RU2151847C1 - Method and device for thermostating of pneumatic structure - Google Patents
Method and device for thermostating of pneumatic structure Download PDFInfo
- Publication number
- RU2151847C1 RU2151847C1 RU99119042/03A RU99119042A RU2151847C1 RU 2151847 C1 RU2151847 C1 RU 2151847C1 RU 99119042/03 A RU99119042/03 A RU 99119042/03A RU 99119042 A RU99119042 A RU 99119042A RU 2151847 C1 RU2151847 C1 RU 2151847C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pneumatic
- arches
- external
- isothermal
- air
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к пневматическим строительным конструкциям, используемым в качестве производственных, служебных и временных жилых помещений, в частности для мобильных пневмохолодильников. The invention relates to pneumatic building structures used as industrial, office and temporary residential premises, in particular for mobile pneumatic refrigerators.
Известен способ термостатирования двухслойного пневматического сооружения, включающего нагнетание воздуха в эксплуатируемые объемы сооружения и в воздушную прослойку между оболочками и охлаждение стен циркулирующим в сооружении воздухом. Способ позволяет уменьшить радиационный нагрев в рабочей зоне пневмосооружения /1/. A known method of thermostating a two-layer pneumatic structure, including pumping air into the operating volumes of the structure and into the air gap between the shells and cooling the walls with circulating air in the structure. The method allows to reduce radiation heating in the working area of pneumatic construction / 1 /.
Недостатком известного способа является его невысокая эффективность из-за использования наружного воздуха для создания воздушной прослойки и для нагнетания его внутрь сооружения. The disadvantage of this method is its low efficiency due to the use of external air to create an air gap and for pumping it inside the structure.
Для осуществления указанного способа служит двухслойное пневматическое сооружение, содержащее компрессор и воздуховоды, обеспечивающие подвод воздуха от компрессора в эксплуатируемые объемы и в воздушную прослойку между слоями сооружения /1/. To implement this method, a two-layer pneumatic structure is used, containing a compressor and air ducts providing air supply from the compressor to the operating volumes and to the air gap between the layers of the structure / 1 /.
Однако известное двухслойное сооружение не обеспечивает поддержание требуемого температурного режима внутри сооружения из-за использования наружного воздуха. However, the known two-layer structure does not provide the maintenance of the required temperature regime inside the structure due to the use of outside air.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности является способ охлаждения пневматического сооружения, включающий подачу и охлаждение сжатого в компрессоре воздуха в последовательно установленных теплообменниках и расширение во внешнем и внутреннем турбодетандерах, причем часть воздуха от компрессора, в соотношении К=2.0...2.4, отбирают после первого теплоообменника, расширяют во внешнем турбодетандере до давления, равного Pв = 70. ..101 кПа и подают в крайние секции и во внутренние межслойные полости стенок пневмосооружения, оставшуюся часть воздуха охлаждают во втором теплообменнике, расширяют во внутреннем турбодетандере до давления, равного Pн=101.15...112 кПа, направляют в центральные части сооружения, затем подают в крайние секции, смешивают с первоначально отобранной частью воздуха и возвращают на вход компрессора. Поток после внешнего турбодетандера эксгаустируют воздухом, отбираемым после компрессора /2/.Closest to the proposed invention in technical essence is a method of cooling a pneumatic structure, comprising supplying and cooling compressed air in a compressor in successively installed heat exchangers and expansion in an external and internal turbine expander, the part of the air from the compressor, in the ratio K = 2.0 ... 2.4, taken after the first heat exchanger, expanded in an external turboexpander to a pressure equal to P in = 70. ..101 kPa and served in the extreme sections and in the inner interlayer cavity of the walls of the pneumatic seat The remaining part of the air is cooled in a second heat exchanger, expanded in an internal turboexpander to a pressure equal to P n = 101.15 ... 112 kPa, sent to the central parts of the structure, then fed to the extreme sections, mixed with the initially selected part of the air and returned to the inlet compressor. The stream after the external turboexpander is exhusted with air taken after the compressor / 2 /.
Недостатком известного способа является высокая деформативность пневмосооружения, вызванная значительными перепадами внутреннего давления от избыточного до вакуумного в полостях пневмосооружения. The disadvantage of this method is the high deformability of the pneumatic construction, caused by significant differences in internal pressure from excess to vacuum in the cavities of the pneumatic construction.
Для осуществления указанного способа служит многослойное пневматическое сооружение, содержащее компрессор и воздуховоды, внешний и внутренний турбодетандеры, первый и второй теплообменники, причем сооружение выполнено многосекционным, центральные секции пневматически соединены с одной стороны с внутренним турбодетандером, с другой - с крайними секциями, снабженными шлюзами и пневматически связанными с одной стороны с внешним турбодетандером, а с другой - через первый теплообменник с компрессором, причем стены сооружения выполнены в виде нескольких слоев мягких оболочек, закрепленных на одно- или многоярусных каркасах, пневматически связанных с компрессором и каждый ярус состоит из набора арок и связующих балок, причем наружные оболочки присоединены стяжками снаружи каждого яруса пневмокаркаса, а средние и внутренние оболочки, покрывающие каждый ярус пневмокаркаса, образуют межслойные полости, пневматически связанные между собой и с каркасированным воздуховодом, соединяющим внешний турбодетандер с крайними секциями. Кроме того, пневмосооружение снабжено дополнительными теплообменниками, установленными между компрессором и перепускным клапаном, пневматически связанным с первым теплообменником и эжекторами, установленными в выходных сечениях каркасированных воздуховодов и пневматически связанных с компрессором /2/. To implement this method, a multilayer pneumatic structure is used, containing a compressor and air ducts, an external and internal turboexpander, the first and second heat exchangers, the structure being multi-sectional, the central sections are pneumatically connected on the one hand to the internal turbo-expander, and on the other, to the extreme sections equipped with gateways and pneumatically connected on the one hand with an external turboexpander, and on the other through the first heat exchanger with a compressor, and the walls of the structure are made in in the form of several layers of soft shells, mounted on one- or multi-tier frames, pneumatically connected to the compressor, and each tier consists of a set of arches and connecting beams, the outer shells being connected by screeds outside each tier of the pneumatic frame, and the middle and inner shells covering each tier of the pneumatic frame, form interlayer cavities pneumatically connected with each other and with a framed duct connecting an external turboexpander with extreme sections. In addition, the pneumatic construction is equipped with additional heat exchangers installed between the compressor and the bypass valve, pneumatically connected to the first heat exchanger and ejectors installed in the outlet sections of the frame ducts and pneumatically connected to the compressor / 2 /.
