RU2142608C1

RU2142608C1 - Recuperation cooler

Info

Publication number: RU2142608C1
Application number: RU97110916/06A
Authority: RU
Inventors: Ю.В. Белоусов; И.Н. Журавлева; И.П. Пахомов
Original assignee: Закрытое акционерное общество "ГХТ" ("Газовая и холодильная техника")
Priority date: 1997-07-02
Filing date: 1997-07-02
Publication date: 1999-12-10

Abstract

FIELD: refrigerating engineering; systems with air as cooling agent and oil as medium to be cooled. SUBSTANCE: recuperation cooler has at least one section consisting of heat exchange surface and distributing and collecting manifolds for one medium adjoining the surface at opposite sides. Each manifold has operating branch pipes to let in and out medium (oil). Novelty is that each manifold has circulating branch pipe, and entire cooler has at least one bypass line with control shutoff member connected by one end to distributing manifold of one of sections, and by other end, to collecting manifold of one of sections and in case of single-section and in case of single-section cooler, to the same section. Branch pipes communicate through connecting pipelines forming, together with manifolds and bypass lines, a part of closed circuit of preliminary circulation of medium provided with external heat source. EFFECT: enhanced operating reliability at reduced consumption of energy at repeated starting under low temperature conditions of surrounding medium. 9 cl, 10 dwg

Description

Изобретение относится к холодильной технике, более конкретно к рекуперативным охладителям, и в частном случае к охладителям, применяемым в таких системах, в которых хладагентом является воздух, а охлаждаемой средой - масло. The invention relates to refrigeration, more particularly to regenerative chillers, and in particular to chillers used in such systems in which the refrigerant is air and the medium to be cooled is oil.

Особенно актуально данное изобретение для охладителей масла, работающих в зонах умеренного и холодного климата. This invention is especially relevant for oil coolers operating in temperate and cold climates.

Известны рекуперативные охладители, содержащие несколько секций, каждая из которых имеет поверхность теплообмена и примыкающие к ней с противоположных сторон раздающий и собирающий коллекторы для одной из сред, имеющие соответственно рабочие патрубки для входа и выхода среды (Техническое описание и инструкция по монтажу, эксплуатации и уходу за группой маслоохладителей зимнего исполнения типа 06-10, Будапешт, Институт энергетики, 1979, с.4-9 и чертеж 3421-Lk-1). Recuperative coolers are known that contain several sections, each of which has a heat exchange surface and distributing and collecting manifolds for one of the media adjacent to it from opposite sides, having respectively working nozzles for entering and leaving the medium (Technical description and installation, operation and maintenance instructions for a group of winter-type oil coolers type 06-10, Budapest, Institute of Energy, 1979, p. 4-9 and drawing 3421-Lk-1).

В данном охладителе все раздающие (а также собирающие) коллекторы объединены общим раздающим (собирающим) трубопроводом, а поверхность теплообмена выполнена трубчатой, при этом внутрь коллекторов введены электронагревательные элементы. In this cooler, all distributing (as well as collecting) collectors are combined by a common distributing (collecting) pipeline, and the heat exchange surface is made tubular, while electric heating elements are introduced into the collectors.

Осуществить запуск такого охладителя в условиях низких температур окружающей среды можно лишь при больших затратах электроэнергии, так как в указанном охладителе разогрев коллекторов ведут путем конвективного теплообмена между маслом, нагреваемом погруженными в него электронагревательными элементами, и корпусом коллектора, разогрев теплообменной поверхности - путем конвективного теплообмена между наружной поверхностью секций и горячим воздухом, подаваемым автономными вентиляторами через автономные электрокалориферы. При этом велики потери тепла в окружающую среду вследствие негерметичности охладителя и отсутствия на нем изоляции. Поэтому повышение эксплуатационной надежности с одновременным уменьшением расхода энергии при запуске охладителя в условиях низких температур окружающей среды не достигается. It is possible to start such a cooler at low ambient temperatures only at high energy costs, since in the specified cooler the collectors are heated by convective heat transfer between the oil heated by the electric heating elements immersed in it and the collector body, the heat-exchanging surface is heated by convective heat transfer between the outer surface of the sections and hot air supplied by autonomous fans through autonomous electric heaters. At the same time, heat losses to the environment are large due to the leakage of the cooler and the absence of insulation on it. Therefore, an increase in operational reliability with a simultaneous decrease in energy consumption when starting the cooler at low ambient temperatures is not achieved.

Известны также и рекуперативные охладители, содержащие по крайней мере одну секцию, состоящую из поверхности теплообмена и примыкающих к ней с противоположных сторон раздающего и собирающего коллекторов для одной из сред, имеющих соответственно рабочие патрубки для входа и выхода среды (Газовая промышленность, N 1, 1985, с.22-23). Recuperative coolers are also known, containing at least one section consisting of a heat exchange surface and adjacent to it from the opposite sides of the distributing and collecting manifolds for one of the media having, respectively, working nozzles for entering and leaving the medium (Gas Industry, N 1, 1985 , p.22-23).

Однако в этом охладителе отсутствуют средства, обеспечивающие в условиях запуска при низких температурах окружающей среды гарантированный прогрев теплообменных секций, что на практике приводит к возникновению термических ударов, к значительному повышению сопротивления масляной полости и соответственно давления масла вследствие резкого его охлаждения при поступлении в холодные секции; в результате имеют место случаи разгерметизации секций и выхода их из строя. Поэтому технический результат, достигаемый изобретением, - повышение эксплуатационной надежности с одновременным уменьшением расхода энергии при запуске охладителя в условиях низких температур окружающей среды - не достигается. However, in this cooler there are no means providing guaranteed warm-up of the heat-exchange sections under starting conditions at low ambient temperatures, which in practice leads to thermal shocks, to a significant increase in the resistance of the oil cavity and, accordingly, the oil pressure due to its sharp cooling when it enters the cold sections; as a result, there are cases of depressurization of sections and their failure. Therefore, the technical result achieved by the invention, the increase in operational reliability while reducing energy consumption when starting the cooler at low ambient temperatures, is not achieved.

По количеству общих признаков данный объект наиболее близок к изобретению и принят за прототип. By the number of common features, this object is closest to the invention and adopted as a prototype.

