Система жидкостного охлаждения радиотехнических устройств
Полезная модель относится к системам жидкостного охлаждения вспомогательного судового оборудования, преимущественно, радиотехнического оборудования, размещаемого на выдвижных конструкциях подводного судна. Решаемой задачей является повышение эксплуатационной надежности системы охлаждения радиотехнических устройств подводного судна. Сущность полезной модели заключается в том, что в систему жидкостного охлаждения радиотехнических устройств, содержащую пополнительный бак, соединенный с расширительным баком, подключенную к пополнительному баку своими выходом и входом жидкостную магистраль, которая оснащена насосным агрегатом, датчиками давления и температуры, и теплообменники соответствующих радиотехнических устройств, подключенные к жидкостной магистрали, введен охлаждаемый теплообменник, размещенный в коробе с циркулирующей забортной водой, при этом корпус антенного устройства, в котором размещены пополнительный и расширительный баки и теплообменник передатчика, а также корпус подъемно-мачтового устройства, в котором размещены насосный агрегат и теплообменник микроэлектронных блоков подъемно-мачтового устройства, выполнены в герметичном исполнении, участок жидкостной магистрали между корпусом подъемно-мачтового устройства и внешним теплообменником выполнен в виде гибкого двухканального трубопровода из шарнирных звеньев, а насосный агрегат содержит шестеренный насос и приводной электродвигатель, ротор которого установлен на общей оси с ведущей шестерней шестеренного насоса и помещен в герметичный стакан, отделяющий полость ротора от статора приводного электродвигателя.
Полезная модель относится к системам жидкостного охлаждения вспомогательного судового оборудования, преимущественно, радиотехнического оборудования, размещаемого на выдвижных конструкциях подводного судна.
Известна конструкция шкафа радиоэлектронной аппаратуры [1], содержащего корпус с перегородками, разделяющими его на секции, с контуром жидкостного охлаждения, образованным расположенньми в каждой секции один под другим теплообменниками, соединенными с жидкостной магистралью.
Известна также конструкция стойки с жидкостньм охлаждением [2], включающая каркас, к которому крепятся алюминиевые плиты со змеевиками (теплообменниками), образующие контур жидкостного охлаждения для встраиваемых в стойку съемных блоков со значительным тепловыделением.
Недостатком известных систем жидкостного охлаждения является то, что они рассчитаны на эксплуатацию оборудования в обычных помещениях и не предусматривают возможности экстремальных воздействий, таких, как забортное давление, при размещении охлаждаемого оборудования в герметичных отсеках подводного судна и использовании в системе охлаждения внешнего теплообменника, охлаждаемого забортной водой.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков аналогом, принятым за прототип предлагаемой полезной модели, является система жидкостного охлаждения [3, С. 116, рис.5.6 а)].
Система по прототипу содержит жидкостную магистраль, оснащенную насосным агрегатом, датчиками давления и температуры охлаждающей жидкости, внутренние теплообменники, размещенные в корпусах соответствующих радиотехнических устройств, также пополнительный бак, к которому подключены вход и выход жидкостной магистрали и в котором поддерживается постоянное давление охлаждающей жидкости за счет наддува воздухом или нейтральным газом абсолютного давления. Поглощаемая охлаждающей жидкостью в аппаратуре мощность передается в теплообменнике вторичному теплоносителю, в качестве которого используется воздух, поступающий из системы кондиционирования летательного аппарата, или топливо. Воздушные включения устраняются из охлаждающей жидкости воздухоотделителем, установленным перед входом жидкостной магистрали в пополнительный бак.
Системе по прототипу присущ тот же недостаток, что и приведенным выше аналогам, а именно тот, что она не предусматривает защиты от воздействия забортного давления.
Решаемой задачей является повышение эксплуатационной надежности системы охлаждения радиотехнических устройств подводного судна.
Сущность полезной модели заключается в том, что в систему жидкостного охлаждения радиотехнических устройств, содержащую пополнительный бак, соединенный с расширительным баком, оснащенный штуцером с заглушкой, подключенную к пополнительному баку своими выходом и входом жидкостную магистраль, оснащенную насосным агрегатом, датчиками давления и температуры, и теплообменники соответствующих радиотехнических устройств, подключенные к жидкостной магистрали, введен охлаждаемый теплообменник, размещенный в коробе с циркулирующей забортной водой, при этом корпус антенного устройства, в котором размещены пополнительный и расширительный баки и теплообменник передатчика, а также корпус подъемно-мачтового устройства, в котором размещены насосный агрегат и теплообменник микроэлектронных блоков подъемно-мачтового устройства, выполнены в герметичном исполнении, участок жидкостной магистрали между корпусом подъемно-мачтового устройства и внешним теплообменником выполнен в виде гибкого двухканального трубопровода из шарнирных звеньев, а насосный агрегат содержит шестеренный насос и приводной электродвигатель, ротор которого установлен на общей оси с ведущей шестерней шестеренного насоса и помещен в герметичный стакан, отделяющий полость ротора от статора приводного электродвигателя.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, на которых представлены:
фиг.1 - гидравлическая схема системы охлаждения,
фиг.2 - конструкция насосного агрегата.
