Диссертация (1025207), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Экспериментальное определение суммарных потерь на трение иперетечки. Испытания в режиме пневмомотора на воздухе. Построениемеханических характеристик для различных степеней расширения.2. Разработкаалгоритматепловогоигеометрическогорасчётаспирального детандера с учётом особенностей протекания рабочего процесса.3. Создание расчётной модели потерь для данной машины и сравнение ихс экспериментальными. Оценка распределения потерь при разных режимах.4. Анализ полученных результатов. Сравнение характеристик с другимитипами детандеров и данными других исследований.5. Выработкапрактическихрекомендацийдлясовершенствованияпараметров рабочего процесса и характеристик спирального детандера дляповышения термодинамической эффективности.7Научная новизна:1.
Создан алгоритм теплового и геометрического расчёта спиральногодетандера. Алгоритм был проверен с помощью проведённых экспериментов.2. Получены данные о работе одного спирального детандера на воздухе,углекислоте,гелии,аргоне,хладонеR141b.Проведеносравнениехарактеристик при работе на указанных рабочих телах.3.
Получены экспериментальные данные о зависимости изоэнтропногоКПД от температуры рабочего тела на входе в детандер.4. Выявлена стабильная работа спирального детандера при условииподачи на вход машины парожидкостной смеси при работе на R141b.5. Проведены испытания машины как в режиме детандера, так и в режимепневмомотора. Проведено сравнение максимума изоэнтропного КПД приработе в режиме детандера и минимума удельного расхода при работе в режимепневмомотора.Практическая значимость работы:1. Разработанный и проверенный алгоритм расчёта позволяет получатьгеометрические характеристики проектируемых спиральных детандеров.2.
Создана методика проведения эксперимента, с помощью которойвозможно испытать другие спиральные детандеры. Полученные значенияотносительных потерь можно использовать для сбора статистики для машинразличных типоразмеров. Эти данные позволят с допустимой инженернойточностью рассчитывать новые спиральные детандеры.3. Экспериментальные данные показывают, что максимум изоэнтропногоКПД примерно одинаков для различных рабочих веществ (доказано для аргона,воздуха, углекислоты, хладона R141b), но достигается при разных степеняхрасширения.
Таким образом, возможно для вновь создаваемых спиральныхдетандеров моделировать экспериментом на воздухе работу на других рабочихтелах.4. Проведённые эксперименты в режиме компрессора доказываютвозможность обратимости машины.85. Стабильнаяработадетандеравпарожидкостнойобластисвидетельствует о том, что спиральный детандер способен работать вместодросселя в парокомпрессионных холодильных машинах.На защиту выносятся:1. Экспериментальные данные зависимости изоэнтропного КПД отстепени расширения для воздуха, аргона, гелия, углекислоты, хладона R141b.Зависимость изоэнтропного КПД и удельного расхода от частоты вращения.2.
Зависимость момента трения от частоты вращения и расхода перетечекот степени расширения.3. Блок-схема расчёта. Результаты расчёта машины для условиймаксимума КПД при работе на воздухе. Сравнение расчётной зависимостиобъёмного расхода на выходе из детандера с экспериментальной.4. Результаты разделения потерь при работе на воздухе на различныхрежимах.Апробация работы. Основные положения и результаты работы былипредставлены на 3 конференциях: Международной конференции «Криогенэкспо» (Москва, 2011), Международной конференции с элементами научнойшколы для молодёжи «Инновационные разработки в области техники и физикинизкихтемператур»(Москва,2011),Международнойконференции«Чиллвента» (Москва, 2012).Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 работ, в том числе 4 вжурналах из перечня ВАК РФ.Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, шестиглав, выводов, списка литературы и приложения.
Работа изложена на 144страницах текста, содержит 80 рисунков, 34 таблицы и список литературы из 33наименований.В первой главе раздел 1.1 посвящён областям применения спиральногодетандераисуществующимисследованияммашины.Рассмотреноиспользование спиральной машины в цикле Ренкина, цикле ЧистяковаПлотникова, в качестве детандера в холодильной технике, в качестве9пневмомотора. В разделе 1.2 рассматриваются существующие методикирасчёта спиральных компрессоров. Рассмотрены формулы расчёта объёмапарной полости спиралей из полуокружностей, для спирали Архимеда испирали Архимеда переменной толщины.
На основании проведённого анализабыли сформулированы цели и задачи исследования.Во второй главе в разделе 2.1 описана установка для испытанийспирального детандера. В разделе 2.2 приведена методика проведенияэксперимента. В разделе 3.3 указаны зависимости изоэнтропного КПД отстепени расширения и зависимость изоэнтропного КПД от частоты вращенияпри работе на воздухе. В разделах 2.4, 2.5, 2.6 приведены данные обиспытаниях на аргоне, углекислоте и гелии соответственно. На аргоне иуглекислоте была получена зависимость изоэнтропного КПД от степенирасширения при одной частоте вращения, для гелия получена одна точка.Раздел 2.7 посвящён описанию установки и результатам эксперимента нахладоне R141b.