Задача изобретения - разработка конструкции рекуперативного охладителя, обеспечивающего его надежную работу с высоким ресурсом при необходимости его многократных запусков в условиях низкой температуры окружающей среды. The objective of the invention is the development of the design of a recuperative cooler, ensuring its reliable operation with a high resource if it is necessary to run it repeatedly in conditions of low ambient temperature.

Основной технический результат, достигаемый изобретением, - повышение эксплуатационной надежности с одновременным уменьшением расхода энергии при многократных запусках в условиях низких температур окружающей среды. The main technical result achieved by the invention is to increase operational reliability while reducing energy consumption during repeated starts in low ambient temperatures.

Дополнительный технический результат, достигаемый изобретением, - интенсификация процесса нагрева. An additional technical result achieved by the invention is the intensification of the heating process.

Основной технический результат достигается тем, что в рекуперативном охладителе, содержащем по крайней мере одну секцию, состоящую из поверхности теплообмена и примыкающих к ней с противоположных сторон раздающего и собирающего коллекторов для одной из сред, имеющих соответственно рабочие патрубки для входа и выхода среды, каждый коллектор секции дополнительно содержит циркуляционный патрубок, а весь охладитель снабжен по крайней мере одной байпасной линией с регулирующим запорным органом, подключенной одним концом к раздающему коллектору одной из секций, а другим концом - к собирающему коллектору также одной из секций. The main technical result is achieved by the fact that in a recuperative cooler containing at least one section, consisting of a heat exchange surface and adjacent to it from opposite sides of the distributing and collecting manifolds for one of the media, each having respectively working nozzles for entering and leaving the medium, each collector The section additionally contains a circulation pipe, and the entire cooler is equipped with at least one bypass line with a regulating shut-off element connected at one end to the distributing call to the projector of one of the sections, and the other end to the collecting collector of also one of the sections.

В частном случае этот же технический результат достигается тем, что одна из байпасных линий одним концом подсоединена к циркуляционному патрубку собирающего коллектора, а другим концом к циркуляционному патрубку раздающего коллектора; одна из байпасных линий одним концом подсоединена к циркуляционному патрубку раздающего коллектора, а другим концом к рабочему патрубку собирающего коллектора; одна из байпасных линий одним концом подсоединена к циркуляционному патрубку собирающего коллектора, а другим концом к рабочему патрубку раздающего коллектора; при этом эти патрубки сообщены посредством соединительных трубопроводов, образующих совместно с коллекторами и байпасными линиями часть замкнутого контура предварительной циркуляции среды, имеющего внешний источник тепла. In the particular case, the same technical result is achieved by the fact that one of the bypass lines is connected at one end to the circulation pipe of the collecting manifold, and at the other end to the circulation pipe of the distribution manifold; one of the bypass lines is connected at one end to the circulation pipe of the distribution manifold, and at the other end to the working pipe of the collecting manifold; one of the bypass lines is connected at one end to the circulation pipe of the collecting manifold, and at the other end to the working pipe of the distribution manifold; however, these pipes are communicated by means of connecting pipelines, which together with collectors and bypass lines form part of a closed circuit of the preliminary circulation of the medium having an external heat source.

Дополнительный технический результат достигается тем, что поверхность теплообмена выполнена в виде по крайней мере одного пластинчато-ребристого пакета из чередующихся плоских и гофрированных листов; пакеты снабжены плоскими электрическими нагревателями, при этом между смежными пакетами в секции предусмотрен зазор, и нагреватели установлены на внешних боковых стенках пакетов и в указанных зазорах. An additional technical result is achieved by the fact that the heat transfer surface is made in the form of at least one plate-ribbed package of alternating flat and corrugated sheets; the packages are equipped with flat electric heaters, while a gap is provided between adjacent packages in the section, and the heaters are installed on the outer side walls of the packages and in the indicated gaps.

Этот же результат в частных случаях достигается также тем, что по крайней мере один из коллекторов снабжен поверхностным электрическим нагревателем, спрофилированным по форме коллектора и установленным на его внешней поверхности; поверхностные электрические нагреватели выполнены в виде электропроводного элемента, состоящего из неметаллического греющего слоя, заключенного в полимерную оболочку. The same result in particular cases is also achieved by the fact that at least one of the collectors is equipped with a surface electric heater, profiled in the shape of a collector and mounted on its outer surface; surface electric heaters are made in the form of an electrically conductive element consisting of a non-metallic heating layer enclosed in a polymer shell.

На фиг.1 представлена схема замкнутого контура рабочей и предварительной циркуляции масла с описываемым рекуперативным охладителем. Figure 1 presents a diagram of a closed loop of the working and preliminary circulation of oil with the described recuperative cooler.

На фиг. 2 схематично представлен трехсекционный охладитель с одной байпасной линией, иллюстрирующий п.п. 2 и 3 формулы изобретения. In FIG. 2 schematically shows a three-section cooler with one bypass line, illustrating p.p. 2 and 3 of the claims.

На фиг. 3 - тот же охладитель, иллюстрирующий также п.п.2 и 3 формулы изобретения. In FIG. 3 - the same cooler, also illustrating claims 2 and 3 of the claims.

На фиг.4 схематично изображен двухсекционный охладитель с двумя байпасными линиями. Figure 4 schematically shows a two-section cooler with two bypass lines.

На фиг.5 схематично представлен четырехсекционный охладитель с четырьмя байпасными линиями. Figure 5 schematically shows a four-section cooler with four bypass lines.

На фиг. 6 изображена секция рекуперативного охладителя в аксонометрии, иллюстрирующая расположение поверхностных нагревателей на боковых стенках пакетов и на внешней поверхности коллекторов, рабочих и циркуляционных патрубков. In FIG. 6 shows a section of a regenerative cooler in a perspective view illustrating the location of surface heaters on the side walls of the bags and on the outer surface of the collectors, working and circulation pipes.

На фиг. 7 представлен в аксонометрии пластинчато-ребристый пакет секции охладителя. In FIG. 7 is a perspective view of a plate-fin package of a cooler section.

На фиг.8 изображен в аксонометрии коллектор охладителя с спрофилированным по форме корпуса коллектора поверхностным нагревателем. Fig. 8 shows a perspective view of a cooler collector with a surface heater profiled in the shape of the collector body.

