PL220962B1 - Układ chłodzenia - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest układ chłodzenia z samoczynną regulacją natężenia przepływu czynnika chłodzącego w zależności od temperatury tego czynnika lub temperatury zespołu chłodzonego przeznaczony do chłodzenia urządzeń, zwłaszcza maszyn górniczych wyposażonych w napędowe silniki elektryczne.

Znane są układy i systemy chłodzenia silników z wykorzystaniem wody lub powietrza jako czynników chłodzących. Do chłodzenia silników stosowane są również różne roztwory wodne, jak na przykład roztwory wody i glikolu zmieszane w różnych proporcjach. W maszynach górniczych, zwłaszcza kombajnach, w których zazwyczaj stosowane są otwarte wodne układy chłodzenia, woda po przejściu przez zespoły wymagające chłodzenia jest wydalana poza maszynę poprzez swobodny wypływ lub jest wykorzystywana do zasilania systemu zraszania pyłu powstającego w wyniku pracy maszyny. Napędowe silniki elektryczne maszyn górniczych chronione są ponadto przed nadmiernym wzrostem temperatury za pośrednictwem czujników temperatury. Czujniki te, w przypadku przekroczenia wartości dopuszczalnej temperatury, powodują przerwę w dostawie energii elektrycznej, a w konsekwencji zatrzymanie pracy silników maszyny.

Znany jest z opisu patentowego nr PL 150 618 układ chłodzenia silnika elektrycznego budowy zamkniętej. Układ według wynalazku ma wbudowany wewnętrzny, wirujący wymiennik ciepła wymuszający obieg powietrza wewnętrznego kanałami w wirniku i w stojanie oraz w przestrzeni wokół czół uzwojeń, a także zasysający poprzez otwory wejściowe powietrze z otoczenia, które następnie prowadzone jest przez poosiowe wewnętrzne kanały wentylacyjne wirnika i przez przestrzeń zamkniętą powierzchnią wymiennika ciepła i powierzchnią obudowy silnika do otworów wyjściowych w obudowie silnika. Szczeliny powietrza uniemożliwiają mieszanie się powietrza z otoczenia i powietrza wewnętrznego.

Inny, znany ze zgłoszenia nr PL 384 727, sposób odprowadzania ciepła z silnika, podczas działania, charakteryzuje się tym, że wymusza się obieg powietrza poprzez układ chłodzący zawierający korpus i co najmniej jeden kanał chłodzący mający otwór, który w przekroju poprzecznym ma kształt litery D. Układ chłodzenia zawiera ogólnie rurowy korpus usytuowany współosiowo z wałem obrotowym i posiadający co najmniej jeden kanał chłodzenia określający otwór o przekroju poprzecznym ogólnie w kształcie litery D. Kanał chłodzący układu chłodzenia ma ścianę ograniczającą otwór, opartą na korpusie, przy czym ściana zawiera część powierzchni łukowej i część powierzchni niełukowej, które razem ograniczają otwór.

Jeszcze inny sposób i urządzenie do chłodzenia wyrobu za pomocą skroplonego gazu jest znane z opisu patentowego nr PL 178 704. W rozwiązaniu tym czynnik chłodzący, korzystnie w postaci ciekłej lub gazowej jest zmuszany do przechodzenia przez przynajmniej jeden wymiennik ciepła. Skroplony gaz jest odparowywany w parownikowym wymienniku ciepła, po czym jest doprowadzany do wymiennika ciepła chłodzenia w celu ochłodzenia produktu. Gaz ogrzany przez produkt w wymienniku ciepła chłodzenia produktu zostaje następnie zawrócony do parownikowego wymiennika ciepła w celu odparowania w nim skroplonego gazu.

