Диссертация (1025207), страница 15
Текст из файла (страница 15)
Для изоэнтропного КПД Pвх=2,6,для удельного расхода Pвх=2,5.Воздух60ηsq∙10,ηs50м3/(мин∙кВт)40q∙103020100050010001500200025003000350040004500n0, об/минРисунок 5.2. Зависимость изоэнтропного КПД и удельного расхода от частотывращенияНа Рисунке 5.2 можно увидеть, что максимум изоэнтропного КПД и116минимум удельного расхода достигаются при частоте вращения примерно 1750об/мин, что даёт основания полагать, что спиральная машина работает хорошокак в режиме детандера, так и в режиме пневмомотора при схожих параметрах.Если данное предположение верно, то можно говорить о том, что спиральнаямашина может эффективно работать в режиме пневмомотора-детандера.Данный вывод можно также использовать для обобщения результатовпоследующихэкспериментов.Например,припубликацииданныхобиспытании спиральных пневмомоторов эти данные можно будет преобразоватьдля детандера и наоборот.117ГЛАВА 6.
РЕКОМЕНДАЦИИ6.1. Рекомендации по совершенствованию машиныДля выработки рекомендаций, стоит ещё раз обратить внимание натаблицу с разделением потерь на оптимальном режиме (Таблица 22).Таблица 22НаименованиеЗначение, % Доля, %Перетечки33,566,5Трение12,424,5Охлаждение масла4,59Выхлоп00Как видим, максимальные потери происходят из-за перетечек. Дляуменьшения перетечек необходимо более точно изготавливать пары спиралей,чтобы радиальный зазор был минимален. Но стоит отметить, что усовременных спиральных компрессоров только 30 % перетечек – радиальные,поэтомудляуменьшениясуммарныхпотерьнеобходимотакжесовершенствовать торцевые уплотнения.Ещё один способ уменьшения относительной потери на перетечки газа –увеличение частоты вращения. Но нужно помнить, что в этом случаевозрастают потери на трение, с которыми также необходимо бороться.Для снижения потерь на трение необходимо совершенствовать материалторцевыхуплотнений,поверхностей,атакжеоптимизироватьулучшатьплощадихарактеристикисоприкасающихсяпротивоповоротногоустройства и подшипников.
Не исключено применение газовой смазки как вподшипниках, так и в паре спиралей, что может значительно снизить потери натрение. Например, в работе [15] проведено исследование газового подвеса118поршнейхолодильныхкомпрессоров.Выявлено,чтоупоршневыхкомпрессоров с газовой смазкой КПД выше, чем у смазываемых маслом припрочих равных условиях.Для уменьшения потерь на охлаждение масла необходимо снижатьрасход масла, поступающего в машину. Для этого можно использовать системыпринудительной смазки с поступлением масла непосредственно к пареспиралей. Решением проблемы может быть также полезное использованиехолода от масла, выходящего из машины.
Полностью решить эту проблемупозволит использование машин сухого расширения.При работе на степенях расширения значительно ниже оптимальныхмогут резко возрасти потери на впуск газа. Для снижения потерь на впуск газаможно воспользоваться впускными клапанами на боковой внешней частиспиралей. Такие клапана будут добавлять порции рабочего тела в парыспиралей в случае, если давление в них будет ниже, чем на выходе.Расчётыдостаточнопоказывают,эффективночтоприспиральныйстепеняхдетандеррасширенияможетработатьзначительновышеоптимальных.
Однако стоит помнить о том, что в момент раскрытия спиралейразность давлений между парной полостью и выходом из машины можетдостигать намного больших значений, чем между парными полостями внутримашины. Это обстоятельство может привести к механическому повреждениюспиралей из-за высоких газовых сил. Поэтому для спирального детандера,работающего в данных режимах, целесообразно увеличить толщину напоследних 0,5 оборота закрутки спиралей.Входеисследованиябыловыявлено,чтопотеринавыхлопнезначительны по сравнению с другими потерями.
Таким образом, можнорассмотреть вариант спирального детандера, в котором холод будетпроизводиться в основном за счёт процесса выхлопа, а не в процессеизоэнтропного расширения. Данное решение позволит значительно снизитьзакрутку спиралей, а, следовательногабаритыи потеринатрение.Относительные перетечки также снизятся за счёт того, что рабочий процесс в119машине будет происходить быстрее, на меньшем угле поворота вала. Можнобудет увеличить и частоту вращения за счёт снижения сил инерции отуменьшения габаритов подвижной спирали.Стоит также отметить, что спиральный детандер – одна из немногихмашин, в которой потенциально возможно реализовать противоточныйтеплообмен, совмещённый с изоэнтропным расширением. Технически этоможно реализовать за счёт циркуляции потока газа или жидкости внутринеподвижной спирали.
