Диссертация (1024726), страница 22
Текст из файла (страница 22)
[158, 167, 178].Бесконтактная передача момента от двигателя на вал ротора осуществляется спомощью магнитной муфты поз. 9 и 10. Герметичность между ведущей и ведомоймагнитной полумуфтой гарантируется керамической втулкой поз. 11. Подводактивного и пассивного газа к соответствующим соплам поз.4, 5 осуществляетсячерез газораспределители активного газа поз.1 и пассивного газа поз.2 (см.Рис. 5.21 и Рис. 5.22).Рис.
5.22. Вид РВКГ со стороны сопла подачи и сброса ПАРис. 5.23. Проточная газодинамическая часть РВКГ198Изготовлениепроточной газодинамической части ротора РВКГ (поз. 3Рис. 5.21 и Рис. 5.23) и сопел (Рис. 5.22 и Рис. 5.24) осуществлялось методомэлектроэррозии. Это позволило использовать высокопрочный титан (ВТ-6)обладающий низким коэффициентом температурного расширения и обеспечитьвысокую точность конструкции, недоступную при ранее использованныхтехнологиях [21, 112, 113, 123, 128, 146, 183].а)б)Рис. 5.24. Сопло пассивного газа РВКГ:а) – вид со стороны, прилегающей к газораспределителю пассивного потока,б) – вид со стороны направленной к роторуКонструкцией РВКГ предусмотрены коллекторы, распределяющие иобъединяющие два потока подаваемого (сбрасываемого) активного газа,обеспечивая тем самым два рабочих цикла за один оборот. Поэтому кгазораспределителю активного газа присоединяются два трубопровода (подводаи сброса активной среды).
Газораспределитель пассивного газа также имеет двавхода и два выхода, к которым присоединяются два трубных коллектора. Газ,проходя через газораспределитель, направляется в сопла и далее поступает впрямоугольные каналы вращающегося ротора. На Рис. 5.25 показано положениеканалов в створе сопла подачи и сброса активного газа.199Рис. 5.25. РВКГ в процессе сборкиПроточная газодинамическая часть РВКГ в сборе с валом и ведомоймагнитной полумуфтой показана на Рис. 5.26.200Рис. 5.26. Вал РВКГ в сборе с проточной частью (справа) и магнитной полумуфтой (слева)201Для верификации математической модели и апробации разработаннойконструкции РВКГ был создан экспериментальный стенд, принципиальная схемакоторого показана на Рис.
5.27. Общий вид РВКГ в составе стенда представлен наРис. 5.28. Технологические возможности стенда позволяют исследовать аппарат вразличных режимах работы и провести весь комплекс измерений интегральныхпараметров потоков. В качестве активной и пассивной среды использовался ПГ,подаваемыйсаккумуляторовтехнологической схемы стендакомпрессорнойАГНКС.Особенностьюявляется замкнутый контур пассивного газа(штриховая линия на Рис. 5.27).
Температура АВ определяласьпрограммойэксперимента и изменялась в диапазоне от 239 К до 196 К вследствиедросселирования потока высокого давления ПГ в редукторе КР10. Прииспользовании холодильной машины температура АВ понижалась до 172 К.Для регулирования и изменения величин расходов и давлений потоков,заданных программой эксперимента, использовалась стандартная запорнорегулирующая арматура. Изменение частоты вращения электродвигателя РВКГосуществлялось посредством преобразователя частоты Е2-8300.При проведении экспериментальных исследований проводились измеренияследующих параметров (согласно схеме представленной на Рис. 5.27):- давления газа на входах и выходах РВКГ датчиками Р12, Р13, Р14 типа«Сапфир», манометрами МН24, МН25, МН26 и МН27;- расходы активного и пассивного газов расходомерами диафрагменноготипа РМ5 и РМ7 с вторичными датчиками F5 и F7 типа «Сапфир»;- температуры газа на входах и выходах РВКГ T50, T51, T52 и Т53;- число оборотов ротора.202Рис.