Однако известное изотермическое сооружение не обеспечивает сохранность проектной формы на переходных режимах эксплуатации или требует применения высоких давлений наддува каркаса пневмосооружения, а эжектор не может развить требуемый уровень разряжения в межслойных полостях сооружения. However, the well-known isothermal structure does not ensure the preservation of the design form in transient operating modes or requires the use of high pressurization of the pneumatic structure framework, and the ejector cannot develop the required level of vacuum in the interlayer cavities of the structure.
Известное изотермическое пневмосооружение требует введения в межслойные полости по условиям теплоизоляции вакуумных давлений. При этом значительный по величине и обратный по направлению к атмосферному перепад давлений можно обеспечить только путем ужесточения пневмокаркаса сооружения, с помощью повышения в нем внутреннего давления. Однако такой способ требует значительных энергетических затрат, а также применения высокопрочных и, как правило, дорогостоящих тканых материалов, обладающих большой удельной массой. Known isothermal pneumatic construction requires the introduction of interlayer cavities under the conditions of thermal insulation of vacuum pressures. At the same time, a significant in magnitude and opposite to the atmospheric pressure difference can be achieved only by tightening the pneumatic frame of the structure, by increasing the internal pressure in it. However, this method requires significant energy costs, as well as the use of high-strength and, as a rule, expensive woven materials with a large specific gravity.
В данном изобретении предлагается способ удержания значительного обратного перепада давления (разрежения) с помощью размещения в определенной последовательности (профилирования), ненагруженных (раскройной формы) круговых пневмобалок сооружения, т.е. путем введения пневмобалок с переразмеренной по определенному закону раскройной формой, зависящей от формы проектной образующей сооружения. Тогда в рабочем состоянии, т.е. при формировании в межслойной полости разрежения, необходимого по условию теплоизоляции, пневмоконструкция принимает заданную проектную форму. Однако в экстренных случаях эксплуатации возможна частичная или полная разгерметизация вакуумной межслойной полости, при которой пневмосооружение теряет вакуумное давление и принимает нерасчетную форму. Для устранения отмеченного явления в предлагаемом способе вводится операция рифления пневмосооружения рифами заданной длины, которые будут обеспечивать стабильность проектной формы сооружения на всех режимах работы. The present invention proposes a method of holding a significant reverse pressure drop (vacuum) by placing in a certain sequence (profiling), unloaded (cutting form) circular pneumatic beams of the structure, i.e. by introducing pneumatic beams with a cut-out shape that is re-sized according to a certain law, depending on the shape of the design forming structure. Then in working condition, i.e. when forming in the interlayer cavity the vacuum required by the condition of thermal insulation, the pneumoconstruction takes a given design form. However, in emergency cases of operation, partial or complete depressurization of the vacuum interlayer cavity is possible, in which the pneumatic construction loses vacuum pressure and takes an off-design form. To eliminate the noted phenomenon in the proposed method, an operation of corrugating the pneumatic construction with reefs of a given length is introduced, which will ensure the stability of the design form of the structure in all operating modes.
Введение вакуумных слоев в пневмосооружении привело к необходимости формирования в сооружении, исходя из условий его работы, нескольких слоев (внешнего, силового, эксплуатационного), названных функциональными. Причем понятие функциональный слой подразумевает исполнение его в виде отдельных оболочек или нескольких, но выполняющих одну и ту же роль. The introduction of vacuum layers in pneumatic construction made it necessary to form several layers (external, power, operational), called functional, in the structure, based on the conditions of its operation. Moreover, the concept of a functional layer implies its execution in the form of separate shells or several, but fulfilling the same role.
Технический результат изобретения - создание экономичным способом проектной формы изотермического пневмосооружения, стабильной на всех режимах эксплуатации. The technical result of the invention is the creation in an economical way of the design form of isothermal pneumatic construction, stable in all operating modes.
