство, в том числе, компактным. Воздухозабор осуществляется сбоку, а выброс теплого воздуха вверх через вентиляторы. Это удобно для установки заявленного устройства рядом со зданием, воздухообмен производится естественным путем. Еще это позволяет гармонично и компактно расположить форсунки таким образом, чтобы достигалось максимальное орошение поверхностей теплообменника. Кроме того, такое расположение теплообменников исключает попадание на них прямых солнечных лучей и ненужного нагрева без использования дополнительных элементов (жалюзи и т.п.). В данном решении используется именно алюминиевый пластинчато-ребристый теплообменник, поскольку это наиболее компактный теплообменник с большой площадью теплообмена. Например, медно-пластинчатый теплообменник имел бы габариты в 1,5 раза больше при тех же показателях мощности теплосъема. Другие виды теплообменников имели бы еще большие габариты.
Вентиляторы установлены на раме сверху над теплообменниками.
Под теплообменниками установлены распыляющие воду форсунки.
С внешней стороны устройство может быть снабжено внешними панелями и сетками (на представленных фигурах не показаны).
Шкаф автоматики - это закрытый герметичный шкаф с утеплением. В шкафу имеются элементы для поддержания оптимальной температуры - обогреватели и приточно-вытяжная вентиляция. Температура поддерживается автоматически. Центральным элементом системы автоматического управления (САУ) является программируемый логический контроллер (ПЛК), установленный в шкафу. На него записывается специально разработанная программа с режимами работы устройства охлаждения и алгоритмами действий. Основным функциональным элементом является частотный преобразователь (ЧП), который регулирует обороты вентиляторов в зависимости от температуры теплоносителя. Также имеются такие элементы как: пускатели, реле, контакторы, автоматические выключатели и пр., обеспечивающие работу всех элементов устройства охлаждения (насосов, датчиков и пр.). Элементы шкафа располагаются на задней и боковых стенках шкафа.
Управление устройством охлаждения может осуществляться при помощи цветной ЖК-панели или через приложение на смартфоне или планшете, подключаемый через WLAN-модуль ПЛК.
Устройство охлаждения выполнено в виде единой конструкции, все составляющие элементы которой соединены между собой не только конструктивно, посредством сборочных операций, но и объединенные в единую конструкцию, с приведенной совокупностью признаков, которая обеспечивает реализацию устройством общего функционального назначения, позволяет получить заявляемый технический результат и обеспечить необходимые условия эксплуатации устройства. Для соединения, в том числе монтажа и крепления между собой вышеуказанных элементов устройства, могут быть применимы любые подходящие сборочные операции, известные специалистам, в частности, не ограничиваясь перечисленным, свинчивание, сочленение, клепка, сварка, пайка, опрессовка, развальцовка и склеивание. Например, основные элементы - насосы, теплообменники, вентиляторы закреплены при помощи болтового соединения. Корпус и рама также состоят из элементов, соединенных между собой при помощи болтовых соединений. Баки теплоносителя и воды представляют собой сварные конструкции. Трубопроводы также являются сварными элементами или могут быть соединены при помощи резьбовых элементов. Форсунки присоединены к трубопроводу.
На фигуре 3 показана гидравлическая схема заявленного устройства, на которой видны циркуляционный контур теплоносителя и циркуляционный контур воды.
Работают контуры следующим образом.
При работе циркуляционного контура теплоносителя теплоноситель из бака 4 всасывается насосом 2 и подается по напорной линии через кран шаровый 14 на компрессор 48. При прохождении через межступенчатые холодильники и рубашки цилиндров компрессора 48, теплоноситель нагревается и поступает в обратную линию через кран шаровый 15. Разогретый теплоноситель поступает в теплообменники 6.1 и 6.2, где под действием потока воздуха, создающегося вентиляторами 9.1 и 9.2, охлаждается и через нагрузочный вентиль 27 поступает в бак 4. Затем цикл повторяется. В баке теплоноситель находится без давления. Уровень теплоносителя в баке контролируют датчики максимального, среднего и минимального уровня 36.1, 36.2 и 36.3. В случае низкого уровня теплоносителя система выдает предупреждающий сигнал, а в случае критически низкого уровня - аварийный сигнал. Система автоматики постоянно следит за основными параметрами работы: давлением и температурой теплоносителя. Давление контролируется датчиком 26, а температура датчиком 34. Температура теплоносителя «после» теплообменников постоянная и может устанавливаться в зависимости от потребностей компрессора. Постоянство температуры теплоносителя поддерживается при помощи оборотов вентиляторов 9.1 и 9.2 с плавным регулированием. При помощи нагрузочного вентиля 27 можно создать избыточное давление в охлаждающем контуре компрессора. Плавно закручивая вентиль 27 можно повысить давление на участке от насоса 2 до вентиля 27 и контролировать значение давление по манометру 28. Это может быть необходимо для эффективного протока теплоносителя через полости сложной геометрической формы или для питания полостей, находящихся на разных высотах. Трехходовой кран 33, а также шаровые краны 44 используются для работы в «Сервисных режимах» для заправки и слива теплоносителя.