Таким образом будет осуществляться теплообменмежду потоком расширяющегося газа и другим потоком, идущим внутринеподвижной спирали; теплопередача будет осуществляться через стенкунеподвижной спирали. Подводя теплоту во время расширения, можно добитьсяувеличения холодопроизводительности и избавиться от одного теплообменногоаппарата в цикле.6.2. Рекомендации по использованию машиныСпиральный детандер может найти применение в областях, где нетребуется большая холодопроизводительность, степень расширения, например,для охлаждения кабин, работающих в тяжёлых температурных условиях.Успешное проведение испытаний на хладоне даёт основания полагать,что спиральная машина может найти применение в цикле Ренкина и циклеЧистякова-Плотникова.Испытания показали, что спиральный детандер может работать вшироком диапазоне частот вращения без существенного снижения КПД, чтоможет быть использовано в установках, работающих в большом диапазонерасходов, а также в системах пневмопривода, где требуется различная частотавращения на валу без использования дополнительных механизмов.Спиральный детандер позволяет работать в широких пределах постепеням расширения, что может быть полезно при его использовании всиловых циклах, работающих при разных температурах источника теплоты.120Этаособенность может быть полезнав системахпневмопривода сизменяющимся давлением питания.Наличие масла в маслозаполненном спиральном детандере можетрассматриваться не только как недостаток, но и как преимущество.
Расходмасла можно увеличить настолько, что его наличие будет оказыватьзначительное влияние на рабочий процесс. Таким образом можно увеличитьмощность на валу за счёт приближения процесса к изотермическому, что можетстать преимуществом при использовании машины в качестве пневмомотора.Механизм спиральной машины более компактен по сравнению скривошипно-шатунным механизмом в связи с тем, что рабочее движениекривошипно-шатунногомеханизмапроисходитперпендикулярноосивращения, а у спирального механизма – по оси вращения. Использование жекулачковых поршневых машин или машин с косой шайбой, лишённыхуказанного недостатка, может быть недопустимо в связи с их гораздо меньшимресурсом и низкой надёжностью.
Таким образом, имеет смысл использоватьспиральные машины для транспортных и прочих систем, где требуетсякомпактность.У спирального детандера отсутствует мёртвый объём. А получаемаястепень расширения при изоэнтропном процессе зависит только от закруткиспиралей. Таким образом, можно создать спиральный детандер с большойзакруткой спиралей, позволяющей получить высокую степень расширения.При замене поршневого детандера на спиральный нужно помнить, чтоспиральный детандер не требует раскрутки внешним приводом при старте. Прилюбом положении вала при подаче газа на незапущенную машину, она выдаётненулевой крутящий момент на валу.Эксперимент показал, что одна и та же машина может эффективноработать режимах как компрессора, так и пневмомотора.
Это важно длясоздания пневматических накопителей энергии. При избытке электроэнергииможно использовать машину в режиме компрессора и закачивать газ вресиверы, при недостатке – в режиме пневмомотора, и компенсировать121недостаток за счёт накопленной энергии. Нужно отметить, что данный виднакопления энергии эффективен только в том случае, если давление в ресиверепримерно равно давлению воздуха, подаваемого в машину. Для этогонеобходимо использовать ресиверы большого объёма, чтобы давление в них непадало значительно на этапе работы пневмомотора.Неисключеноиспользованиеспиральноймашинывкачестверасширительного устройства в парокомпрессионных холодильных машинах.Однако в этом случае условия работы машины будут крайне нестандартными –на входе в детандер необходимо подавать переохлаждённую жидкость, котораябудет кипеть по мере увеличения объёма парной полости. Для данной задачитребуется особое профилирование спиралей, а также дополнительныеисследования по возможности возникновения гидроудара.
Решение этойпроблемы является темой отдельного исследования.Как пневмомотор спиральная машина может найти применение почти вовсех областях, где требуется мощность на валу от 0,1 до 10 кВт пристандартном давлении питания.122ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ1.
Проведено экспериментальное исследование машины в режимедетандера при степенях расширения от 2,1 до 5,6 и частоте вращения от 1250 до3000 об/мин с использованием различных рабочих тел: воздух, аргон, гелий,углекислота.ПолученызависимостиизоэнтропногоКПДотстепенирасширения и частоты вращения вала детандера.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