Для достижения технического результата в способе термостатирования пневматического сооружения, включающем подачу сжатого в компрессоре воздуха в межслойные полости и в эксплуатируемые секции, охлаждение в последовательно установленных теплообменниках и расширение во внешнем и внутреннем турбодетандерах, причем часть воздуха от компрессора отбирают после первого теплоообменника, расширяют во внешнем турбодетандере и подают в крайние секции и во внутренние межслойные полости стенок пневмосооружения, остальную часть воздуха охлаждают во втором теплообменнике, расширяют во внутреннем турбодетандере, направляют в центральные секции сооружения, подают в крайние секции, смешивают с первоначально отобранной частью воздуха и возвращают на вход компрессора, согласно изобретению вводят функциональные слои в стены сооружения, задают переразмеренную раскройную форму внешнему слою пневмосооружения, нагружают избыточным и вакуумным давлениями воздуха до заданной проектной формы и рифуют слои. To achieve a technical result in a method of thermostatic control of a pneumatic structure, which includes supplying compressed air to the compressor in the interlayer cavities and in the operating sections, cooling in successively installed heat exchangers and expansion in the external and internal turbine expanders, and part of the air from the compressor is taken after the first heat exchanger, expanded in the external turboexpander and serves in the extreme sections and in the internal interlayer cavities of the walls of the pneumatic construction, the rest of the air is cooled they are placed in the second heat exchanger, expanded in the internal turbine expander, sent to the central sections of the structure, fed to the extreme sections, mixed with the initially selected part of the air and returned to the compressor inlet, according to the invention, functional layers are introduced into the walls of the structure, the oversized cutting shape is set by the external layer of the pneumatic construction, they are loaded with excess and vacuum air pressures to a predetermined design form and the layers are reefed.
При этом часть воздуха расширяют во внешнем турбодетандере до давления ниже атмосферного (равного Pн = 50-101 кПа), а во внутреннем турбодетандере до давления выше атмосферного (равного PВ = 101.15...115 кПа). Поток после внешнего турбодетандера эксгаустируют воздухом, забираемым во входном устройстве компрессора. Задают переразмеренную раскройную форму внешнего слоя сооружения по оптимальному закону, который обеспечивает получение проектной формы при нагружении заданными давлениями в межслойных полостях и секциях. Причем заданную форму пневмосооружения обеспечивают затяжкой раскройной формы внешнего слоя поперечными рифами и осевой затяжкой раскройной формы внешнего слоя продольными лентами в диапазоне, равном δ = 0.5...0.7 диаметра поперечного сечения основных арок.At the same time, part of the air is expanded in an external turboexpander to a pressure below atmospheric (equal to P n = 50-101 kPa), and in the internal turboexpander to a pressure above atmospheric (equal to P B = 101.15 ... 115 kPa). The flow after an external turboexpander is exhusted with air taken in the compressor inlet. The oversized cutting shape of the outer layer of the structure is set according to the optimal law, which provides the design form when loaded with specified pressures in the interlayer cavities and sections. Moreover, the specified form of pneumatic construction is provided by tightening the cutting shape of the outer layer with transverse reefs and axial tightening of the cutting shape of the outer layer with longitudinal tapes in the range equal to δ = 0.5 ... 0.7 of the cross-sectional diameter of the main arches.
В изотермическом пневматическом сооружении, содержащем компрессор и воздуховоды, внешний и внутренний турбодетандеры, первый и второй и дополнительный теплообменники, причем сооружение выполнено многосекционным, центральные секции пневматически связаны с одной стороны с внутренним турбодетандером, с другой - с крайними секциями, снабженными шлюзами и пневматически связанными с одной стороны с внешним турбодетандером, а с другой, через первый теплообменник - с компрессором, причем стены сооружения выполнены в виде нескольких слоев мягких оболочек, закрепленных на одно- или многоярусных каркасах, пневматически связанных с компрессором, и каждый ярус состоит из набора основных арок, а межслойные полости, образованные мягкими оболочками, пневматически связаны между собой и с каркасированным воздуховодом, соединяющим внешний турбодетандер с крайними секциями, согласно изобретению стены сооружения выполнены в виде набора из четырех мягких оболочек, причем две верхние формируют внешний слой в виде дополнительных арок в составе одного из ярусов сооружения, соединенных радиальными мембранами с центрами поперечных сечений, расположенных на образующих в виде дуг кривых второго порядка и проходящих через центры окружностей поперечных сечений основных арок, соединенных радиальными мембранами с основными арками, а поперечными рифами заданной длины и связанными через шлевки с радиальными мембранами дополнительных арок, а анкерами с площадкой закрепления, средние оболочки образуют силовой слой сооружения, снабжены поперечными и продольными лентами, присоединенными к основным аркам, а к поперечными лентам на вертикальных стяжках закреплены внутренние оболочки, формирующие эксплуатационный слой сооружения. Кроме того, мягкая оболочка эксплуатационного слоя выполнена из воздухопроницаемого материала, а диаметры поперечных сечений дополнительных арок изменяются по параболическому закону от корневого, равного диаметру поперечного сечения основной арки к срединному. Центры поперечных сечений дополнительных арок, формирующих внешний слой сооружения, расположены на прямой линии, проходящей через центры окружностей поперечных сечений основных балок, при этом диаметр концевых арок, установленных в зоне сопряжения со шлюзами, составляет 
Реализация в процессе эксплуатации многослойного пневматического сооружения рифления продольными и поперечными лентами переразмеренной раскройной формы дополнительных арок внешнего слоя позволяет обеспечить проектную форму сооружения на всех режимах работы. The implementation during operation of a multilayer pneumatic corrugation structure with longitudinal and transverse tapes of oversized cutting shape of additional arches of the outer layer allows to ensure the design form of the structure in all operating modes.
Введение в стены сооружения набора из четырех мягких оболочек позволяет сформировать функциональные слои, а именно внешний, силовой и эксплуатационный, и обеспечить стабильность исходной формы сооружения при сохранении требуемого уровня теплоизоляции во всех случаях нарушения герметичности вакуумной межслойной полости. The introduction of a set of four soft shells into the walls of the structure allows the formation of functional layers, namely, external, power and operational, and ensures the stability of the initial form of the structure while maintaining the required level of thermal insulation in all cases of violation of the tightness of the vacuum interlayer cavity.
