Диссертация (1024726), страница 19
Текст из файла (страница 19)
на месторождении Saint Marcet (Франция) [122]. Опытнопромышленная установка испытывалась при изменении входного давления от 0,5до 1,8 МПа. В 1972 г. на месторождении Лак (Франция) была смонтированавторая опытно-промышленная установка [153]. Промышленная установканизкотемпературной сепарации факельного нефтяного газа с ПОГ пущена вэксплуатацию с 1972 г. в Габоне [142]. В России первые испытания опытногоаппарата ПОГ были проведены в 1978 г. на Крестищенском газоконденсатномместорождении [17].Применительно к задачам криогенной техники, в МГТУ им. Н.Э.
Бауманаисследовался пульсационный охладитель на воздухе (при давлении на входе вПОГ 10..20 МПа) и на гелии в диапазоне входных параметров (давлении1..0,3 МПа и температуре 8..20 К) [21].173ИсследованияПОГсмеханическойсистемойгазораспределения,устройство которых приведено на Рис. 5.10, показали, что частота подачи газа врецепторы оказывают существенное влияние на характеристики ПОГ.Рис. 5.10. Конструкция ПОГ с механической системой газораспределения:1 - вход ПГ; 2- сопло; 3- корпус (газораспределительная камера); 4-ЭК (рецептор);5- выход ПГ; 10 -газораспределительПри поступлении во входное отверстие ЭК активного газа формируетсяпадающая ударная волна (ПУВ), а при его выпуске в газораспределительнуюкамеру - волна разрежения (ВР).
Указанная система волн движется к концевомуучастку ЭК, отражается от него и возвращается к его входному отверстию в видеотраженной ударной волны (ОУВ) и обратной волны разряжения (ОВР).Установлены частоты, на которых величина КПД максимальна, а расходминимален, и наоборот. Для объяснения данного факта на Рис. 5.11 и Рис. 5.12представлены волновые диаграммы для таких частот. Из анализа диаграммследует, что взаимодействие активной среды в начальном участке рецептора сволнами, отражёнными от его концевого участка определяет режим работы ПОГ.На режимах максимального КПД контакт сопел с рецепторами происходитпочти одновременно с приходом к входным отверстиям рецепторов ОУВ(Рис. 5.11).174Рис.
5.11. Волновая диаграмма ПОГ в режиме максимального КПДНа режимах минимального КПД (Рис. 5.12) контакт сопла с рецепторамипроисходит в момент, когда входных отверстий рецепторов достигает отражённаяволна разрежения ОВР, а частота вращения ротора совпадает с резонанснойчастотой, рассчитанной по акустической теории для открытой трубы [67].Рис. 5.12. Волновая диаграмма ПОГ в резонансном режимеИспытания аппаратов без внешнего привода, с использованием частиэнергии охлаждаемого газа, выявили неустойчивую работу устройств на режимахмаксимального значения адиабатного КПД и самопроизвольный переход нарежимы минимального КПД. Уменьшить влияние взаимодействия активнойсреды в начальном участке рецептора с волнами, отражёнными от его концевогоучастка на частоту вращения газораспределителей ПОГ можно двумя способами:175- путем создания условий, при которых на любой частоте одна частьрецепторов работает в режиме максимального КПД, а другая часть в режимеминимального КПД.
Поставленная цель достигается использованием ЭКразличной длины [70];- путем создания независимой от частоты вращения газораспределителявеличины давления приёмного газа в начальных участках ЭК. Для этого передконцевыми емкостями ЭК размещаются диафрагмы, что снижает интенсивностьвлияния отражённых волн.Однаиз крупнейшихустановок, оснащённыхаппаратамиПОГсмеханической системой газораспределения, эксплуатируется на нефтяномморском месторождении в Индонезии с 1980 г [134].Для обеспечения холодом установок низкотемпературной обработкиуглеводородных газов ВНИИГАЗом разработаны и внедрены на Сосногорскомгазоперерабатывающемзаводе4модификацииаппаратовПОГпроизводительностью до 10 тыс.
м3/час ПГ.Энергообменниками называются устройства, в которых энергия активнойсреды, в результате её расширения, передаётся посредством ударных волнпассивной среде при их непосредственном контакте [28]. В зависимости оторганизации фаз газораспределения, энергообменник способен работать в трёхрежимах: детандер-компрессор, делитель потока и уравнитель давлений потоков(волновой эжектор) [44]. На практике энергообменники применяются для наддувадизельных двигателей [124, 131,150, 158, 170, 174, 184] и в газотурбинныхциклах [100, 122, 126, 148, 167].На Рис. 5.13 показано устройство энергообменника, предназначенного дляработы в режиме детандер-компрессора: цилиндрический ротор 1, вращающийсямежду неподвижными торцевыми дисками 2 и 3, выполняющими рольгазораспределителей.