На фиг.9 - сечение А-А фиг.8. In Fig.9 is a section aa of Fig.8.

На фиг.10 - сечение А-A фиг.6. Figure 10 is a section aa of figure 6.

Конструкция рекуперативного охладителя. Recuperative cooler design.

Рекуперативный охладитель содержит по крайней мере одну секцию 1 (см. фиг. 1). Охладитель может содержать несколько секций, в частности, дополнительно секции 2, 3 и 4 (см. фиг. 2, 3, 4, 5). Каждая секция имеет теплообменную поверхность 5, раздающий 6 и собирающий 7 коллекторы. В свою очередь раздающий коллектор 6 имеет рабочий патрубок 8 для входа среды и циркуляционный трубок 9, собирающий коллектор 7, соответственно, - рабочий патрубок 10 и циркуляционный 11. Охладитель имеет по крайней мере одну байпасную линию 12 с регулирующим запорным органом 13. Охладитель может иметь также несколько байпасных линий, в частности, дополнительно 14, 15 и 16 (см. фиг. 2, 3, 4, 5). Байпасная линия 12 присоединена одним концом к раздающему коллектору 6 одной из секций, а другим концом к собирающему коллектору 7 также одной из секций. При этом регулирующий запорный орган может быть выполнен в виде задвижки с ручным управлением, либо в виде регуляторов температуры различной конструкции, автоматически изменяющих расход масла через байпасную линию от нуля до максимального значения в зависимости от температуры масла. The recuperative cooler comprises at least one section 1 (see FIG. 1). The cooler may contain several sections, in particular, additional sections 2, 3 and 4 (see Fig. 2, 3, 4, 5). Each section has a heat exchange surface 5, distributing 6 and collecting 7 collectors. In turn, the distributing manifold 6 has a working pipe 8 for medium inlet and a circulation pipe 9 collecting collector 7, respectively, a working pipe 10 and circulating 11. The cooler has at least one bypass line 12 with an adjusting shut-off element 13. The cooler may have also several bypass lines, in particular, additionally 14, 15 and 16 (see Fig. 2, 3, 4, 5). The bypass line 12 is connected at one end to the distribution manifold 6 of one of the sections, and the other end to the collecting manifold 7 also of one of the sections. At the same time, the regulating shut-off element can be made in the form of a manually operated gate valve, or in the form of temperature controllers of various designs that automatically change the oil flow through the bypass line from zero to a maximum value depending on the oil temperature.

Описываемый рекуперативный охладитель (см.фиг.1) включен в систему охлаждения масла (или иной жидкой среды, склонной к загустению или замерзанию) до заданных рабочих температур с помощью воздуха, прокачиваемого вентиляторами (не показаны). Эта система содержит насос 17 и источник 18 тепла (в качестве источника могут быть подшипники газотурбинного двигателя, нагнетателя, компрессора и т.п.). Насос 17 магистралью 19 (через источник 18) соединен с рабочим патрубком 8 для входа масла в раздающий коллектор 6 и магистралью 20 с рабочим патрубком 10 собирающего коллектора 7 для выхода масла. The described recuperative cooler (see Fig. 1) is included in the oil cooling system (or other liquid medium prone to thickening or freezing) to the specified operating temperatures with the help of air pumped by fans (not shown). This system contains a pump 17 and a heat source 18 (the source may be bearings of a gas turbine engine, supercharger, compressor, etc.). The pump 17 line 19 (through the source 18) is connected to the working pipe 8 for oil inlet to the distributing manifold 6 and line 20 with the working pipe 10 of the collecting manifold 7 for oil exit.

При выполнении охладителя многосекционным он будет включен в аналогичную циркуляционную систему охладителя масла. Разница будет лишь в конкретных патрубках, к которым будут подключены магистрали 19 и 20. When performing a multi-section cooler, it will be included in a similar oil cooler circulation system. The difference will only be in specific pipes to which lines 19 and 20 will be connected.

Данная система имеет замкнутый контур предварительной циркуляции среды, включающий магистрали 19 и 20, источник 18 тепла, насос 17, коллекторы 6, 7 и байпасную линию 12. This system has a closed loop of the preliminary circulation of the medium, including lines 19 and 20, a source of heat 18, a pump 17, collectors 6, 7 and a bypass line 12.

Система имеет также замкнутый контур рабочей циркуляции среды, включающий магистрали 19 и 20, источник 18 тепла, насос 17, теплообменную поверхность 5, раздающий и собирающий коллекторы 6, 7. The system also has a closed loop of the working medium circulation, including lines 19 and 20, heat source 18, pump 17, heat exchange surface 5, distributing and collecting manifolds 6, 7.

Аналогичные контуры будут и при нескольких байпасных линиях. В многосекционных охладителях (см. фиг. 2, 3, 4 и 5) на одном из концов смежных коллекторов (либо раздающих 6, либо собирающих 7), обращенных один к другому, расположен рабочий патрубок (либо 8 - для входа среды, либо 10 - для выхода среды), а на другом конце смежного коллектора - циркуляционный 9 или 11. Рабочий и циркуляционный патрубки соединены посредством соединительных трубопроводов 21. Трубопроводы 21 совместно с коллекторами 6 и 7, и байпасными линиями 12, 14, 15 и 16 образуют части замкнутого контура предварительной циркуляции среды, имеющего внешний источник 18 тепла и насос 17. Эти же трубопроводы 21 с этими же коллекторами 6 и 7 совместно с теплообменной поверхностью 5 секций 1, 2, 3, 4 составляют часть замкнутого контура рабочей циркуляции среды, имеющего источник 18 тепла и насос 17. Similar circuits will be with several bypass lines. In multi-section coolers (see Figs. 2, 3, 4, and 5), at one end of adjacent collectors (either distributing 6 or collecting 7) facing one another, there is a working pipe (either 8 for entering the medium, or 10 - to exit the medium), and at the other end of the adjacent collector - circulation 9 or 11. The working and circulation pipes are connected by connecting piping 21. Piping 21 together with the collectors 6 and 7, and bypass lines 12, 14, 15 and 16 form parts of a closed the contour of the preliminary circulation of the medium having an external heat 18 and pump 17. The same pipelines 21 with the same collectors 6 and 7 together with the heat exchange surface 5 of sections 1, 2, 3, 4 form part of a closed loop of the working medium circulation, having a heat source 18 and pump 17.