Система жидкостного охлаждения содержит размещенные в герметичном корпусе антенного устройства пополнительный бак 1, соединенный с расширительным баком 2, в верхней части которого расположен штуцер 3 с заглушкой, и теплообменник 4 передатчика, размещенные в герметичном корпусе подъемно-мачтового устройства насосный агрегат 5 и теплообменник 6 микроэлектронных блоков подъемно-мачтового устройства, а также охлаждаемый теплообменник 7 с заливочной горловиной 8 во внешней среде,
К пополнительному баку 1 подключены выход и вход жидкостной магистрали 9, которая представляет собой замкнутый трубопровод с циркулирущим в нем теплоносителем (направление циркуляции показано стрелкой). В начале входного участка жидкостной магистрали расположен входной штуцер 10 для подключения заправочного устройства, а теплообменник 4 передатчика установлен в выходном участке жидкостной магистрали перед ее входом магистрали в пополнительный бак 1.
Соединительные участки жидкостной магистрали 9 между корпусами антенного и подъемно-мачтового устройств, выполнены в виде жестких труб, соединенных резьбовыми штуцерами 11.
Выход трубы, подключенной к выходу насосного агрегата 5, и вход трубы, к которой подключен теплообменник б микроэлектронных блоков подъемно-мачтового устройства, оснащены быстроразъемными соединениями 12 с запорными элементами, к которым подключен соединительный участок жидкостной магистрали между корпусом
подъемно-мачтового устройства и внешним теплообменником, выполненный в виде гибкого двухканального трубопровода 13, состоящего из шарнирных звеньев. Второй конец гибкого трубопровода 13 посредством резьбовых штуцеров 14 соединен с входным и выходным концами трубы, к которой подключен охлаждаемый теплообменник 7.
Для контроля параметров теплоносителя 5 к жидкостной магистрали подключены датчик 15 температуры, датчик 16 давления и расходомер 17.
Внутренние теплообменники 4 и 6 представляют собой системы трубок, находящихся в механическом контакте с корпусами или платами радиотехнических устройств. Теплообменник 4 предназначен для охлаждения мощных электрорадиоэлементов передатчика, установленного в антенном устройстве, а теплообменник 6 - для охлаждения микроэлектронных блоков подъемно-мачтового устройства.
Охлаждаемый теплообменник 7 представляет собой систему трубок, установленных в коробе, в котором циркулирует забортная вода. В зависимости от того, в подводном или перископном положении находится подводный аппарат, циркуляция забортной охлаждающей воды обеспечивается или проливом с помощью дополнительного насоса или естественным образом.
Насосный агрегат 5 содержит шестеренный насос и приводной электродвигатель. Ведущая шестерня 18 насоса и ротор 19 электродвигателя установлены на общем валу 20 без уплотнительных элементов на входе вала в корпус 21 насоса. Для предотвращения попадания забортной воды в герметичный объем приборного отсека ротор 19 помещен в герметичный тонкостенный стакан 22, являющийся разделителем сред между ротором и статором 23 электродвигателя.
Система работает следующим образом.
Заправка системы теплоносителем, в качестве которого используется "Термосол" по ТУ 301-02-141-91, осуществляется с помощью ручного насоса, фильтра и специального наконечника, подсоединяемого к входному штуцеру 10. При этом наконечник перекрывает трубу, идущую из пополнительного бака, и заправка системы осуществляется через насосный агрегат 5. Под давлением, создаваемым насосом заправочного устройства, теплоноситель через насосный агрегат 5 заполняет сначала трубки охлаждаемого теплообменника 7, а затем последовательно трубки теплообменника 6 микроэлектронных блоков подъемно-мачтового устройства и теплообменника 4 передатчика, далее заполняет полностью пополнительный бак1 и поступает в расширительный бак 2, заполняя его до уровня штуцера 3 с открытой заглушкой. Воздух, оставшийся в незаполненной части расширительного бака 2, при работе системы служит для компенсации теплового и механического изменения объема системы охлаждения.
После заполнения системы теплоносителем заправочный насос отключают, вынимают наконечник из штуцера 10 и включают насосный агрегат 5, обеспечивающий циркуляцию теплоносителя из пополнительного бака через насосный агрегат в охлаждаемый теплообменник 7, в котором теплоноситель охлаждается забортной водой, затем в
теплообменники 6 и 4, в которых теплоноситель нагревается от тепла, выделяемого электрорадиоэлементами охлаждаемых приборов, и далее в пополнительный бак 1. Для отведения тепла, выделяемого микроэлектронными блоками подъемно-мачтового устройства и передатчиком, на выходе насосного агрегата обеспечивается давление не менее 0,45 МПа (4,5 кг/см), при котором расход теплоносителя составляет 0,166 л/с.