В торцевых дисках выполнены газораспределительные окнадляподачиивыходаактивнойипассивнойсреды.Количество176газораспределительных окон может быть различным и зависит от числа цикловрабочего процесса за один оборот ротора.Рис. 5.13. Основные конструктивные элементы энергообменника (петлевая схемаподачи сред):АВ - активная среда высокого давления; АН - активная среда низкогодавления; ПВ - пассивная среда высокого давления; ПН - пассивная среда низкогодавления; 1-ротор; 2- газораспределительный диск активной среды; 3 распределительный диск пассивной среды; 4 – энергообменные каналыВпервые принцип работы энергообменника описал Герцберг [100, 173],рассмотрев три цикла: основной, идеальный и модифицированный.Принципиальные волновые диаграммы этих циклов показаны на Рис.
5.14.177a)б)в)Рис. 5.14. Принципиальные волновые диаграммы основного (а), идеального(б) и модифицированного (в) циклов работыэнергообменников [100, 173]:- ударная волна;- волна разрежения;- контактная поверхностьПринцип работы устройства согласно основному циклу (Рис. 5.14, а)представляется следующим. В начальный момент времениэнергообменныйканал ротора заполнен пассивной средой низкого давления ПН.
Поступлениеактивной среды АВ в энергообменные каналы сопровождается её расширением иформированием ударной волны, которая, распространяясь вдоль энергообменногоканала, сжимает среду низкого давления. При сообщении энергообменного каналас окном отвода активной среды АН начинается истечение газа с образованиемвеера волн разрежения, снижающего давление в канале. По достижениигазораспределителя пассивного газа волны разрежения отражаются, вызываядальнейшее падение давления в энергобменном канале, что обеспечиваетпоступление очередной порции пассивной среды ПН в энергообменные каналы.Далее цикл повторяется. Окна подвода и отвода сред располагаются такимобразом, чтобы исключить выход поверхности раздела активной и пассивной средза пределы энергообменного канала и обеспечить заданные расходы газа.178Основномуциклуприсущрядпотерь,ограничивающихеготермодинамическую эффективность:- потери при сжатии пассивного газа ударной волной.
Распространениеударнойволныпогазувызываетростегоэнтропииитермодинамической эффективности энергообмена [100, 160]. Пристепенях расширения изменениепараметров газа в каналеснижениемалыхможно считатьизоэнтропным [53];- смешение сред на контактной поверхности. В качестве основнойпричинысмешенияможноотметитьконечностьвремениоткрытияэнергообменного канала, что приводит к образованию турбулентности на егоначальном участке;- теплообмен между средами. Поскольку стенки энергообменных каналовпопеременно омываются активной и пассивной средами, происходит теплоотдачаот горячего газа к стенкам ротора и от стенок ротора к холодному потоку [100];- перетечки газа.
Окружные и радиальные перетечки газа из полостивысокого давления в полость низкого приводят к дополнительному смешениютеплой и холодной сред.На Рис. 5.14, б представлен идеальный цикл работы энергообменников,который позволяет снизить потери от сжатия пассивного газа ударной волнойпутем использования системы передающих каналов, соединяющих окна 1" и 1',2' и 2". Такая конструкция позволяет организовать многоступенчатый процесссжатия пассивной среды. Система передающих каналов устроена так, что частьсжатой пассивной среды используется в следующем цикле в качестве активнойсреды высокого давления, а часть расширенной активной среды - в качествепассивной среды низкого давления. Очевидно, что такую конструкцию сложнореализовать на практике, поэтому Герцберг предложил упрощённый вариантидеального цикла - модифицированный цикл.В модифицированном цикле (Рис. 5.14, в) предлагается использовать лишьодин передающий канал, соединяющий окна 1' и 1".
Предотвращение перетечек179из окна 1" газа через энергообменные каналы с высоким давлением вэнергообменые каналы с низким давлением осуществляется за счёт размещениявблизи окна 1" диффузоров. Таким образом, удаётся избежать использованиясложной системы передающих каналов, и повысить эффективность цикла за счётиспользования только одного передающего канала.Аналогичная идея о реализации многоступенчатого сжатия предложена в[28] применительно к петлевой схеме движения сред в газораспределителях, гдепо обе стороны от окон впуска активной и пассивной сред предлагаетсявыполнить дополнительные окна среднего давления, сообщенные между собойперепускными каналами. В упрощённом варианте данного патента предлагаетсяодин передающий канал, соединяющий окна среднего давления, расположенныепо обе стороны от окна входа активной среды [125].
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