5.27. Принципиальная технологическая схема стенда для испытания РВКГ203Рис. 5.28. Общий вид РВКГ на стенде204Для измерения давления использовались манометры 1-го класса точности.Торцевые зазоры измерялись при сборке аппарата при помощи измерительныхщупов второго класса точности. Для учета биения торцевых поверхностейопределялись средние зазоры по четырем измерениям в равноудаленных подиаметру точках.Измерениятемпературпотоковпроизводилисьплатиновымитермодатчиками ТПТ-6 класс А. В дальнейшем, для уточнения показаний, онибыли заменены на ТПТ-6 класс B. В качестве вторичного прибора использовалисьвосьмиканальныймикропроцессорныйизмеритель-регулятор«ТРМ-138»ирегистрирующий прибор «Альфалог 100М».
Датчики температуры проходиливторичную тарировку путем определения температуры в трех реперных точках:при кипении жидкого азота, в смеси «лед-вода», при кипении воды. Во всех трехслучаях определялось атмосферное давление. Расход активного и пассивного газаопределялся с помощью стандартной диафрагмы, перепад давления на диафрагмеопределялся с помощью дифференциального манометра САПФИР-22Р согласно[34, 35].Методика проведения эксперимента заключалась в следующем. Передвключением двигателя РВКГ вентиль ВН11 открывался полностью. Во всехтрубопроводах стенда устанавливалось давление 1,2-1,3 МПа, что определялосьвеличиной давления на всасываниикомпрессоров АГНКС. С помощьючастотного регулятора осуществлялся плавный разгон ротора РВКГ до требуемойчастоты вращения.
Далее открывался вентиль ВН10, и начиналось поступлениегаза высокого давления (активного газа) с выхода АГНКС через теплообменникAT2, фильтр Ф10 и редуктор КР-10 на РВКГ. Редуктором КР10 задавалосьдавление активного газа на входе в РВКГ согласно программе эксперимента.После пуска РВКГ давление на линии расширенного активного газа поднималосьдо 1,3-1,6 МПа в зависимости от режима. Давление сжатого пассивного газарегулировалось вентилем ВНД4. Сжатый пассивный газ охлаждался на змеевике205Z1, размещенном в емкости с водой, и после дросселирования на вентиле ВНД4подавался на вход РВКГ в качестве пассивного газа низкого давления.Стабилизация параметров активного и пассивного потока наступала через15-20 мин после включения стенда в работу. При плановом переходе с одногоэкспериментального режима на другой стабилизация параметров РВКГ наступалав течение 2-4 мин.Результаты измерений представлены в таблице П.2.1.
Паспортные значенияпогрешностей прямых измерений приведены в таблице П.2.2.Погрешностикосвенных измерений, рассчитанные по закону сложения средних погрешностей[15], приведены в таблице П.2.3.При обработке полученных экспериментальных данных использовалосьуравнения состояния с вириальными коэффициентами [36].На Рис. 5.29, а показано влияние степени расширения активного потока наадиабатный КПД при изменении среднего осевого зазора δ. При увеличениистепени расширения активного газа с 1,6 до 2,6 отмечается снижение величиныадиабатного КПД ηад РВКГ на 10-12 %. При этом уменьшение среднего осевогозазора с 0,1 до 0,045 мм приводит к увеличению КПД от 3 до 7 % висследованном диапазоне степеней расширения πк.
Согласно Рис. 5.27, б сувеличением степени расширения в отмеченном диапазоне πк примерно на третьуменьшается количество сжимаемого потока пассивного газа. Уменьшениесреднего осевого зазора приводит к увеличению величины сжимаемого газапримерно на 15 %.
При этом величина πт (степень сжатия пассивного потока) впроведенных экспериментальных исследованиях близка к степени расширения πк[77]. Полученные данные подтверждают выводы, сделанные в работе [18, 48].206а)б)Рис. 5.29. Влияние степени расширения активного потока πк на адиабатныйКПД ηад (а) и относительный расход Gп/Gа (б) при изменении среднего осевогозазора δ (внешний диаметр ротора=60 мм):« »– δ = 0,1 мм; « » – δ = 0,066 мм; « » – δ =0,045 ммС целью уменьшения влияния торможения потока активного газаподаваемого в канал торцевые поверхности стенок каналов ротора РВКГ (состороны подачи активного газа) были доработаны путем снятия фасок (см.Рис. 5.30 и Рис.