Znane jest również z zgłoszenia nr PL 383 692 rozwiązanie, gdzie w systemie zraszania i chłodzenia górniczego kombajnu ścianowego zastosowano mieszaninę powietrzno-wodną, która przed dostarczeniem jej do dysz zraszających spełnia rolę czynnika chłodzącego, przepływając przez chłodnice kombajnu, na przykład chłodnice silników elektrycznych, oleju lub przekładni zębatych. W tym rozwiązaniu woda i sprężone powietrze mieszane są poza maszyną, czasami nawet poza wyrobiskiem, przed dostarczeniem mieszaniny do systemu chłodzenia i zraszania. W razie potrzeby istnieje także możliwość dodatkowego wielokrotnego mieszania mieszaniny powietrzno-wodnej na kombajnie, poprzez rozdział i łączenie strumieni tej mieszaniny przed przepływem przez chłodnice i dostarczeniem jej do dysz zraszających.

Także znane są z polskiego opisu patentowego PL 191 242 sposób i układ chłodzenia stojana i/lub wirnika generatora elektrycznego, w którym czynnik chłodzący prowadzi się przez kanały chłodzące stojana i/lub wirnika i dalej przez obieg chłodzenia z co najmniej jedną chłodnicą z wejściem czynnika chłodzącego. Ochłodzony czynnik chłodzący doprowadzany jest z powrotem do generatora. W obiegu dla ograniczenia wzrostu przewodności elektrycznej czynnika chłodzącego ponad wartość maksymalną, uzupełnia się czynnik chłodzący w obiegu chłodzenia świeżym czynnikiem chłodzącym, o niższej przewodności elektrycznej niż czynnik znajdujący się w obiegu.

PL 220 962 B1

Jeszcze inne rozwiązanie urządzenia do regulacji wydajności chłodzenia urządzenia chłodzącego jest znane z opisu polskiego wynalazku PL 201 179. W rozwiązaniu tym wydajność pompy podającej czynnik chłodzący jest samoczynnie regulowana w zależności od wielkości chłodzonej końcówki urządzenia spawalniczego, a sterowanie jej odbywa się w oparciu o pomiar wielkości geometrycznych charakterystycznych dla tego urządzenia.

Wszystkie przedstawione znane rozwiązania chłodzenia, poza przedstawionymi w wynalazkach PL 191 242 i PL 201 179, nie posiadają w ogóle możliwości samoczynnego dostosowania intensywności chłodzenia (dostosowania wielkości natężenia przepływu czynnika chłodzącego) w zależności od temperatury występującej w układzie chłodzenia. Natomiast regulacja wydajności chłodzenia przedstawiona w wynalazkach PL 191 242 i PL 201 179 nie jest uzależniona od najwłaściwszego wskaźnika skuteczności chłodzenia jakim jest wielkość temperatury czynnika chłodzącego lub chłodzonego obiektu po dokonaniu procesu chłodzenia. Prowadzi to, w przypadku przekroczenia granicznych wielkości temperatur, do niepotrzebnych wyłączeń urządzenia i uciążliwych przerw w jego pracy, wpływających negatywnie na jego efektywność.

Zgodnie z wynalazkiem układ chłodzenia urządzeń, zwłaszcza maszyn górniczych, wyposażonych w napędowe silniki elektryczne posiada czujniki temperatury włączone w obieg sterowania maszyny, w tym co najmniej jeden czujnik temperatury chłodzącego czynnika, korzystnie umieszczony na jego wypływie z chłodnicy i/lub co najmniej jeden czujnik temperatury chłodzonego zespołu.

Istota wynalazku polega na tym, że każdy z czujników temperatury chłodzącego czynnika i/lub czujników temperatury chłodzonego zespołu jest połączony poprzez elektryczny sterowniczy obwód z urządzeniem regulującym dopływ czynnika chłodzącego do układu, umieszczonym na drodze/drogach dopływu chłodzącego czynnika do chłodnic chłodzonych zespołów.

Korzystnie jest, gdy układ chłodzenia ma na drodze/drogach dopływu chłodzącego czynnika do chłodnic chłodzonych zespołów usytuowany sterujący regulowany elektrohydrauliczny zawór/zawory.

W innym rozwiązaniu układ chłodzenia ma na drodze/drogach dopływu chłodzącego czynnika do chłodnic chłodzonych zespołów pompę/pompy o regulowanej wydajności.