Фиг. 1 и 2 иллюстрируют варианты, когда циркуляционные патрубки, к которым подключена байпасная линия, принадлежат одной и той же секции. На фиг. 3 иллюстрируется вариант, когда циркуляционный патрубок 9 раздающего коллектора 6 секции 3 соединен с циркуляционным патрубком 11 собирающего коллектора 7 секции 1. Возможен вариант охладителя с двумя байпасными линиями 12 и 14 (см.фиг.4), где байпасная линия 12 соединяет циркуляционный патрубок 11 собирающего коллектора 7 и рабочий патрубок 8 раздающего коллектора 6 секции 1, а байпасная линия 14 - циркуляционный патрубок 9 раздающего коллектора 6 и рабочий патрубок 10 собирающего коллектора 7 секции 2. Возможен также вариант четырехсекционного охладителя с четырьмя байпасными линиями 12, 14, 15 и 16 (см. фиг.5), где секции разбиты на две параллельные группы, каждая из которых состоит их двух секций. FIG. 1 and 2 illustrate options when the circulation pipes to which the bypass line is connected belong to the same section. In FIG. 3 illustrates the case when the circulation pipe 9 of the distributing collector 6 of section 3 is connected to the circulation pipe 11 of the collecting collector 7 of section 1. A cooler with two bypass lines 12 and 14 is possible (see Fig. 4), where the bypass line 12 connects the circulation pipe 11 the collecting manifold 7 and the working pipe 8 of the distributing collector 6 of section 1, and the bypass line 14 is the circulation pipe 9 of the distributing collector 6 and the working pipe 10 of the collecting collector 7 of section 2. A four-section cooling is also possible a boiler with four bypass lines 12, 14, 15 and 16 (see FIG. 5), where the sections are divided into two parallel groups, each of which consists of two sections.

Таким образом, раздающим и собирающим коллекторами, к циркуляционным патрубкам которых подсоединена байпасная линия, служат последний раздающий коллектор по ходу среды в замкнутом контуре предварительной циркуляции и либо собирающий коллектор этой же секции (см. фиг.2), либо собирающий коллектор секции, имеющей первый раздающий коллектор по ходу среды в замкнутом контуре предварительной циркуляции (см. фиг.3). Thus, the distributing and collecting manifolds, to the circulation pipes of which the bypass line is connected, are the last distributing collector along the medium in the closed preliminary circulation circuit and either collecting the collector of the same section (see Fig. 2) or collecting collector of the section having the first distributing collector along the medium in a closed loop of the preliminary circulation (see figure 3).

Секции 1, 2, 3 и 4 могут состоять как из одного пластинчато-ребристого пакета 22, так и из нескольких пакетов (см. фиг.6). Пакеты 22 снабжены поверхностными электрическими нагревателями 23, при этом нагреватели установлены как на внешних боковых стенках 26 пакетов 22, так и в зазорах 27, предусмотренных между пакетами секций. Tакие же нагреватели 33, но спрофилированные по форме коллектора могут быть установлены и на коллекторах 6, 7. Sections 1, 2, 3, and 4 may consist of either a single plate-ribbed packet 22, or several packets (see Fig.6). The bags 22 are equipped with surface electric heaters 23, while the heaters are installed both on the outer side walls 26 of the bags 22, and in the gaps 27 provided between the packages of sections. The same heaters 33, but profiled by the shape of the collector can be installed on the collectors 6, 7.

Поверхностные электрические нагреватели выполнены в виде электропроводного элемента, представляющего собой неметаллический греющий слой 24, заключенный в полимерную оболочку 25. Surface electric heaters are made in the form of an electrically conductive element, which is a non-metallic heating layer 24, enclosed in a polymer shell 25.

Как было показано выше, теплообменная поверхность 5 преимущественно выполнена в виде пластинчато-ребристого пакета (см. фиг.7) чередующихся плоских 28 и гофрированных 29 листов, образующих каналы 30 (масляные каналы) для охлаждаемой среды и каналы 31 (воздушные каналы) для охлаждающей среды (воздуха). As shown above, the heat exchange surface 5 is mainly made in the form of a plate-rib package (see Fig. 7) of alternating flat 28 and corrugated 29 sheets forming channels 30 (oil channels) for the medium to be cooled and channels 31 (air channels) for the cooling environment (air).

В этом случае рекуперативный охладитель выполнен, как правило, перекрестноточным, причем со стороны подачи второй среды (как правило, воздушной) коллекторов не имеет. In this case, the regenerative cooler is made, as a rule, cross-flow, and on the supply side of the second medium (usually air) has no collectors.

Возможны варианты выполнения рекуперативного охладителя трубчатым или иного известного типа. Материалом, из которого изготовлен охладитель, должен быть металл с высокой теплопроводностью, например алюминий, его сплавы и т. п. Embodiments of a recuperative tube cooler or other known type are possible. The material from which the cooler is made must be a metal with high thermal conductivity, for example aluminum, its alloys, etc.

Коллекторы рекуперативного охладителя могут быть либо собирающими, либо раздающими; в первом случае каждый коллектор имеет рабочий патрубок 10 для выхода среды, во втором случае - рабочий патрубок 8 для входа среды. Recuperative cooler collectors can either be collecting or distributing; in the first case, each collector has a working pipe 10 for medium output, in the second case, a working pipe 8 for medium input.

Собирающий коллектор 7, содержащий корпус 32 с рабочим патрубком 10 для выхода среды, имеет дополнительно циркуляционный патрубок 11, соединенный с байпасной линией или соединительным трубопроводом. При этом рабочий 10 и циркуляционный 11 патрубки расположены на противоположных концах коллектора 7. The collecting manifold 7, comprising a housing 32 with a working nozzle 10 for outputting the medium, has an additional circulation nozzle 11 connected to a bypass line or connecting pipe. In this case, the working 10 and circulating 11 nozzles are located at opposite ends of the collector 7.