Циркуляционный контур воды является вспомогательным. Большую часть года устройство обеспечивает необходимое охлаждение компрессора в «сухом» режиме, однако в летний период, когда температура окружающего воздуха поднимается выше +30°C, может потребоваться дополнительные способы охлаждения теплоносителя. В результате подключения водяного контура, температура теплоносителя может быть на 5-10°C ниже температуры окружающего воздуха (точные данные зависят от конкретных условий). Из бака 5 вода всасывается насосом 3 и подается на форсунки поз.11.1 и 11.2., которые распыляют воду на поверхности теплообменников 6.1 и 6.2. Излишки воды через нагрузочный вентиль 22 сливается обратно в бак 5. В баке вода находится без давления. В результате испарения воды со стенок теплообменников (принцип «сухой градирни»), в основном контуре падает температура теплоносителя. Нагрузочный вентиль 22 необходим для создания нужного давления в водяном контуре и как следствие образования правильного «факела распыления».
Насос 3 работает дискретно согласно логике управляющей программы, которая следит за температурой теплоносителя. При помощи настроек управляющей программы можно подобрать подходящий режим работы форсунок («распыление/ожидание»). Уровень воды в баке 5 контролируют датчики минимального и максимального уровня 30, 31 и 32. В случае минимального уровня воды в баке открывается клапан 21, через который происходит заправка воды из внешнего источника.
При необходимости воздушный поток можно использовать для дополнительного обогрева производственных помещений. Для этого требуется организовать воздушные каналы от вентиляторов устройства к системе воздушного отопления помещений. Следует обеспечить достаточную площадь сечения и геометрию воздушных каналов, не затрудняющих работу вентиляторов и не ухудшающих работу устройства. Устройство желательно устанавливать на улице без дополнительных конструкций, защищающих от осадков.
Устройство охлаждения подключается к системе водяного охлаждения компрессора через напорную и обратную ветку. В месте присоединения устройства имеются шаровые краны с внутренней резьбой G1 1/2''. Для присоединения устройства к системе водяного охлаждения используются стандартная общепромышленная трубопроводная арматура с показателем номинального давления PN16 и диаметром не меньше, чем номинальный диаметр выходных патрубков устройства. Все соединения в сети потребления должны быть герметичны.
Заправка и слив теплоносителя производится через специальный выход с обратной стороны устройства. Соединение резьбовое с внутренней резьбой G1 1/2''. К выходу подсоединяется гибкий шланг соответствующего диаметра, а обратный конец опускается в емкость с теплоносителем, либо подсоединяется емкость типа «Еврокуб» на постоянной основе. Это позволит при необходимости оперативно слить теплоноситель из системы или дозаправить теплоноситель в случае низкого уровня. Также через разъем производится слив теплоносителя из бака 4. Заправка и слив теплоносителя может осуществляться при помощи «Сервисных режимов». После первоначальной заправки теплоносителя, заправку теплоносителя в устройство можно осуществлять в полуавтоматическом режиме. Перед началом заправки необходимо перекрыть и открыть соответствующие краны. Во время заправки теплоносителя осуществляется его подача по всему замкнутому контуру, поэтому входной и выходной краны должны быть открыты. Теплоноситель (хладагент) будет поступать из подключенной емкости, заполнять внутренние рубашки цилиндров и холодильники компрессора и возвращаться, наполняя весь контур теплоносителя, включая теплообменники. После прохождения всего контура, теплоноситель (хладагент) скапливается в баке хладагента, повышая уровень. После достижения максимального уровня насос отключается автоматически.
Слив теплоносителя из устройства полезен в случае, когда нужно слить теплоноситель из компрессора для проведения сервисных или ремонтных работ. Он позволяет безопасно поместить теплоноситель в отдельную емкость, а после проведения работ закачать обратно в устройство. Перед началом слива теплоносителя из устройства необходимо перекрыть и открыть необходимые краны. Кран дыхательного клапана необходимо перевести в положение «Открыто» на все время работы режима слива.
Слив теплоносителя из бака необходим для быстрого слива теплоносителя из бака устройства при помощи основного насоса. Перед началом слива теплоносителя из системы необходимо перекрыть и открыть соответствующие краны.
Для пополнения уровня воды, необходимой для «Летнего режима», к устройству необходимо подключить напорную линию. Это может быть гибкий шланг, подключенный на летний период или постоянный трубопровод. Присоединение осуществляется через резьбовой разъем с внутренней резьбой G1''
При подготовке устройства к зимнему периоду необходимо провести ряд технических операций, в том числе осуществить продувку форсунок. Также продувка форсунок необходима в виде профилактики их засорения. Продувка форсунок осуществляется путем подачи сжатого воздуха (Pmax = 10 bar) в разъем устройства.
После подключения устройства к сетям, проводят первичную заправку теплоносителя и воды. Заправку водой осуществляют только в летний период при среднесуточной температуре выше +10°C. При низких температурах окружающего воздуха заливают только теплоноситель. В качестве теплоносителя могут быть использованы антифризы на базе гликолевых растворов различных марок. Желательно, но не ограничиваясь, использовать антифризы классов G11+ и G12.