Введение пневматической связи межслойных полостей сооружения каркасированными воздуховодами, соединяющими внешний турбодетандер с входным устройством компрессора и между собой, позволяет повысить теплоизоляцию пневмосооружения за счет образования вакуумной полости в стенах сооружения. The introduction of pneumatic communication between the interlayer cavities of the structure with framed ducts connecting the external turboexpander with the compressor input device and with each other allows increasing the thermal insulation of the pneumatic construction due to the formation of a vacuum cavity in the walls of the structure.
Введение в термодинамический цикл различной степени расширения воздуха в турбодетандерах: до Pн= 50-101 кПа на внешнем и до Pв=101,15...115 кПа на внутреннем, с промежуточным его охлаждением, увеличивает работу срабатывания на детандерах и повышает термодинамическую эффективность процесса в целом.Introduction to the thermodynamic cycle of varying degrees of expansion of the air in expansion turbines: up to P n = 50-101 kPa on the outside and to P in = 101.15 ... 115 kPa domestically with intermediate cooling it increases the switching operation on the expanders and enhances the thermodynamic overall process efficiency.
Исследования, проведенные авторами, показали, что расширение воздуха во внешнем турбодетандере до давления ниже Pн=50 кПа технически трудно реализуемо, что обусловлено сложностью обеспечения такого уровня вакуумирования с помощью воздухозаборного устройства компрессора, из-за больших гидравлических потерь, вызванных поджатием проходного сечения. Использование разряжения выше Pн=101 кПа ведет к падению мощности, вырабатываемой внешним турбодетандером, и к снижению теплопроводности стенок сооружения, содержащих вакуумные полости. Расширение воздуха во внутреннем турбодетандере до давления ниже PВ = 101,15 кПа ведет к потере несущей способности сооружения в целом, тогда как недорасширение воздуха до давления выше PВ = 115 кПа ведет к падению мощности, вырабатываемой внутренним турбодетандером. Кроме того, принятый перепад давлений в секциях обеспечивает гарантированное перетекание воздуха из центральных секций в крайние.The studies conducted by the authors showed that the expansion of air in an external turboexpander to a pressure below P n = 50 kPa is technically difficult to implement, due to the difficulty of providing such a level of evacuation using the compressor intake device, due to large hydraulic losses caused by preloading the passage. The use of vacuum above P n = 101 kPa leads to a drop in the power generated by an external turboexpander and to a decrease in the thermal conductivity of the walls of the structure containing vacuum cavities. Expansion of air in the inner turbine expander to a pressure lower than P in = 101.15 kPa leads to loss of the bearing capacity of structures in general, whereas before the air pressure above P underexpanded B = 115 kPa leads to the generated internal power drop turboexpander. In addition, the adopted differential pressure in the sections ensures a guaranteed flow of air from the central sections to the extreme.
Введение эксгаустирования потока, выходящего из внешнего турбодетандера, воздухом, забираемым в воздухозаборном устройстве компрессора, позволяет получить на выходе из турбодетандера требуемое разрежение. The introduction of the exhausting of the stream leaving the external turboexpander by air taken in the compressor intake device allows obtaining the required vacuum at the outlet of the turboexpander.
Введение переразмеренной раскройной формы дополнительных арок сооружения позволяет создать предварительно напряженную пневмоконструкцию, удерживающую вакуумное давление в межслойных полостях сооружения. Переразмеренная раскройная форма внешнего слоя сооружения позволяет при работе пневмосооружения в проектном режиме использовать пневматическую жесткость конструкции для компенсации сил разрежения, развиваемых в межслойных вакуумных полостях. Критерием выбора раскройной формы образующей дополнительных арок является условие обеспечения проектной формы при заданном разрежении в межслойной полости. The introduction of a re-sized cutting shape of additional arches of the structure allows you to create a pre-stressed pneumatic structure that holds the vacuum pressure in the interlayer cavities of the structure. The oversized cutting shape of the outer layer of the structure allows the pneumatic rigidity in the design mode to use the pneumatic rigidity of the structure to compensate for the rarefaction forces developed in the interlayer vacuum cavities. The criterion for choosing the cutting shape of the generatrix of additional arches is the condition for ensuring the design shape for a given vacuum in the interlayer cavity.
Параметрические исследования, проведенные авторами, показали, что оптимальная образующая раскройной формы дополнительных арок, т.е. та, которая при заданном разрежении принимает проектную форму, зависит от проектной формы образующей сооружения. Например, для сооружения горизонтальной проектной образующей оптимальная образующая раскройной формы, описываемая зависимостью y = -8.704x3+24.006x2-23.345x+7.00 при Pн = 50 кПа (фиг. 4).The parametric studies conducted by the authors showed that the optimal generatrix of the cutting shape of the additional arches, i.e. that which, at a given vacuum, takes the design form, depends on the design form of the generating structure. For example, for the construction of a horizontal design generatrix, the optimal generatrix of the cutting shape, described by the dependence y = -8.704x 3 + 24.006x 2 -23.345x + 7.00 at P n = 50 kPa (Fig. 4).
Введение рифовки переразмеренной раскройной формы дополнительных арок внешнего слоя позволяет стабилизировать проектную форму сооружения на всех режимах работы. The introduction of rifling of the oversized cutting shape of the additional arches of the outer layer allows to stabilize the design form of the structure in all operating modes.
Введение поперечной затяжки раскройной формы дополнительных арок внешнего слоя рифами диаметром, равным 1...1.4 диаметра точек пересечения основных арок с радиальными мембранами, позволяет обеспечить стабильную проектную форму сооружения. The introduction of a transverse tightening of the cutting shape of the additional arches of the outer layer with reefs with a diameter equal to 1 ... 1.4 of the diameter of the intersection points of the main arches with radial membranes allows us to ensure a stable design form of the structure.