Коллектор 7 снабжен нагревателем 33, выполненным в виде электропроводного элемента, спрофилированного по форме коллектора и установленного на его внешней поверхности (если такой нагреватель распрямить, то он будет аналогичен поверхностному нагревателю 23). Электропроводный элемент (см.фиг.9 и 10) имеет слой изоляции 34 и провода электропитания 35 (см.фиг.6) и выполнен в виде неметаллического греющего слоя 24, например, графитового, заключенного в полимерную оболочку 25. The collector 7 is equipped with a heater 33, made in the form of an electrically conductive element, profiled in the shape of a collector and mounted on its outer surface (if such a heater is straightened, it will be similar to a surface heater 23). The conductive element (see Figs. 9 and 10) has an insulation layer 34 and power supply wires 35 (see Fig. 6) and is made in the form of a non-metallic heating layer 24, for example, graphite, enclosed in a polymer sheath 25.

Раздающий коллектор 6 имеет такое же устройство, что и собирающий коллектор 7, и устанавливается с противоположной стороны теплообменной поверхности 5 (см.фиг.6). Distributing manifold 6 has the same device as the collecting manifold 7, and is installed on the opposite side of the heat exchange surface 5 (see figure 6).

Корпуса 32 коллекторов 6, 7 изготовлены из материала с высокой теплопроводностью, например, из алюминия. The housing 32 of the collectors 6, 7 are made of a material with high thermal conductivity, for example, aluminum.

На магистралях, ведущих к коллекторам, может быть также установлен аналогичный нагреватель 33. A similar heater 33 may also be installed on the lines leading to the collectors.

Работа рекуперативного охладителя
Масло, нагретое в подшипниках (источник 18 тепла) до t=60-120^oC, с помощью насоса 17 по магистрали 19 поступает в раздающий коллектор 6, затем на теплообменную поверхность 5, где охлаждается до заданной температуры, а затем в собирающий коллектор 7, откуда по магистрали 20 охлажденное масло с помощью насоса 17 возвращается к подшипникам (см.фиг.1). Охлаждающий воздух подают на теплообменную поверхность с помощью вентиляторов, регулируя производительность которых, добиваются нужного режима охлаждения. В зависимости от количества масла и иных производственных и теплотехнических условий рекуперативный охладитель может быть выполнен многосекционным. В этом случае (см. фиг.2, 3, 4, 5) сущность работы не претерпит изменений, и горячее масло будет прокачиваться через все теплообменные поверхности всех секций (последовательно или параллельно) и охлаждаться воздушным потоком.Recuperative Cooler Operation
The oil heated in bearings (heat source 18) to t = 60-120 ^o C, through a pump 17 through line 19 enters the distributing manifold 6, then to the heat exchange surface 5, where it is cooled to a predetermined temperature, and then to the collecting manifold 7 , from where, through line 20, the cooled oil is returned to the bearings using pump 17 (see figure 1). Cooling air is supplied to the heat exchange surface with the help of fans, by adjusting the performance of which they achieve the desired cooling mode. Depending on the amount of oil and other production and heating conditions, the recuperative cooler can be multi-sectional. In this case (see figure 2, 3, 4, 5), the essence of the work will not change, and the hot oil will be pumped through all the heat transfer surfaces of all sections (sequentially or in parallel) and cooled by the air flow.

В режиме запуска рекуперативный охладитель работает следующим образом. In startup mode, the regenerative cooler operates as follows.

Режим запуска начинается при неработающем газотурбинном двигателе или нагнетателе, когда температура масла равна 10-15^oC, а температура рекуперативного охладителя (его коллекторов, теплообменной поверхности), который находится вне помещения, может достигать минус 60^oC.The start mode starts with a non-working gas turbine engine or supercharger, when the oil temperature is 10-15 ^o C, and the temperature of the regenerative cooler (its collectors, heat exchange surface), which is located outdoors, can reach minus 60 ^o C.

В этом режиме описываемый способ предусматривает операцию предварительной циркуляции масла через все раздающие и собирающие коллекторы всех секций (см. фиг. 2, 3, 4, 5) в обход теплообменной поверхности или через собирающий и раздающий коллекторы одной секции (см. фиг.1) при односекционном выполнении охладителя, при этом после завершения предварительной циркуляции масла, последнее подают на теплообменную поверхность непосредственно из раздающих коллекторов секций охладителя. Эту операцию осуществляют с помощью байпасных линий с регулирующим запорным органом 13: при выполнении охладителя односекционным с помощью байпасной линии 12 (см.фиг.1), при выполнении охладителя многосекционным с помощью байпасных линий 12, 14, 15, 16 (см.фиг. 2, 3, 4, 5). In this mode, the described method involves the operation of preliminary circulation of oil through all distributing and collecting manifolds of all sections (see Fig. 2, 3, 4, 5) bypassing the heat exchange surface or through collecting and distributing manifolds of one section (see Fig. 1) with a single-section cooler, in this case, after completion of the preliminary oil circulation, the latter is fed to the heat exchange surface directly from the distributing sections of the cooler. This operation is carried out using bypass lines with a regulating locking element 13: when performing a single-section cooler using a bypass line 12 (see figure 1), when performing a multi-section cooler using bypass lines 12, 14, 15, 16 (see figure. 2, 3, 4, 5).

Режим запуска начинают с подвода тепла к наружным поверхностям секций охладителя путем кондуктивного нагрева. The start mode begins with the supply of heat to the outer surfaces of the sections of the cooler by conductive heating.

Кондуктивный нагрев в частных случаях начинают либо с подвода тепла непосредственно к коллекторам, либо к теплообменной поверхности секций, либо к тем и другим. При очень низких температурах окружающего воздуха ведут дополнительный кондуктивный нагрев путем подвода тепла к трубопроводам, ведущим к коллекторам секций охладителя. In particular cases, conductive heating begins either by supplying heat directly to the collectors, or to the heat exchange surface of the sections, or to both. At very low ambient temperatures, additional conductive heating is carried out by supplying heat to the pipelines leading to the collectors of the cooler sections.

