Автореферат (1025206), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Выведенное уравнение даёт погрешность для 2π ≤ θ ≤ 4π посравнению с данными, полученными интегрированием, не более ±2% ивыглядит следующим образом:= 36,729&' ( − 12,324( + 12.893&' ( − 0.0281( ∙ − 20 1, (5)где h – высота спирали, м;r0 – полярный радиус спирали, м;e – эксцентриситет спирали, м;θ – угол поворота вала машины, рад.В пятом разделе описано построение зависимости давления от углаповорота вала для получения индикаторной диаграммы.Шестой раздел посвящён оценке потерь на выхлоп или впуск газа.Отмечено, что в момент раскрытия спиралей в зависимости от давления навходе в детандер может быть давление как выше давления на выходе, так иниже.
В первом случае будет наблюдаться процесс выхлопа, во втором –впуска газа. Данный эффект возникает в связи с тем, что машина – сгеометрической степенью расширения, отношение объёмов парных полостейв начале расширения и в конце является постоянной величиной и зависит отгеометрических характеристик спиралей. Путём исследования индикаторныхдиаграмм была выведена формула расчёта относительных потерь на выхлопили впуск газа:выхл=1−239433 67 4493 67 4 6:5 85 84 634 63 6739462 67 4:(6)В разделе 3.7 представлен разработанный алгоритм расчётаспирального детандера. Алгоритм позволяет по введённым давлению навходе, температуре на входе, давлению на выходе, частоте вращения вала ирасходу получать геометрические характеристики машины. Расчёт ведётсяпо реальным свойствам веществ, сравнивая идеальный изоэнтропныйпроцесс расширения с реальным, благодаря найденным в экспериментеотносительным потерям и рассчитанной потере на выхлоп.Четвёртая глава посвящена расчётному определению характеристикмашины и разделению потерь, состоит из четырёх разделов.В первом разделе приведена информация по расчёту объёмногорасхода машины по известным геометрическим характеристикам машины ирасходу перетечек.
Проведено сравнение расчётной зависимости объёмногорасхода от частоты вращения с экспериментальными данными. Показано, чтозависимость попала в доверительный интервал.11Во втором разделе описано, как по известным значениямотносительных потерь найти изоэнтропный КПД:= 1 − пер − тр − масл − выхл(7)Отмечено, что основными потерями в спиральном детандере являются:1. Перетечка газа от входа к выходу2. Трение3. Охлаждение смазывающего масла4.
Выхлоп или впуск газа на выходеПо указанным выше формулам был произведён расчёт относительныхпотерь для различных степеней расширения (Рисунок 8). Показано, чтовлияние выхлопа при данных условиях несущественно, поэтому он непоказан.1-ηs0,70,60,4РеальныепотериПеретечка0,3+Трение0,50,2+Масло0,10012345πдРисунок 8. Зависимость потерь от степени расширения при работе на воздухепри частоте вращения 1500 об/минБыло установлено, что если взять все потери за 100%, то в точкемаксимального изоэнтропного КПД на воздухе потери на перетечкусоставили 66,5%, на трение – 24,5%, на охлаждение масла – 9%.Раздел 4.3 посвящён расчёту коэффициент быстроходности машины.Установлено, что на режиме максимума КПД при работе на воздухе и вслучае работы в режиме компрессора на хладоне R134a коэффициентыбыстроходности примерно равны.В разделе 4.4 проведена проверка разработанного алгоритма расчёта.Было принято решение рассчитать машину на условиях, при которых былнайден максимум КПД при работе на воздухе.
Было установлено, чтоотличие полученных геометрических характеристик машины отхарактеристик испытываемой машины не более чем на 7%, что допустимодля инженерных расчётов.12Пятая глава посвящена анализу полученных результатов ирекомендациям. Состоит из трёх разделов.В первом разделе описан анализ результатов в режиме детандера.Выявлено, что полученные значения изоэнтропного КПД являютсядостаточно высокими,высокими учитывая, что машина работает при относительноневысоких расходах и степенях расширения.
Проведено сравнениеполученных результатов со сходными данными другого исследования(Рисунок 9); уровниовни максимального изоэнтропного КПД, полученного нахладоне, примерно совпадают.S. Quolin , 2009, R245fa70605040302010011,522,533,544,55Рисунок 9. Зависимость изоэнтропного КПД от степени расширения дляхладона R141b.. Пунктиром показан график с приведённой к 20 °Стемпературой на входеТакже был поставлен ряд вопросов, которые необходимо будет решитьв дальнейших исследованиях.Во втором разделе проведён анализ результатов в режимепневмомотора.Показано,чтоиспытаннаямашинаобладаетхарактеристиками лучше существующих серийных образцовобраздля данногодиапазонаазона мощностей на валу.Третий раздел посвящён сравнению характеристик при работе в режимедетандера и пневмомотора.
Была построена зависимость изоэнтропного КПДи удельного расхода (Рисунок 10). Рисунок показывает, что максимумизоэнтропного КПД и минимумминимум удельного расхода достигается приприблизительно одной частоте вращения – 1750 об/мин. Таким образом, однумашину можно эффективно использовать одновременно для полученияхолода и выработки работы.13ηsq∙10,60ηs50м3/(мин∙кВт)40q∙103020100050010001500200025003000350040004500n0, об/минРисунок 10. Зависимость изоэнтропного КПД (давление на входе – 2,6бар) и удельного расхода (давление на входе – 2,5 бар) от частоты вращенияна воздухеШестая глава посвящена выработке рекомендаций и состоит из двухразделов.В первом разделе описаны рекомендации по улучшению машины.Отмечено, что одними из главных потерь в машине являются потери наперетечки газа.