Введение осевой затяжки раскройной формы дополнительных арок внешнего слоя лентами со степенью обжатия, равной δ =0.5...0.7 диаметра поперечного сечения основных арок, позволяет обеспечить устойчивость проектной формы пневмосооружения. The introduction of the axial tightening of the cutting shape of the additional arches of the outer layer with ribbons with the degree of compression equal to δ = 0.5 ... 0.7 of the cross-sectional diameter of the main arches allows us to ensure the stability of the design form of pneumatic construction.
Исследования, проведенные авторами, показали, что осевая затяжка поперечного сечения дополнительных арок ниже 0.7 диаметра поперечного сечения основных арок невозможна из-за потери устойчивости формы внешнего слоя сооружения, которая принимает S-образную форму. Осевая затяжка выше 0.5 диаметра поперечного сечения нецелесообразна из-за большого расхода тканого материала на изготовление дополнительных арок, вызванного увеличением их количества при размещении в тех же секциях. Studies by the authors showed that the axial tightening of the cross-section of additional arches below 0.7 of the cross-sectional diameter of the main arches is impossible due to the loss of stability of the shape of the outer layer of the structure, which takes an S-shape. Axial tightening above 0.5 cross-sectional diameters is impractical due to the large consumption of woven material for the manufacture of additional arches caused by an increase in their number when placed in the same sections.
Введение дополнительных арок, состоящих из усиленных радиальными мембранами круговых пневмобалок, позволяет создать внешний слой сооружения, удерживающий вакуумное давление. The introduction of additional arches, consisting of circular pneumatic beams reinforced with radial membranes, allows you to create an outer layer of the structure that holds the vacuum pressure.
Выполнение арок в каждом ярусе пневмокаркаса со смещенным относительно площадки закрепления центром вращения на величину, равную Δ = 0.8...0.9 диаметра основных арок, позволяет более рационально использовать внутренние объемы секций сооружения и свободно размещать анкера для фиксации рифов. Performing arches in each tier of the pneumoframe with the rotation center shifted relative to the anchorage area by an amount equal to Δ = 0.8 ... 0.9 of the diameter of the main arches allows more rational use of the internal volumes of the sections of the structure and the anchor can be freely placed to fix the reefs.
Сопоставительный анализ с прототипом /2/ показал, что заявляемый способ и устройство, его реализующее, существенно отличаются от известного способа термостатирования пневмосооружения и устройства, его реализующего, введением функциональных слоев в стенах сооружения, заданием переразмеренной раскройной формы внешнего слоя, рифованием внешнего слоя до заданной формы и нагружением полостей пневмосооружения избыточным и вакуумным давлением до проектной формы. Comparative analysis with the prototype / 2 / showed that the inventive method and device that implements it, significantly differ from the known method of thermostatic control of pneumatic construction and the device that implements it, by introducing functional layers in the walls of the structure, setting the oversized cutting shape of the outer layer, riffing the outer layer to a predetermined forms and loading of cavities of pneumatic construction with excess and vacuum pressure to the design form.
Таким образом, заявляемый способ и устройство, его реализующее, соответствуют критерию изобретения "новизны". Thus, the claimed method and device that implements it, meet the criteria of the invention of "novelty."
Исследования, выполненные авторами, показали, что при введении в пневмокострукцию межслойных вакуумных полостей особо остро встает проблема повышения изгибной жесткости пневмоконструкций, которые способны удержать значительный и обратный по сравнению с обычными пневмосооружениями перепад давлений. The studies performed by the authors showed that when introducing interlayer vacuum cavities into the pneumocostructure, the problem of increasing the bending stiffness of the pneumatic structures, which are able to maintain a significant and opposite pressure difference compared to conventional pneumatic structures, is particularly acute.
В качестве одного из таких способов ужесточения пневмоконструкций является повышение внутреннего давления в пневмокаркасах /3/. As one of such methods of tightening pneumatic structures is to increase the internal pressure in the pneumatic frames / 3 /.
Однако диапазон действия этого способа ограничен прочностью с одной стороны тканого материала пневмоконструкции, а с другой - соединительных элементов (швов) отдельных тканых полотнищ, из которых изготавливается оболочка сооружения. However, the range of this method is limited by the strength on the one hand of the woven material of the pneumatic construction, and on the other hand, of the connecting elements (seams) of the individual woven panels from which the shell of the structure is made.
Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями показывает, что известен способ рифления однослойных воздухонаполняемых конструкций, например парашютов и парусов /4/. Основное назначение рифления - снижение динамических нагрузок, которые развиваются при раскрытии парашютов или в штормовых условиях в случае парусов. Comparison of the proposed solutions with other technical solutions shows that the known method of corrugation of single-layer air-filled structures, such as parachutes and sails / 4 /. The main purpose of corrugation is to reduce the dynamic loads that develop during the opening of parachutes or in stormy conditions in the case of sails.
Известен способ повышения несущей способности пневмоконструкций путем введения тросов, проволочных нитей и сеток в так называемые комбинированные конструкции /5/. В данном способе каркасируется проектная форма пневмоконструкции, т. е. форма сооружения, нагруженная внутренним давлением, а не раскройная форма, как в предлагаемом способе. A known method of increasing the bearing capacity of pneumatic structures by introducing cables, wire threads and nets into the so-called combined structures / 5 /. In this method, the design form of the pneumatic structure is skeletonized, i.e., the form of the structure loaded with internal pressure, and not the cutting form, as in the proposed method.
