RU25048U1

RU25048U1 - Турбохолодильная машина

Info

Publication number: RU25048U1
Application number: RU2002106072/20U
Authority: RU
Inventors: В.И. Гуров; И.В. Гуров; Павел Дмитриевич Жеманюк; К.Н. Шестаков
Priority date: 2002-03-21
Filing date: 2002-03-21
Publication date: 2002-09-10

Abstract

Турбохолодильная машина, включающая воздушный компрессор, соединенный по валу с воздушной турбиной и приводом, отличающаяся тем, что машина снабжена камерой для снижения температуры воздуха, в которой установлены водовоздушные форсунки, через которые впрыскивают воду с расходом не более 4,5 мас. % от расхода воздуха и смешивают ее с воздухом, а воздушный компрессор имеет степень повышения давления πне менее 7,0.

Description

МКИ: F 02 С6/00{I

Турбохододильная машина

Предполагаемая полезная модель относится к турбохолодильным установкам и может быть использована для обеспечения работы холодильных камер и систем кондиционирования.

В качестве аналога предлагаемой полезной модели выбрана турбохолодильная машина (ТХМ) с предвкяючённым компрессором (см. Емин О.Н. Турбохолодильные машины в системах охлаждения газотурбинных двигателей. М., Машиностроение, 1978, с. 1314.) Устройство по аналогу состоит из холодильного компрессора, теплообменника, холодильной турбины. Полезным эффектом работы указанного устройства является поток холодного воздуха. Недостатком технического решения по аналогу является наличие в нём охлаждающего агента, что подразумевает необходимость иметь наряду с потребителем холода и потребителя тепла.

За прототип предлагаемой полезной модели принята энергетическая установка для редуцирования давления природного газа (см. патент РФ № 509891 с приоритетом ог 01.07.1991 г.) Установка содержит газовый турбодетандер, воздушный компрессор, воздушную турбш, теплообменник. Газовый турбодетандер производит механическую работу, которая передаётся воздушному комщюссору. Вход компрессора соединён с атмосферой, а выход соединён со входом воздушной турбины через теплообменник, установленный в магистрали природного газа перед газовым турбодетандером. Горячий закомпрессорный воздух охлаждается в теплообменнике, отдавая свою тепловую энергию природному газу, поступаюш;ему в газовый турбодетандер. Затем воздух расширяется в воздушной турбине, после чего его температура становится ниже атмосферного значения и направляется потребителю. Механическая работа турбины передаётся воздушному комщэессору. Прототип устраняет недостаток аналога тем, что тепло закомпрессорного воздуха полезно используется. Однако, недостатком технического решения по прототипу является малая надёжность и повьппенная стоимость, связанные с использованием в составе установки теплообменника.

Полезная модель ставит задачу упрощения конструкции установки, повышения её надёжности, снижения стоимости изготовления и эксплуатации.

002106072

Поставленная задача решается тем, что турбохолодильная машина содержит воздушный компрессор, соединённый по валу с воздушной турбиной и приводом, причём машина снабжена камерой для снижения температуры воздуха, в которой установлены водовоздушные форсунки, через которые впрыскивают воду с расходом не более 4,5 процентов по массе от расхода воздуха и смешивают её с воздухом, а воздушный компрессор имеет степень повышения давления к не менее 7,0.

Предложенное устройство с отмеченными отличиями обеспечивает упрошение процесса получения холодного воздуха за счёт использования взамен теплообменника специальных струйных форсунок, которые распыляют водовоздушную смесь с высокой степенью гомогенизации. В следствие интенсивного испарения воды происходит снижение температуры горячего закомпрессорного воздуха.

Конструктивная схема машины, реализуюшей предложенную полезную модель, представлена на фигуре. Она включает привод 1, воздушный компрессор 2, водовоз утпные форсунки 3, камеру 4 для снижения температуры воздуха, воздушную турбину 5.

Работа ТХМ, схематично представленной на фигуре, осуш;ествляется следующим образом. Включается привод 1. Начинается врашение роторов воздушного компрессора 2 и воздушной турбины 5. Атмосферный воздух поступает на вход компрессора 2. После достижения в камере 4 требуемых параметров закомпрессорного воздуха начинается подача воды в водовоздушные форсунки 3. В камере 4 происходит испарение, поступившей из форсунок 3 воды, что требует затрат тепловой энергии. В результате, в камере 4 происходит охлаждение закомпрессорного воздуха. Из камеры 4 воздух поступает в воздушную турбину 5, где он расширяется и охлаждается до температуры ниже атмосферного значения. Затем охлаждённый воздух направляется потребителю. Механическая мошность турбины 5 передаётся компрессору 2, что способствует свижению потребной мощности привода- 1.

Предлагаемый подход позволяет создать ТХМ на базе газогенератора авиационного двигателя, разместив в его камере сгорания струйные водовоздушные форсунки. Это упрощает конструктивное выполнение ТХМ, снижает ее стоимость и повышает надежность работы.

Температуру воздуха перед турбиной 5 необходимо поддерживать на уровне, не меньшем температуры насыщенных паров (при соответствующем давлении). Это обеспечивается при степени повышения давления в компрессоре 2 не менее Щс, равном 7 и расходе воды не более 4,5 процентов по массе от расхода воздуха. Расчёты показывают, что при исходных данных:

температура атмосферного воздуха - 288 К;

степень повышения давления в компрессоре - 7;

КПД компрессора - 0,8;

расход воздуха - 3 кг/с;

расход воды - 0,135 кг/с;

степень понижения давления в турбине - 7;

КПД турбины - 0,9

Температура воздуха на выходе из турбины 5 составляет 270 К при понижении температуры в камере 4 на 118 градусов и в предположении отсутствия потерь полного давления в тракте ТХМ.

Использование предлагаемой полезной модели позволяет создать надёжную ТХМ на базе газогенератора авиационного двигателя с минимальными затратами и в сжатые сроки. ТХМ может найти применение в пищевой промышленности и сельском хозяйстве, а так же использоваться в системах кондиционирования промышленньк и бытовых помешений. При использовании в качестве привода турбодетандера, работающего на природном газе, ТХМ может использоваться в газовой промыщленности для получения полезного эффекта при снижении давления природного газа на газораспределительных станциях.

Предлагаемую полезную модель предполагается внедрить на предприятии ЗАО НГТ Энергия (Россия, Краснодарский край) в 2003 году.

Claims

Турбохолодильная машина, включающая воздушный компрессор, соединенный по валу с воздушной турбиной и приводом, отличающаяся тем, что машина снабжена камерой для снижения температуры воздуха, в которой установлены водовоздушные форсунки, через которые впрыскивают воду с расходом не более 4,5 мас. % от расхода воздуха и смешивают ее с воздухом, а воздушный компрессор имеет степень повышения давления π_к не менее 7,0.