Также устройство охлаждения содержит систему автоматизированного управления (САУ), элементы контроля и управления которой расположены в шкафу автоматики. Данная система предназначена для
дистанционного измерения текущих значений технологических параметров;
сигнализации отклонений технологических параметров от установленных пределов;
сигнализации состояния оборудования и запорной арматуры;
сигнализации срабатывания блокировок и защит;
автоматической блокировки и защиты технологического оборудования;
дистанционного управления исполнительными механизмами;
-взаимодействия со смежными и вышестоящими системами и уровнями управления.
В шкафу автоматики расположены панель оператора с экраном и кнопками (сенсорными/физическими) управления, различные индикаторы.
Помимо возможности полуавтоматического залива и слива жидкостей, в данном устройстве также предусмотрена возможность осуществления режима настройки компрессора. Он позволяет во время подготовки первого пуска компрессора правильно настроить потоки теплоносителя, проходящие через компрессор, обеспечив их равномерность. Перед пуском данного режима необходимо перевести все краны в соответствующее положение. Настройка осуществляется при помощи узлов контроля потока (УКП), которые устанавливаются на каждой «ветке» охлаждающего контура и состоят из индикатора потока и вентиля. Закручивая вентили на тех участках, где величина потока высокая и откручивая там, где величина потока низкая, необходимо добиться требуемого баланса.
Также может быть предусмотрен режим настройки форсунок. Данный режим необходим для настройки работы «Системы орошения» устройства, правильного факела распыления форсунок и давления в системе воды, а также режима распыления Распыления-Пауза. Настройку форсунок можно условно разделить на три составляющих:
1. Регулировка направления распыления.
2. Настройка давления воды в системе.
3. Настройка режима Распыл-Пауза.
Для регулировки направления распыления необходимо немного ослабить накидную гайку шарового крепления форсунки и выставить форсунку в нужное положение. Направление факела распыла должно быть строго по центру теплообменника. Затем накидную гайку закрутить, зафиксировав форсунку в нужном положении. Для настройки давления воды в системе необходимо немного закрутить вентиль, следя за давлением в системе по манометру, расположенному рядом.
Кроме того, может быть предусмотрен штатный режим. Штатный режим - это основной режим работы устройства. Запуск штатного режима может происходить в ручном режиме или в автоматическом - синхронно с запуском компрессора. Во время работы данного режима устройство следит за всеми основными параметрами системы охлаждения: давление, температура и уровень теплоносителя. Перед запуском устройства в штатном режиме необходимо перевести в краны в штатное положение. В первую очередь запускается насос теплоносителя (хладагента). Это необходимо для того, чтобы «перемешать» теплоноситель в устройстве и привести к общему температурному показателю. По истечении времени устройство оценивает температуру теплоносителя и плавно запускает вентиляторы и поддерживает заданную температуру теплоносителя, подстраиваясь под окружающую среду.
Также могут быть предусмотрены дополнительные режимы, такие как режим «Лето» и «Турбо-охлаждение». Режим «Лето» или режим «сухой градирни» можно подключить в том случае, когда температура окружающего воздуха поднимается выше допустимой температуры теплоносителя, подаваемой в компрессор. Этот режим позволяет охладить теплоноситель до температуры на 5-10°С ниже температуры окружающего воздуха за счет эндотермического эффекта. При высокой температуре окружающего воздуха такой режим повышает эффективность охлаждения. Турбо-охлаждение необходим для быстрого охлаждения компрессора в летний период, например для проведения срочного ремонта или обслуживания.
В обычных градирнях, в том числе, «закрытой» и «сухой» используется единый контур теплоносителя (воды) и для охлаждения и для орошения. Причем орошение происходит на постоянной круглогодичной основе. Из этого вытекают две проблемы: 1. Постоянный большой расход воды; 2. Вода в качестве теплоносителя причиняет значительный вред охлаждаемому оборудованию (коррозия, накипь, обледенение и т.д.), что в свою очередь ведет к дополнительным затратам.
Традиционно существуют две больших группы охлаждающих установок: градирни и драйкулеры. По сравнению с ними заявленное устройство имеет ряд преимуществ:
1. Энергоэффективность. Устройство расходует в среднем в 4-5 раз меньше электроэнергии на охлаждение. Достигается это гибридным режимом работы «сухой» и «мокрый» режим и регулировкой режима работы под условия окружающей среды.
2. Уменьшенные массогабаритные показатели. Достигается за счет высокоэффективных компактных теплообменников, небольших вентиляторов и насосов. Устройство может устанавливаться в непосредственной близости от охлаждаемого оборудования, что уменьшает издержки на обустройство.
3. Защита от коррозии и накипи. В устройстве используется антифриз в качестве теплоносителя, что предупреждает коррозию и образование накипи в рубашках охлаждаемого оборудования, продлевает срок его службы и уменьшает количество ремонтов и технического обслуживания.
4. Защита от промерзания. Актуальна для районов с холодным климатом. За счет использования антифриза в качестве теплоносителя, исчезает необходимость утепления трубопровода, обеспечения подогрева элементов трубопроводной обвязки. Уменьшается количество поломок и простоя оборудования в результате обледенения.