Предлагаемый способ повышения несущей способности пневмосооружения путем введения функциональных слоев в стены сооружения и рифления переразмеренной раскройной формы арок внешнего слоя сооружения позволяет придать пневмоконструкции новые качества, которые необходимы для мобильного пневмохолодильника, а именно высокую степень вакуумирования внутренних межслойных полостей и дополнительную несущую способность пневмосооружения за счет введения зарифованных круговых пневмоарок, формирующих стены сооружения, и увеличения избыточного давления в центральных секциях. The proposed method of increasing the load-bearing capacity of pneumatic construction by introducing functional layers into the walls of the structure and corrugating the oversized cutting shape of the arches of the outer layer of the building allows to give the pneumatic construction new qualities that are necessary for a mobile pneumatic refrigerator, namely a high degree of evacuation of internal interlayer cavities and additional load-bearing capacity of the pneumatic construction due to the introduction corrugated circular pneumatic arches forming the walls of the structure, and increase excessively th pressure in the central sections.
Осевое и радиальное рифление повышает изгибную жесткость пневмосооружения и тем самым увеличивает эксплуатационную эффективность пневмохолодильника, а именно стойкость к внешним атмосферным воздействиям и устойчивость работы в нерасчетных условиях, что ранее в известных пневмосооружениях не использовалось /3/ - /5/. Axial and radial corrugation increases the bending stiffness of the pneumatic construction and thereby increases the operational efficiency of the pneumatic refrigerator, namely resistance to external atmospheric influences and stability of operation under off-design conditions, which were not previously used in known pneumatic structures / 3 / - / 5 /.
Таким образом, заявляемый способ термостатирования пневмосооружения и устройство, его реализующее, соответствуют критерию изобретения "изобретательский уровень". Thus, the claimed method of thermostating pneumatic construction and the device that implements it, meet the criteria of the invention "inventive step".
На фиг.1 представлена принципиальная схема работы изотермического пневмосооружения с тремя функциональными слоями, где Δ - смещение центра окружности арок относительно площадки закрепления; на фиг.2 изображен общий вид изотермического пневмосооружения; на фиг.3 приведен силовой слой пневмосооружения; на фиг.4 дана раскройная форма внешнего слоя пневмокаркасной оболочки, где До-диаметр основных арок, Др-диаметр раскройной формы; на фиг.5 приведена форма внешнего слоя зарифованного пневмосооружения, где Дор - диаметр рифления дополнительных арок, Lос -длина рифованной секции пневмосооружения, Δop - осевое поджатие секции пневмосооружения, на фиг.6 приведена базовая схема изотермического пневмосооружения с тремя функциональными слоями; на фиг.7 изображено изотермическое пневмосооружение с n-дополнительными внешними слоями.Figure 1 presents a schematic diagram of the operation of an isothermal pneumatic construction with three functional layers, where Δ is the offset of the center of the circumference of the arches relative to the anchorage; figure 2 shows a General view of an isothermal pneumatic construction; figure 3 shows the power layer of pneumatic construction; figure 4 is given a cutting shape of the outer layer of the pneumatic frame shell, where D about the diameter of the main arches, D p the diameter of the cutting shape; Figure 5 shows the shape of the outer layer zarifovannogo pnevmosooruzheniya, where A op - diameter corrugations additional arches, L is the length axes rifovannoy pnevmosooruzheniya section, Δ op - pnevmosooruzheniya axial preload section, Figure 6 shows the basic scheme of isothermal pnevmosooruzheniya three functional layers; 7 depicts an isothermal pneumatic construction with n-additional outer layers.
Отметим, что выбранная в описании конструктивная схема изотермического пневмосооружения, которая представлена на фиг. 1-6, демонстрирует один из возможных вариантов устройств, реализующих предлагаемый способ термостатирования. Другие возможные варианты изотермических пневмосооружений, реализующих способ термостатирования, представлены на фиг. 7. Note that the structural scheme of the isothermal pneumatic construction selected in the description, which is presented in FIG. 1-6, shows one of the possible options for devices that implement the proposed method of temperature control. Other possible variants of isothermal pneumatic structures that implement the thermostating method are presented in FIG. 7.
Так, на фиг. 7 представлена многоярусная (3+п) - слойная пневмоконструкция, состоящая из базовой конструкции с тремя функциональными слоями и с n-дополнительными внешними слоями мягких оболочек. So in FIG. 7 shows a multi-tiered (3 + p) - layer pneumatic construction, consisting of a basic structure with three functional layers and with n-additional outer layers of soft shells.
Изотермическое пневмосооружение, изображенное на фиг. 1 - 6, содержит раздельно охлаждаемые, термоизолированные центральные 1 и крайние секции 2 со шлюзами 3, сформированные многослойным пневмокаркасом, пневматически связанным через редуктор 4 с компрессором 5, в виде набора круговых основных 6 и дополнительных арок 7, с переразмеренной раскройной формой, соединенных между собой радиальными мембранами 8, а дополнительные арки 7 затянуты поперечными рифами 9 заданной длины и связаны через шлевки 10 с радиальными мембранами 8, а через анкера 11 - с площадкой закрепления, связанных силовым слоем 12, каркасированным поперечными 13 и продольными 14 лентами, закрепленными с одной стороны через стяжки основных арок 6 к жесткому каркасу шлюза 3 сооружения, а с другой - через анкера 11 с площадкой закрепления, причем к поперечным лентам 13 на вертикальных стяжках 15 закреплены внутренние оболочки 16 эксплуатационного слоя сооружения. Межслойная полость 17, образованная дополнительными арками 7 и силовым слоем 12, пневматически связана каркасированным воздуховодом 18, соединяющим воздухозаборное устройство компрессора 5 и внешний турбодетандер 19, через второй теплообменник 20 с крайними секциями 2, а межслойная полость 21, образованная силовым 12 и эксплуатационным 16 слоями сооружения, пневматически связана через редуктор 22 с компрессором 5, при этом центральные секции 1 изотермического пневмосооружения пневматически связаны с внутренним турбодетандером 23 и с крайними секциями 2. Выходящие из крайних секций 2 воздуховоды 24 пневматически, через первый теплообменник 25 связаны с компрессором 5, причем последний пневматически, через дополнительный 26, первый 25 и второй 20 теплообменники связаны с внутренним 23 и внешним 19 турбодетандерами установленными на одном валу с компрессором 5, а воздуховод 27 через клапан 28 и фильтр-осушитель 29 связан с атмосферой. The isothermal pneumatic construction shown in FIG. 1 to 6, contains separately cooled, thermally insulated central 1 and extreme sections 2 with
Изотермическое пневмосооружение с функциональными слоями работает следующим образом. Isothermal pneumoconstruction with functional layers works as follows.