Иначе говоря, режим запуска начинают с включения тех или иных нагревателей, при этом циркуляционный контур не включен (двигатель или нагнетатель не работают). Нагрев поверхности секций охладителя благодаря их выполнению из материалов с высокой теплопроводностью ведется интенсивно, и через некоторое время будет удовлетворяться условие t_п.с.=t_м.±20^oC, где t_п.с. - температура поверхности секций охладителя в градусах Цельсия; t_м. - температура масла в градусах Цельсия. На практике эта температура равна 10-15^oC, а температура самих нагревателей не превышает 100-130^oC.In other words, the start mode begins with the inclusion of certain heaters, while the circulation circuit is not turned on (engine or supercharger do not work). The surface heating of the cooler sections due to their implementation from materials with high thermal conductivity is carried out intensively, and after some time the condition t _ps will be satisfied = t _m. ± 20 ^o C, where t _p.s. - surface temperature of the cooler sections in degrees Celsius; t _m - oil temperature in degrees Celsius. In practice, this temperature is 10-15 ^o C, and the temperature of the heaters themselves does not exceed 100-130 ^o C.

После этого переходят к предварительной циркуляции масла, которую начинают одновременно с запуском двигателя или нагнетателя и выключением нагревателей 23 и 33. На практике эта операция осуществляется следующим образом. Регулирующий орган 13 на всех байпасных линиях 12, 14, 15, 16 устанавливают в положение "открыто", открывают заслонки (не показаны) на магистралях 19, 20, и масло, нагнетаемое насосом 17 через магистраль 19 и источник 18 тепла, поступает в рабочий патрубок 8 раздающего коллектора 6 секции 1 (см.фиг. 1) и далее, в обход теплообменной поверхности 5 (вследствие ее большого гидравлического сопротивления при пониженных температурах масла), направляется через циркуляционный патрубок 9 и байпасную линию 12 в циркуляционный патрубок 11 собирающего коллектора 7 и через рабочий патрубок 10 этого же коллектора и магистраль 20 возвращается к насосу 17. After that, they proceed to the preliminary circulation of the oil, which begins simultaneously with starting the engine or supercharger and turning off the heaters 23 and 33. In practice, this operation is carried out as follows. The regulator 13 on all bypass lines 12, 14, 15, 16 is set to the “open” position, the shutters (not shown) are opened on the lines 19, 20, and the oil pumped by the pump 17 through the line 19 and the heat source 18 enters the working the pipe 8 of the distributing collector 6 of section 1 (see FIG. 1) and further, bypassing the heat exchange surface 5 (due to its high hydraulic resistance at low oil temperatures), is sent through the circulation pipe 9 and the bypass line 12 to the circulation pipe 11 of the collecting manifold 7 and through operating pipe 10 of the manifold 20 and line 17 back to the pump.

В многосекционных охладителях масло в контуре предварительной циркуляции протекает в обход теплообменной поверхности 5 либо последовательно через все раздающие коллекторы 6, байпасную линию 12 и затем последовательно через все собирающие коллекторы 7 (см.фиг.2 и 3), либо поступает одновременно в раздающий 6 и собирающий 7 коллекторы одной секции, затем через такие же коллекторы другой секции (см.фиг. 4 и 5). In multi-section coolers, the oil in the preliminary circulation circuit bypasses the heat exchange surface 5 either sequentially through all the distributing manifolds 6, the bypass line 12 and then sequentially through all the collecting manifolds 7 (see figures 2 and 3), or it enters simultaneously into the distributing 6 and collecting 7 collectors of one section, then through the same collectors of another section (see Fig. 4 and 5).

Масло, циркулируя по контуру предварительной циркуляции, включающей источник 18 тепла, постепенно нагревается, также постепенно нагревая секции охладителя. По мере повышения температуры масла запорный орган 13 начинает постепенно закрываться, направляя все большую часть масла из раздающих коллекторов 6 на теплообменную поверхность 5. После достижения маслом температуры, равной примерно ее рабочему значению, регулирующий запорный орган 13 закрывается полностью и все масло из раздающих коллекторов 6 направляется на теплообменную поверхность 5 секций охладителя; тем самым прекращается предварительная циркуляция масла, и наступает рабочий режим. The oil, circulating along the preliminary circulation circuit, including the heat source 18, is gradually heated, while also gradually heating the cooler sections. As the oil temperature rises, the shut-off element 13 begins to close gradually, directing an increasing part of the oil from the distributing manifolds 6 to the heat exchange surface 5. After the oil reaches a temperature equal to approximately its operating value, the regulating shut-off element 13 is completely closed and all the oil from the distributing manifolds 6 sent to the heat exchange surface of 5 sections of the cooler; thereby stops the preliminary circulation of oil, and the operating mode.

При этом предусматривается вариант, по которому предварительную циркуляцию завершают ступенчато - вначале для одной группы секций, затем для другой (см. фиг.5). Этот прием осуществляют, например, путем установки регулирующих запорных органов в секциях 1, 2 на температуру 50+10^oC, а в секциях 3, 4 на температуру 60+10^oC.At the same time, an option is envisaged in which the preliminary circulation is completed stepwise - first for one group of sections, then for another (see figure 5). This technique is carried out, for example, by setting the regulating locking elements in sections 1, 2 at a temperature of 50 + 10 ^o C, and in sections 3, 4 at a temperature of 60 + 10 ^o C.

При этом работа коллекторов осуществляется следующим образом. Работа коллектора описана в частном варианте его применения в рекуперативном охладителе с пластинчато-ребристой поверхностью, когда охлаждаемой средой является масло, а охлаждающей - воздух, причем масло циркулирует по замкнутому контуру с источником тепла. Поскольку коллектор может быть раздающим, или собирающим, то описывается работа обоих коллекторов совместно (см.фиг. 1, 8 и 9). In this case, the work of the collectors is as follows. The operation of the collector is described in a particular embodiment of its use in a recuperative cooler with a plate-fin surface, when the medium to be cooled is oil and the cooling medium is air, and the oil circulates in a closed circuit with a heat source. Since the collector can be distributing, or collecting, the operation of both collectors together is described (see Fig. 1, 8 and 9).