Перетечки можно снизить путём увеличения точностиизготовления спиралей, совершенствованием уплотнений. Также возможноиспользование полученного алгоритма расчёта для целей оптимизацииотносительных потерь, что позволит в дальнейшем создавать машины сбольшим изоэнтропным КПД. Однако для осуществления оптимизациинеобходимо набрать статистику по потерям в различных спиральныхдетандерах. Было установлено, что потери на выхлоп не оказываютсущественного влияния на изоэнтропный КПД при относительно малыхстепенях расширения. За счёт уменьшения габаритов спирали, можнодобиться снижения потерь на трение и эффективно использовать процессвыхлопа.Во втором разделе даются рекомендации по использованию машины.Отмеченные выше преимущества машины, дают основания полагать, чтоспиральный детандер может работать в составе малорасходных воздушныххолодильных машин.
Например, для целей охлаждения кабин. Надёжность ипростота спирального детандера позволит использовать его в качестведвигателя в цикле Ренкина и цикле Чистякова-Плотникова. Полученнаяинформация о возможности работы в парожидкостной области, даютоснования полагать, что спиральный детандер возможно использовать вкачестве замены дросселя в парокомпрессионных холодильных машинах.Полученные экспериментальные данные о работе машины в режимепневмомотора говорят о том, что использование спиральной машины в14качестве пневмопривода и в системах резервного электроснабженияперспективно.ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ1.1. Проведено экспериментальное исследование машины в режимедетандера при степенях расширения от 2,1 до 5,6 и частоте вращения от 1250до 3000 об/мин с использованием различных рабочих тел: воздух, аргон,гелий, углекислота.1.2.
Получены зависимости изоэнтропного КПД от степени расширенияи частоты вращения вала детандера.1.3. Выполнена оценка погрешности измерений – максимальнаяпогрешность определения ηs при работе на воздухе составляет ±3,1%.1.4. Доказано, что спиральная машина может работать эффективно как врежиме компрессора, так и в режиме детандера; максимум ηs , полученный вэксперименте составляет 58,9%.1.5. Установлена устойчивая работа спирального детандера впарожидкостной области для хладона R141b.1.6. Проведено исследование спиральной машины в режимепневмомотора на воздухе.
Установлено, что максимумы КПД при работе врежиме детандера и пневмомотора совпадают.2. Предложена и разработана методика расчёта спирального детандера.Методика была проверена сравнением расчёта с экспериментальнымиданными.3. Произведен анализ структуры потерь и основные составляющие.Построены зависимости относительных потерь от степени расширения ичастоты вращения для воздуха. Произведено сравнение суммыотносительных потерь с изоэнтропным КПД, полученным в эксперименте.4. Проведён анализ полученных результатов, который показал, чтопредложенная методика позволяет с точностью приемлемой для инженерныхрасчётов (7%), рассчитывать геометрические характеристики машины,проводить сравнение исследуемой машины с существующими образцами ирезультатами других исследований.5.
Предложены рекомендации по улучшению спиральной машины дляработы в режиме детандера. Показаны предполагаемые области применения.Основное содержание работы отражено в следующих публикациях:1. Публикации в центральных изданиях, включённых в переченьпериодических изданий ВАК РФ:1. Бозров В.М., Ивлев В.И, Воронов В.А. Экспериментальноеопределение механических характеристик спирального пневмомотора //Проблемы машиностроения и автоматизации, 2013. №4. С. 52-54 (0,35 п.л./0,1 п.л.).152. Бозров В.М., Ивлев В.И, Воронов В.А. Оценка техническихпоказателей перспективных спиральных пневмомоторов // Компрессорнаятехника и пневматика, 2014. №1.
С. 26-29 (0,46 п.л./ 0,12 п.л.).3. Бозров В.М, Ивлев В.И, Воронов В.А. Исследование работыспиральной машины в режиме пневмомотора-детандера // Проблемымашиностроения и надёжности машин, 2015. №2. С. 16-21 (0,67 п.л./ 0,2 п.л.).4. Воронов В.А., Леонов В.П.
Испытания спирального детандера наразличных режимах // Химическое и нефтегазовое машиностроение, 2015.№1. С. 23-25 (0,33 п.л./ 0,28 п.л.).2. Публикации в других изданиях:1. Воронов В.А., Леонов В.П. Спиральные детандеры: особенности,возможное применение, расчёт //Сборник тезисов студенческой весны МГТУим. Н. Э. Баумана, 2011. С. 188-189 (0,17 п.л./ 0,15 п.л.).2. Воронов В.А. Установка для испытаний спирального детандера //Сборник тезисов криоген-экспо, 2011. С. 25-27 (0,21 п.л./ 0,21 п.л.).3.
Воронов В.А., Леонов В.П. Установка для испытаний спиральногодетандера // Сборник тезисов конференции «Чилвента», 2012. С. 3 (0,06 п.л./0,05 п.л.).4. Воронов В.А., Леонов В.П., Розеноер Т.М. Испытания спиральногодетандера // Вестник МГТУ серия «Машиностроение», спецвыпуск №1, 2013.С. 132-136 (0,45 п.л./ 0,38 п.л.).5. Воронов В.А., Леонов В.П., Розеноер Т.М. Двухступенчатыйхолодильный цикл с детандером на диоксиде углерода // Вестник МГТУсерия «Машиностроение», спецвыпуск №1, 2013. С. 137-141 (0,43 п.л./0,35 п.л.).6. Спиральный детандер: патент на полезную модель 130055 РФ /Воронов В.
А. заявл. 01.02.2013; опубл.10.06.2013.16.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