Устанавливают пневмосооружение, изготовленное с функциональными слоями, в стенах, вводят переразмеренную раскройную форму дополнительных арок 7 внешнего слоя, для чего анкерами 11 фиксируют на площадке закрепления шлюзы 3, нижние продольные ленты 14 силового слоя и поперечные рифы 9 внешнего слоя. Запускают турбохолодильную установку. При запуске турбохолодильной установки открывают клапан 28, и воздух из атмосферы засасывают через фильтр-осушитель 29 в компрессор 5, где сжимают с повышением температуры. Сжатый воздух охлаждают в дополнительном теплообменнике 26, а затем в первом теплообменнике 25 регенеративного типа и отбирают через редуктор 4, 22 на наддув основных и дополнительных арок пневмокаркаса сооружения и межслойных полостей 17, а затем разделяют на два потока. Первый поток направляют во внешний турбодетандер 19, расширяют до давления, равного Рн = 50 кПа, нагревают в теплообменнике 20 и подают через каркасированный воздуховод 18, пневматически связанный с внутренними межслойными полостями 17, и в крайние секции 2 сооружения и охлаждают при смешении со вторым потоком. Второй поток охлаждают во втором теплообменнике 20, затем расширяют во внутреннем турбодетандере 23 до давления Pв = 115 кПа и подают внутрь центральных секций 1, где, отбирая тепло от охлаждаемого объекта, нагревают при смешении с первым потоком и направляют в крайние секции 2. Образованный при смешении в крайних секциях 2 поток нагревают, отбирая тепло, выделяемое охлаждаемым объектом, и подают в первый теплообменник 25, нагревают, закрывают клапан 28 и подают на вход компрессора 5. Далее процесс повторяется. Мощность, вырабатываемая турбодетандерами 19 и 23, передается на вал компрессора 5.The pneumatic installation made with functional layers is installed in the walls, the oversized cutting shape of the
Обеспечение стабильности проектной формы изотермического пневмосооружения экономичным способом с использованием предложенных устройств позволяет значительно улучшить эксплуатационные характеристики пневмохолодильника на всех режимах работы. Ensuring the stability of the design form of the isothermal pneumatic construction in an economical way using the proposed devices can significantly improve the operational characteristics of the pneumatic refrigerator in all operating modes.
Использование предлагаемого способа термостатирования пневмосооружения и устройства, его реализующего, позволяет по сравнению с прототипом /2/ повысить термодинамическую эффективность турбохолодильной установки за счет
- введения функциональных слоев стен сооружения, а именно внешнего, силового и эксплуатационного;
- введения внешнего слоя в виде набора дополнительных арок, состоящих из усиленных радиальными мембранами круговых пневмобалок с центрами поперечных сечений, расположенных на образующих заданных по дуге кривой второго порядка, проходящей через центры окружностей поперечных сечений основных арок;
- введения внешнего слоя в виде набора дополнительных арок, состоящих из усиленных радиальными мембранами круговых пневмобалок с центрами поперечных сечений, расположенных на образующих заданных по прямой линии, проходящей через центры окружностей поперечных сечений основных арок;
- введения переразмеренной раскройной формы внешнего слоя сооружения с образующей, изменяемой по закону y = -8.704x3+ 24.006x2-23.345x+7.00 при Pн = 50 кПа, для сооружений с проектной формой образующей заданной по прямой линии;
- введения рифления переразмеренной раскройной формы внешнего слоя с помощью поперечных рифов до диаметра, равного 1...1.4 диаметра точек пересечения основных арок с радиальными мембранами;
- введения осевой затяжки дополнительных арок внешнего слоя сооружения в диапазоне δ = 0.7...0.5 диаметра поперечного сечения основных арок с помощью продольных лент;
- введения каркасированного силового слоя, армированного поперечными и продольными лентами, связанными с жесткими каркасами тамбуров и площадкой закрепления;
- введения более глубокого вакуумирования межслойной полости, образованного внешним и силовым слоем, до давления Pн = 50 кПа;
- введения повышенного давления в центральной секции, равного Pв=115 кПа,
что неочевидно в известных способах и устройствах, их реализующих.Using the proposed method of thermostatic control of pneumatic construction and the device that implements it, allows to increase the thermodynamic efficiency of the turbo-refrigeration unit in comparison with the prototype / 2 / due to
- the introduction of the functional layers of the walls of the structure, namely the external, power and operational;
- introducing the outer layer in the form of a set of additional arches, consisting of circular pneumatic beams reinforced with radial membranes with centers of cross sections located on the generators of a second-order curve defined along the arc passing through the centers of the circumferences of the cross sections of the main arches;
- introducing the outer layer in the form of a set of additional arches, consisting of circular pneumatic beams reinforced with radial membranes with centers of cross sections located on the generators set in a straight line passing through the centers of the circumferences of the cross sections of the main arches;
- introducing a re-sized cutting form of the outer layer of the structure with a generatrix, which is changed according to the law y = -8.704x 3 + 24.006x 2 -23.345x + 7.00 at P n = 50 kPa, for structures with the design form of the generatrix given in a straight line;
- introducing corrugation of the oversized cutting shape of the outer layer using transverse reefs to a diameter equal to 1 ... 1.4 the diameter of the intersection points of the main arches with radial membranes;
- introducing axial tightening of additional arches of the outer layer of the structure in the range δ = 0.7 ... 0.5 of the cross-sectional diameter of the main arches using longitudinal tapes;
- the introduction of a skeletonized power layer reinforced with transverse and longitudinal tapes associated with the rigid frames of the vestibules and the anchorage;
- the introduction of a deeper evacuation of the interlayer cavity formed by the external and power layer to a pressure P n = 50 kPa;
- the introduction of high pressure in the Central section equal to P in = 115 kPa,
which is not obvious in the known methods and devices that implement them.