В режиме использования коллектора при пуске рекуперативного охладителя в условиях низких температур окружающей среды включается нагреватель 33. Поскольку корпуса 32 коллекторов изготовлены из материала с высокой теплопроводностью, происходит их быстрый нагрев. При достижении температурой корпуса значения, близкого к температуре масла, последнее при включении насоса 17 подается в патрубок 8 раздающего коллектора, при этом запорный орган 13 байпасной линии находится в положении "открыто", а нагреватели 33 отключаются. Поступившее в патрубок 8 масло устремляется к циркуляционному патрубку 9, минуя теплообменную поверхность (т.к. последняя имеет повышенное гидравлическое сопротивление), затем проходит по байпасной линии 12 и через циркуляционный патрубок 11 поступает в собирающий коллектор 7, откуда через рабочий патрубок 10 к потребителю. Таким образом масло будет циркулировать вдоль коллекторов, увеличивая эффект их нагрева и естественно нагревая секции до заданной температуры, после чего запорный орган 13 постепенно закрывается, и коллекторы переходят на рабочий режим. In the mode of using the collector when starting the recuperative cooler at low ambient temperatures, the heater 33 is turned on. Since the collector bodies 32 are made of material with high thermal conductivity, they quickly heat up. When the temperature of the housing reaches a value close to the temperature of the oil, the latter, when the pump 17 is turned on, is fed into the nozzle 8 of the distribution manifold, while the shut-off element 13 of the bypass line is in the open position, and the heaters 33 are turned off. The oil received in the pipe 8 rushes to the circulation pipe 9, bypassing the heat exchange surface (since the latter has a high hydraulic resistance), then passes through the bypass line 12 and through the circulation pipe 11 enters the collecting manifold 7, from where through the working pipe 10 to the consumer . Thus, the oil will circulate along the reservoirs, increasing the effect of heating them and naturally heating the sections to a predetermined temperature, after which the shut-off element 13 gradually closes, and the reservoirs switch to the operating mode.

В рабочем режиме рекуперативный охладитель работает следующим образом. In operating mode, the regenerative cooler operates as follows.

Описывается вариант работы охладителя, когда охлаждаемой средой (подаваемой в коллекторы) является масло, а охлаждающей средой воздух, при этом байпасная линия подключена к циркуляционному контуру охлаждения подшипников газотурбинного двигателя или нагнетателя. A variant of the cooler operation is described when the cooled medium (supplied to the collectors) is oil and the cooling medium is air, while the bypass line is connected to the circulation cooling circuit of the bearings of a gas turbine engine or supercharger.

В рабочем режиме (регулирующий запорный орган 13 байпасных линий 12, 14, 15 и 16 закрыт) масло, нагнетаемое из маслобака (на фиг.1 не показан) насосом 17 через магистраль 19 подается в источник 18 тепла, которым являются подшипники газотурбинного двигателя или нагнетателя. Смазав и охладив подшипники и вобрав в себя тепло трения, нагретое масло направляется в рабочий патрубок 8 для входа среды раздающего коллектора 6 секции 1 односекционного рекуперативного охладителя (см.фиг. 1). Из раздающего коллектора 6 нагретое масло поступает на теплообменную поверхность 5 в масляные каналы 30, где охлаждается при прохождении по воздушным каналам 31 охлаждающего воздуха, прокачиваемого вентиляторами (на чертежах не показаны). Охлажденное масло поступает в собирающий коллектор 7 и через рабочий патрубок 10 для выхода среды и магистраль 20 (через маслобак) возвращается на всасывающий патрубок насоса 17. In operating mode (the regulating shut-off element 13 of the bypass lines 12, 14, 15 and 16 is closed), the oil pumped from the oil tank (not shown in Fig. 1) is pumped through the line 19 to the heat source 18, which are the bearings of a gas turbine engine or a supercharger, through the line 19 . Having lubricated and cooled the bearings and absorbed the heat of friction, the heated oil is sent to the working nozzle 8 for the inlet of the medium of the distributing collector 6 of section 1 of the single-section regenerative cooler (see Fig. 1). From the distributing manifold 6, the heated oil enters the heat exchange surface 5 into the oil channels 30, where it is cooled when cooling air passing through the air channels 31 is pumped by the fans (not shown in the drawings). The cooled oil enters the collecting manifold 7 and through the working pipe 10 to exit the medium and the line 20 (through the oil tank) returns to the suction pipe of the pump 17.

Возможны варианты схемы, когда источник 18 тепла расположен на магистрали 20 всасывающей линии насоса 17; при этом рабочий режим охлаждения масла остается таким же, как описано выше. Variants of the scheme are possible when the heat source 18 is located on the line 20 of the suction line of the pump 17; while the operating mode of cooling the oil remains the same as described above.

В многосекционном охладителе (см.фиг.2) масло, поступившее в раздающий коллектор 6 секции 1, разделяется на две части: одна часть, равная примерно 1/3 от всего расхода масла, поступает на теплообменную поверхность 5 секции 1, а вторая часть, равная примерно 2/3 расхода масла, через циркуляционный патрубок 9 и соединительный трубопровод 21 поступает в рабочий патрубок 8 раздающего коллектора 6 секции 2, где в свою очередь вновь разделяется на две части. Каждая из этих частей равна примерно 1/3 расхода масла; при этом одна часть поступает на теплообменную поверхность 5 секции 2, а вторая - через циркуляционный патрубок 9 раздающего коллектора 6 секции 2 и соединительный трубопровод 21 в рабочий патрубок 8 раздающего коллектора 6 секции 3. In a multi-section cooler (see Fig. 2), the oil entering the distribution manifold 6 of section 1 is divided into two parts: one part, equal to approximately 1/3 of the total oil flow, enters the heat exchange surface 5 of section 1, and the second part, equal to about 2/3 of the oil flow rate, through the circulation pipe 9 and the connecting pipe 21 enters the working pipe 8 of the distributing manifold 6 of section 2, where, in turn, it is again divided into two parts. Each of these parts is approximately 1/3 of the oil consumption; in this case, one part enters the heat exchange surface 5 of section 2, and the second through the circulation pipe 9 of the distributing collector 6 of section 2 and the connecting pipe 21 into the working pipe 8 of the distributing collector 6 of section 3.