5.31).а)б)Рис. 5.30. Развертка по среднему диаметру каналов ротора:а) - до доработки, б) - после доработки207а)б)Рис. 5.31. Торцевая поверхность проточной газодинамической части РВКГа) - до доработки входной кромки б) - после доработки входной кромки208Как показано на Рис. 5.32 в результате доработки торцевой поверхностипрототочной газодинамической части ротора РВКГ расход активного газаувеличился на 6-9 %, а пассивного на 7-17 % .Рис. 5.32. Влияние степени расширения активного потока на расход пассивного иактивного газа (при торцевом зазоре δ=0,045 мм):,- расход активного и пассивного газа до доработки,- расход активного и пассивного газа после доработкиПрограммойпроведенияэкспериментальныхисследованийпредусматривалась возможность уменьшения температуры перед дросселем сиспользованием фреоновой холодильной машины до температуры 238 К, что, всвою очередь, позволяло понижать температуру АВ на входе в каналы РВКГ до180 К.
Таким образом, согласно Рис. 5.33, работа РВКГ происходила в областидвухфазных состояний ПГ. Зафиксированное значение температуры АН 158 Кпри давлении 1,58 МПа позволяет утверждать, что РВКГ устойчиво работает вдвухфазной области (см. таблицу П.2.1).209Рис. 5.33. Область работы РВКГ в сравнении с областью работы турбодетандерана ГРС-4 (см. гл.
3)Кроме того, подтверждена устойчивая работа в условиях загрязненностипримесями (вода, масло, тяжелые углеводороды).5.1.4. Сопоставление экспериментальных данных и результатов расчетасогласно нелинейной математической моделиДля наглядного представления процессов в РВКГ был использован опытпостроения индикаторной диаграммы известной машины Гиффорда-Мак-Магонас газовым поршнем, а так же детандера с газовым поршнем, исследованного вработеО.Е. Панковой[63].Наосноверезультатоврасчетовсогласноразработанной математической модели была построена индикаторная диаграм,представленная на Рис. 5.34.
Ось абсцисс соответствует относительномуположению контактнойповерхности,условноразделяющейактивныйи210пассивный газ. Положение контактной поверхности определялось исходя измассы подаваемого и сбрасываемого из канала активного газа. Ось ординатсоответствует средним давлениям активного и пассивного газа, рассчитываемымпо параметрам в расчетных ячейках. При определениивеличин среднегодавления газа процессы в ЭК считались адиабатными. Следует также отметить,что представленные на Рис.
5.34 расчетные данные соответствуют конкретнойконструкции РВКГ и условиям экспериментального исследования, которыеприведены в предыдущем параграфе.Подача АВ в канал сопровождается ростом среднего давления газа в каналена углах 1А-2А и последующим падением до Р2акт на углах 2А-5А, чтообъясняется сбросом в окно ПВ на углах 1П-4П. На углах 4П-5А в полностьюзакрытом канале наблюдаются существенные колебания средних параметровактивного и пассивного газа (зона «Z»), связанные с наличием части пассивногогаза остающейся в энергообменном канале после 1 фазы рабочего процесса - такназываемой «газовой пробки». Сброс активного газа в сопло АН на углах 5А-8Аначинается с незначительного подъема давления (в связи с приходом отраженныхударной волной 1 и волной торможения 1 – см.
Рис. 5.19). В дальнейшемнаблюдается снижение давления активного газа до величины Р3акт (давления АН).На основе полученной индикаторной диаграммы оказалось возможнымвыделить основные процессы, происходящие в энергообменном канале [2,76].211Рис. 5.34.
Расчетная индикаторная диаграмма для πк = 2,16212Расширение активного газа на первой фазе относительно первоначальногодавления P1акт в сопле АВ до давления Р2акт происходит при его впуске в канал(углы 1А-4А); при существующих небольших степенях расширения этот процессс большой степенью точности можно считать процессом изоэнтропногорасширения с совершением внешней работы, используемой для сжатияпассивного газа.На второй фазе адиабатного расширения активного газа (с давления Р2акт доP3акт на углах 5А-8А), подаваемый на углах 5П-8П пассивный газ полностьюзаменяет активный.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