Источники информации, принятые во внимание
1. Патент Франции, N 2115366, кл. E 04 В 1/00, 1977.Sources of information taken into account
1. French patent, N 2115366, cl. E 04 1/00, 1977.
2. Патент РФ, N 2132529, кл. F 25 В 11/00, кл. E 04 В 1/00, 1998 (прототип). 2. RF patent, N 2132529, cl. F 25
3. Ф. Отто и Р.Тростель. Пневматические строительные конструкции. М.: Стройиздат, 1967. - C. 77-78. 3. F. Otto and R. Trostel. Pneumatic building structures. M .: Stroyizdat, 1967. - C. 77-78.
4. Исследование парашютов и дельтопланов на ЭВМ. Под ред. С. М. Белоцерковского. М.: Машиностроение, 1987. - С. 195-201. 4. The study of parachutes and hang gliders on a computer. Ed. S. M. Belotserkovsky. M .: Mechanical Engineering, 1987. - S. 195-201.
5. Ф. Отто и Р.Тростель. Пневматические строительные конструкции. М.: Стройиздат, 1967. - C. 40-45, 135-137. 5. F. Otto and R. Trostel. Pneumatic building structures. M .: Stroyizdat, 1967. - C. 40-45, 135-137.
Claims (15)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU99119042/03A RU2151847C1 (en) | 1999-09-09 | 1999-09-09 | Method and device for thermostating of pneumatic structure |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU99119042/03A RU2151847C1 (en) | 1999-09-09 | 1999-09-09 | Method and device for thermostating of pneumatic structure |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2151847C1 true RU2151847C1 (en) | 2000-06-27 |
Family
ID=20224627
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU99119042/03A RU2151847C1 (en) | 1999-09-09 | 1999-09-09 | Method and device for thermostating of pneumatic structure |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2151847C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EA029433B1 (en) * | 2016-06-17 | 2018-03-30 | Белорусский Национальный Технический Университет | Method for thermal modernization of pneumatically supported structures |
-
1999
- 1999-09-09 RU RU99119042/03A patent/RU2151847C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Ф.Отто и др. Пневматические строительные конструкции. - М.: Стройиздат, 1967, с.40 - 45, 77 - 78. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EA029433B1 (en) * | 2016-06-17 | 2018-03-30 | Белорусский Национальный Технический Университет | Method for thermal modernization of pneumatically supported structures |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102741524B (en) | For adiabatic compression air energy storage system thermal energy storage device and form the compression method of this system | |
| JP3694263B2 (en) | Gas liquefaction method and apparatus for producing liquid cryogen | |
| CA2981372C (en) | Regenerative thermodynamic power generation cycle systems, and methods for operating thereof | |
| CN106224015B (en) | The overcritical clammy condensing turbines of the steam discharge of three cylinder two of 350MW | |
| CZ167594A3 (en) | Process for producing electric energy by interconnection of air separation and gas turbine | |
| US8408003B2 (en) | Combined cycle power plant | |
| KR20140088138A (en) | Generator | |
| RU2151847C1 (en) | Method and device for thermostating of pneumatic structure | |
| US4052260A (en) | Method of operating a nuclear-power-generating installation with closed gas cycle and plant operated by this method | |
| Alekseev | Hydrogen liquefaction | |
| US10222096B2 (en) | Turbo-compressor-condenser-expander | |
| CN102062494B (en) | Hybrid boosting type refrigeration complex circular indirect air cooling system and operation adjustment method | |
| GB1494776A (en) | Gas-dynamic pressure-wave machine and method of operating the machine | |
| CN101256040B (en) | Hot sound refrigerating machine driven by wind energy | |
| CN114046172A (en) | Coal fire treatment and utilization system and method based on carbon dioxide process and modular design | |
| JP3242176U (en) | Onshore compressed air energy storage and power systems | |
| CN105737514A (en) | Method and assembly for the liquefaction of air and for electrical energy storage and recovery | |
| JPS6050962B2 (en) | radial turbine | |
| JP2023548753A (en) | Plant and method for producing hydrogen at cryogenic temperatures | |
| CN210660437U (en) | Fan and wind power compression refrigeration heating system thereof | |
| Pasini et al. | Heat recovery from aircraft engines | |
| CN108843403B (en) | Method for generating continuous gas film on surface of substrate | |
| RU2132520C1 (en) | Method of cooling pneumatic structure and device for realization of this method | |
| CN206000583U (en) | The clammy condensing turbine of 350MW supercritical triplex two steam discharge | |
| CN109488399A (en) | A kind of cryogenic fluid steam turbine equipment and application method |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20040910 |