Для контроля работы системы служат: датчик 15 температуры, установленный на входе насосного агрегата, где температура теплоносителя максимальна, датчик 16 давления на выходе насосного агрегата, и два датчика 17 расходомера, измеряющих превышение давления на входе насоса относительно его выхода. Показания датчиков передаются контрольной аппаратуре, установленной в рабочем помещении подводного аппарата.
Гибкий соединительный участок 13 магистрали из шарнирных звеньев с внутренними каналами обеспечивает удобное и надежное соединение элементов системы охлаждения, размещенных в герметичных приборных отсеках, находящихся в верхней части подъемно-мачтового устройства с охлаждаемым теплообменником 7, установленным на корпусе подводного аппарата, и позволяет перемещать вверх и вниз подъемно-мачтовое устройство, не прерывая работы охлаждаемых радиотехнических систем.
Преимуществом предлагаемой системы охлаждения является полная герметичность ее в рабочем состоянии, которая обеспечивается герметичным исполнением корпусов антенного и подъемно-мачтового устройств, герметичным исполнением соединительных элементов жидкостной магистрали, а также использованием в насосном агрегате специального электродвигателя с разделителем сред между статором и ротором электродвигателя.
Т.к. ротор 19 электродвигателя соединен с рабочим органом (шестерней 18) насоса валом 20 без уплотнения, в процессе работы насоса полость герметичного стакана 22, в который помещен ротор, заполняется теплоносителем, давление которого соответствует давлению в рабочей камере насоса. Т.к. ротор двигателя не имеет обмотки и выполнен в виде короткозамкнутой клетки, присутствие теплоносителя не оказывает на него воздействия. В статор 23 электродвигателя теплоноситель не попадает из-за наличия между ними герметичного тонкостенного стакана 22, который является разделителем сред и предотвращает попадание жидкости во внутренний герметичный объем корпуса подъемно-мачтового устройства.
При проникновении в систему забортной воды, имеющей давление до 40 кг/см, тонкостенный стакан 22 увеличивает свой радиальный размер и приобретает необходимую прочность за счет прижатия к массивному статору 23. При этом, во-первых, не происходит проникновения воды в герметичный корпус подъемно-мачтового устройства, а во-вторых, сохраняется работоспособность электродвигателя за счет наличия небольшого зазора между ротором и статором.
Дополнительным преимуществом предлагаемого конструктивного решения является упрощение конструкции, т.к. она не требует труднореализуемого для обеспечения
необходимого ресурса насосного агрегата уплотнения вала между корпусом насоса и ротором электродвигателя.
Промышленная применимость полезной модели определяется возможностью изготовления предлагаемой системы охлаждения согласно приведенному описанию и чертежам из известных материалов и комплектующих изделий и возможностью использования для охлаждения радиотехнического оборудования, размещаемого на выдвижных конструкциях подводного аппарата.
Список литературы 1 Патент РФ №2106076, МПК Н 05 К 7/20, публ. 27.02.2002 г.
2. Савельев А.Я., Овчинников В.А. Конструирование ЭВМ и систем / Учебник для ВУЗов по спец. "Электронно-вычислительные машины". - М.: Высшая школа. - 1984 г. - C.129.
3. Глушицкий И.В. Охлаждение бортовой аппаратуры авиационной техники. - М.: Машиностроение. - 1987 г. - С. 114-118, прототип.
Система жидкостного охлаждения радиотехнических устройств, содержащая пополнительный бак, соединенный с расширительным баком, подключенную к пополнительному баку своими выходом и входом жидкостную магистраль, которая оснащена насосным агрегатом, датчиками давления и температуры, и теплообменники соответствующих радиотехнических устройств, подключенные к жидкостной магистрали, отличающаяся тем, что в нее введен охлаждаемый теплообменник, размещенный в коробе с циркулирующей забортной водой, при этом корпус антенного устройства, в котором размещены пополнительный и расширительный баки и теплообменник передатчика, а также корпус подъемно-мачтового устройства, в котором размещены насосный агрегат и теплообменник микроэлектронных блоков подъемно-мачтового устройства, выполнены в герметичном исполнении, участок жидкостной магистрали между корпусом подъемно-мачтового устройства и внешним теплообменником выполнен в виде гибкого двухканального трубопровода из шарнирных звеньев, а насосный агрегат содержит шестеренный насос и приводной электродвигатель, ротор которого установлен на общей оси с ведущей шестерней шестеренного насоса и помещен в герметичный стакан, отделяющий полость ротора от статора приводного электродвигателя.