Вместо баллона в установке подключался парогенератор,заполненный хладоном. В разделе 2.8 показано, как машина выходит на режимпо температуре на выходе и приведены графики зависимости температуры навыходеотвремениэксперимента. Раздел 2.9посвящёнзависимостиизоэнтропного КПД от температуры на входе в детандер при работе на воздухе.Было установлено увеличение КПД с ростом температуры на входе. Раздел 2.10описаны результаты испытания машины в режиме компрессора. К машинечерез ременную передачу был подключен асинхронный электродвигатель,частота вращения которого регулировалась частотным преобразователем.Раздел 2.11 посвящён тепловому балансу установки. Для испытываемоймашины должно выполняться равенство холодопроизводительности, мощностина валу, и теплоты, снятой с электромагнитного тормоза. Было установлено,что эти 3 величины равны с точностью 5 %.
В разделе 2.12 описаноэкспериментальное определение механических потерь в детандере. Дляопределения зависимости момента трения от частоты вращения к валу былподключен электродвигатель, частота вращения которого задавалась частотным10преобразователем. Раздел 2.13 посвящен определению суммарных потерь наперетечки в спиральном детандере.относительныхпотерьнаВохлаждениеразделе2.14масла.Разделописан2.15расчётпосвящёнопределению погрешности эксперимента при работе в режиме детандера.Результаты показывают, что абсолютная погрешность изоэнтропного КПД длявоздуха максимальна при низком давлении и составляет ±3,1 %.
Раздел 2.16посвящён описанию эксперимента в режиме пневмомотора. В разделе 2.17приведены результаты испытаний машины в режиме пневмомотора на воздухе.Построены зависимости мощности, расхода, удельного расхода от частотывращения для различных степеней расширения. В разделе 2.18 произведенаоценка погрешностей эксперимента при работе в режиме пневмомотора.В третьей главе в разделе 3.1 описаны особенности исследуемоймашины, которые необходимо учитывать при расчёте, полученные в ходеэкспериментального исследования. Описаны основные возможные потери вспиральной машине, их влияние и вывод о необходимости их учитывать врасчёте.
Раздел 3.2 посвящён выбору математического описания геометрииспиралей. Были выбраны уравнения, описывающие геометрию спиралейАрхимеда переменной толщины. В разделе 3.3 приведена информация орасчёте объёма парной полости спиралей путём интегрирования уравненийспирали.
В разделе 3.4 отмечено, что способ получения значения объёмапарной полости путём интегрирования не всегда удобен, и учитывая, чтозависимость объёма парной полости от угла поворота в случае процессарасширения газа – линейная, можно вывести простую зависимость. Выведенноеуравнение даёт погрешность для 2π ≤ θ ≤ 4π по сравнению с данными,полученными интегрированием, не более ± 2 %. В разделе 3.5 описанопостроение зависимости давления от угла поворота вала для полученияиндикаторной диаграммы. Раздел 3.6 посвящён оценке потерь на выхлоп иливпуск газа.
Путём исследования индикаторных диаграмм была выведенаформула расчёта относительных потерь на выхлоп или впуск газа. В разделе 3.7представленразработанныйалгоритмрасчётаспиральногодетандера.11Алгоритм позволяет по введённым давлению на входе, температуре на входе,давлениюнавыходе,частотевращениявалаирасходуполучатьгеометрические характеристики машины.В четвёртой главе в разделе 4.1 приведена информация по расчётуобъёмного расхода машины по известным геометрическим характеристикаммашины и расходу перетечек. Проведено сравнение расчётной зависимостиобъёмного расхода от частоты вращения с экспериментальными данными.
Вразделе 4.2 описано, как по известным значениям относительных потерь найтиизоэнтропныйКПД.Раздел4.3посвящёнрасчётукоэффициентбыстроходности машины. Установлено, что на режиме максимума КПД приработе на воздухе и в случае работы в режиме компрессора на хладоне R134aкоэффициенты быстроходности примерно равны. В разделе 4.4 проведенапроверка разработанного алгоритма расчёта. Было установлено, что отличиеполученныхгеометрическиххарактеристикмашиныотличаетсяотхарактеристик испытываемой машины не более чем на 7 %.В пятой главе в разделе 5.1 описан анализ результатов в режимедетандера.
Проведено сравнение полученных результатов со сходнымиданными другого исследования. Также был поставлен ряд вопросов, которыенеобходимо будет решить в дальнейших исследованиях.Вразделе5.2проведён анализ результатов в режиме пневмомотора. Показано, чтоиспытаннаямашинаобладаетхарактеристикамилучшесуществующихсерийных образов для данного диапазона мощностей на валу. Раздел 5.3посвящён сравнению характеристик при работе в режиме детандера ипневмомотора. Было установлено, что максимум изоэнтропного КПД иминимум удельного расхода достигается при приблизительно одной частотевращения.В шестой главе в разделе 6.1 описаны рекомендации по улучшениюмашины. Отмечено, что одними из главных потерь в машине являются потерина перетечки газа.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