W jeszcze innym rozwiązaniu układ chłodzenia ma drogę/drogi dopływu chłodzącego czynnika do chłodnic chłodzonych zespołów z sterującym regulowanym elektrohydraulicznym zaworem/zaworami oraz drogę/drogi dopływu chłodzącego czynnika do chłodnic chłodzonych zespołów z pompą/pompami o regulowanej wydajności.

Przedmiot wynalazku przedstawiono w przykładowych wykonaniach układu chłodzenia dwu silników na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat hydrauliczny układu chłodzenia silników chłodzonych jednym czynnikiem, którego wydajność sterowana jest zaworem elektrohydraulicznym, fig. 2 pokazuje schemat hydrauliczny chłodzenia silników za pomocą mieszaniny dwu czynników, gdzie wydajność mieszaniny sterowana jest zaworem elektrohydraulicznym, fig. 3 przedstawia układ chłodzenia dwuczynnikową mieszaniną, gdzie występuje sterowanie wydajnością każdego ze składników czynnika chłodzącego, a fig. 4 pokazuje jeszcze inny układ dwuczynnikowego chłodzenia, gdzie wydajność jednego ze składników czynnika chłodzącego sterowana jest za pomocą zaworu elektrohydraulicznego, a wydajność drugiego składnika czynnika sterowana jest poprzez zmianę wydajności pompy tłoczącej ten składnik do układu.

W rozwiązaniu przedstawionym na fig. 1 rysunku czynnik chłodzący, na przykład woda, doprowadzany do układu chłodzenia przewodem 1a przepływa przez regulowany elektrohydrauliczny zawór 2, skąd kierowany jest do chłodnic 3 chłodzonych zespołów 5 - silników. Na wypływie czynnika z każdej chłodnicy 3 zabudowany jest czujnik temperatury 4. Również każdy chłodzony silnik wyposażony jest w czujnik temperatury 6. Wszystkie czujniki temperatury 4 i 6 połączone są za pośrednictwem elektrycznego obwodu sterowniczego 7 z regulowanym elektrohydraulicznym zaworem 2. Czynnik chłodzący, po schłodzeniu silników wypływa przewodem 8, skąd kierowany jest do zasilania systemu zraszania maszyny lub następuje jego swobodny wylew poza maszynę.

Działanie przedstawionego na fig. 1 układu chłodzenia przedstawia się następująco. Wraz ze wzrostem temperatury powyżej wartości dopuszczalnej w czynniku chłodzącym na wypływie z którejkolwiek z chłodnic 3, bądź też wzrostem temperatury powyżej wartości dopuszczalnej któregokolwiek z silników następuje przekazanie sygnału z czujnika temperatury 4 lub 6 do regulowanego elektrohydraulicznego zaworu 2, powodując jego przesterowanie w kierunku wzrostu natężenia przepływu czynnika chłodzącego. Z chwilą osiągnięcia we wszystkich punktach kontrolowanych czujnikami właściwej temperatury, regulowany elektrohydrauliczny zawór 2 powraca samoczynnie do położenia nominalnego natężenia przepływu czynnika chłodzącego.

PL 220 962 B1

W rozwiązaniu przedstawionym na fig. 2 składniki czynnika chłodzącego, na przykład sprężone powietrze i woda doprowadzane są do układu dwoma przewodami 1a dla wody i 1b dla sprężonego powietrza, a regulowany elektrohydrauliczny zawór zabudowany jest na zasilającym układ przewodzie 1c, którym płynie już jako czynnik chłodzący mieszanina powietrzno-wodna. Działanie układu jest analogiczne jak układu przedstawionego na fig. 1.

W rozwiązaniu przedstawionym na fig. 3 regulowane elektrohydrauliczne zawory 2 zabudowane są na dopływowych przewodach 1a i 1b obydwu składników, z których powstaje mieszanina chłodząca.