Масло, охлажденное в секции 3, через собирающий коллектор 7 этой секции, рабочий патрубок 10 для выхода среды, соединительный трубопровод 21 и циркуляционный патрубок 11 поступает в собирающий коллектор 7 секции 2, где смешивается с маслом, охлажденным в секции 2, и далее через рабочий патрубок 10 для выхода среды, соединительный трубопровод 21 и циркуляционный патрубок 11 масло поступает в собирающий коллектор 7 секции 1, где соединяется с маслом, охлажденным в секции 1, и полный расход охлажденного масла через рабочий патрубок 10 раздающего коллектора 7 секции 1 направляется в магистраль 20 и далее к насосу 17. The oil cooled in section 3, through the collecting manifold 7 of this section, the working pipe 10 for the output of the medium, the connecting pipe 21 and the circulation pipe 11 enters the collecting manifold 7 of section 2, where it is mixed with the oil cooled in section 2, and then through the working the outlet pipe 10 for the medium, the connecting pipe 21 and the circulation pipe 11, the oil enters the collecting manifold 7 of section 1, where it is connected to the oil cooled in section 1, and the total flow rate of the cooled oil through the working pipe 10 of the distributing collector RA 7 section 1 is sent to the highway 20 and then to the pump 17.

Аналогичным образом работают в рабочем режиме и многосекционные охладители, схемы которых представлены на фиг. 3, 4 и 5. Общим будет являться последовательное или параллельное прохождение масла через теплообменные поверхности всех секций, минуя байпасные линии. Similarly, multi-section coolers operate in the operating mode, the schemes of which are presented in FIG. 3, 4 and 5. The common will be the serial or parallel passage of oil through the heat exchange surfaces of all sections, bypassing the bypass lines.

В рабочем режиме нагретое масло (преимущественно из циркуляционного контура, имеющего источник тепла) поступает в корпус 32 раздающего коллектора, а затем в каналы 30 теплообменной поверхности, где оно охлаждается воздушным потоком, проходящим по каналам 31. Охлажденное масло поступает в корпус 32 собирающего коллектора, а затем потребителю. В частном случае потребителем является источник тепла (например, подшипники паровой или газовой турбины). In the operating mode, the heated oil (mainly from the circulation circuit having a heat source) enters the housing 32 of the distribution manifold, and then into the channels 30 of the heat exchange surface, where it is cooled by the air flow passing through the channels 31. The cooled oil enters the housing 32 of the collecting manifold, and then to the consumer. In a particular case, the consumer is a heat source (for example, bearings of a steam or gas turbine).

В процессе данного режима нагреватели 33 отключены, регулирующий запорный орган 13 закрыт, и масло в байпасную линию 12 через циркуляционный патрубок 9 не поступает. During this mode, the heaters 33 are turned off, the regulating shut-off element 13 is closed, and oil does not enter the bypass line 12 through the circulation pipe 9.

Изобретение может найти широкое применение в климатических зонах с умеренным и холодным климатом там, где в холодное время года возможно загустение и даже замерзание масла в тот период, когда рекуперативный охладитель не работает. The invention can be widely used in climatic zones with temperate and cold climates where in the cold season thickening and even freezing of oil is possible during the period when the regenerative cooler is not working.

В настоящее время изготовлена опытная партия рекуперативных охладителей, сконструированных согласно данному изобретению и работающих в условиях зимних температур до минус 40^oC. Эти охладители прошли заводские и эксплуатационные испытания, которые подтвердили высокую эффективность охлаждения масла, а также эффективный и удобный запуск охладителя в холодное время года. Безаварийный срок работы таких охладителей предположительно должен быть равен 100 тыс. ч, однако в действительности может быть несколько меньшим из-за вентиляторов и регуляторов температуры, гарантийный срок службы которых может быть меньше, чем 100 тыс. ч. По сравнению с маслоохладителями-аналогами электрическая мощность, затраченная на предварительный разогрев перед пуском в холодное время года, уменьшилась в 10-12 раз.An experimental batch of recuperative coolers designed according to this invention and operating in winter temperatures up to minus 40 ^o C has been manufactured. These coolers passed factory and operational tests that confirmed the high efficiency of oil cooling, as well as an efficient and convenient start of the cooler in cold weather. of the year. The trouble-free life of such coolers is supposed to be equal to 100 thousand hours, but in reality it can be slightly less due to fans and temperature controllers, the warranty period of which can be less than 100 thousand hours. Compared to analog oil coolers the power spent on preheating before starting in the cold season decreased by 10-12 times.

В настоящее время осваивается серийное производство таких маслоохладителей. Currently, mass production of such oil coolers is being mastered.

Claims

1. A recuperative cooler containing at least one section, consisting of a heat exchange surface and adjacent to it from opposite sides of the distributing and collecting manifolds for one of the media, respectively having working nozzles for entering and leaving the medium, characterized in that each collector sections additionally contains a circulation pipe, and the entire cooler is equipped with at least one bypass line with a regulating shut-off element connected at one end to the distributing manifold of one of the sections, and the other their end towards the collection manifold as one of the sections.

2. The recuperative cooler according to claim 1, characterized in that at one end of the adjacent collectors facing one another, there is a working pipe, and at the other end of the adjacent collector is a circulation pipe, while these pipes are communicated through connecting pipelines forming together with collectors and bypass lines part of a closed loop of the preliminary circulation of the medium having an external heat source.

3. The recuperative cooler according to claim 1, characterized in that the bypass line is connected at one end to a circulating collecting collector and the other to a circulating branch pipe of a distributing collector.

4. The recuperative cooler according to claim 1, characterized in that one of the bypass lines is connected at one end to the circulation pipe of the distributing collector and the other to the working pipe of the collecting manifold.

5. The recuperative cooler according to claim 1, characterized in that one of the bypass lines is connected at one end to the circulation pipe of the collecting manifold and the other to the working pipe of the distributing collector.

6. The recuperative cooler according to claim 1, characterized in that the heat exchange surface is made in the form of at least one plate-fin package of alternating flat and corrugated sheets.

7. The recuperative cooler according to claim 1, characterized in that the packages are equipped with surface electric heaters, while a gap is provided between adjacent packages, and the heaters are installed on the outer side walls of the packages and in said gaps.

8. The recuperative cooler according to claim 1, characterized in that at least one collector is equipped with a surface electric heater, profiled in the shape of the collector and mounted on its outer surface.

9. The recuperative cooler according to claim 1, characterized in that the surface electric heaters are made in the form of an electrically conductive element consisting of a non-metallic heating layer enclosed in a polymer shell.