W rozwiązaniu przedstawionym na fig. 4 wszystkie czujniki temperatury 4 i 6 połączone są elektrycznym sterowniczym obwodem 7 z pompą 9 o zmiennej wydajności, tłoczącą wodę do układu chłodzenia, oraz z elektrohydraulicznym zaworem 2, zabudowanym na dopływie sprężonego powietrza. W tym przypadku działanie układu polega na tym, że impulsy czujników temperatury 4 i 6 przekazywane są zarówno do pompy 9 powodując zmianę wydajności tłoczonej wody, jak i do sterowanego elektrohydraulicznego zaworu 2 powodując jego przesterowanie i zmianę natężenia przepływu sprężonego powietrza.

Układ według wynalazku znajduje zastosowanie do chłodzenia nie tylko silników elektrycznych lub spalinowych, ale także chłodzenia innych zespołów maszyn takich jak: zbiorniki oleju i olejowe napędy hydrauliczne oraz przekładnie zębate. Także liczba czujników temperatury układu może być ograniczona tylko do czujnika/czujników temperatury czynnika chłodzącego, bądź też do czujnika/czujników temperatury chłodzonego zespołu. Może także być w układzie zastosowany mieszany zestaw czujników, dla jednego chłodzonego zespołu czujnik/czujniki temperatury czynnika chłodzącego dla innego chłodzonego zespołu czujnik/czujniki temperatury tego zespołu.

Rozwiązanie według wynalazku daje dwie możliwości sterowania natężeniem przepływu czynnika/czynników chłodzących poprzez impulsy przesyłane z czujników temperatury, a mianowicie: sterowanie zaworem elektrohydraulicznym umieszczonym na drodze dopływu czynnika chłodzącego lub składnika/składników czynnika chłodzącego oraz sterowanie poprzez zmianę wydajności pompy/pomp tłoczących składniki czynnika chłodzącego lub podającej czynnik chłodzący do układu chłodzenia.

Układ chłodzenia według wynalazku może funkcjonować nie tylko, jak to pokazano w przykładowym wykonaniu na rysunku, w obiegu otwartym, ale także może działać jako układ zamknięty, gdzie czynnik chłodzący po przejściu przez zespoły chłodzone zostaje z powrotem skierowany do przewodu dopływowego układu.

Claims (4)

1. Układ chłodzenia urządzeń, zwłaszcza maszyn górniczych, wyposażonych w napędowe silniki elektryczne, posiadający czujniki temperatury włączone w obieg sterowania maszyny, w tym co najmniej jeden czujnik temperatury chłodzącego czynnika, korzystnie umieszczony na jego wypływie z chłodnicy i/lub co najmniej jeden czujnik temperatury chłodzonego zespołu, znamienny tym, że każdy z czujników (4) temperatury chłodzącego czynnika i/lub czujników (6) temperatury chłodzonego zespołu (5) jest połączony poprzez elektryczny sterowniczy obwód (7) z urządzeniem regulującym dopływ czynnika chłodzącego do układu, umieszczonym na drodze/drogach dopływu chłodzącego czynnika do chłodnic (3) chłodzonych zespołów (5).

2. Układ chłodzenia według zastrz. 1, znamienny tym, że ma na drodze/drogach dopływu chłodzącego czynnika do chłodnic (3) chłodzonych zespołów (5) usytuowany sterujący regulowany elektrohydrauliczny zawór/zawory (2).

3. Układ chłodzenia według zastrz. 1, znamienny tym, że ma na drodze/drogach dopływu chłodzącego czynnika do chłodnic (3) chłodzonych zespołów (5) usytuowaną pompę/pompy (9) o regulowanej wydajności.

4. Układ chłodzenia według zastrz. 1, znamienny tym, że ma drogę/drogi dopływu chłodzącego czynnika do chłodnic (3) chłodzonych zespołów (5) z sterującym regulowanym elektrohydraulicznym zaworem/zaworami (2) oraz drogę/drogi dopływu chłodzącego czynnika do chłodnic (3) chłodzonych zespołów (5) z pompą/pompami (9) o regulowanej wydajności.