Диссертация (1025207), страница 6
Текст из файла (страница 6)
Датчик частоты вращения UNI-TПрибор позволяет получать частоту вращения вала за счёт измеренияколичества световых импульсов за единицу времени от отражателя. Отражатель– отрезок алюминиевой фольги, который приклеивается к валу. Источник светав приборе – лазер. Прибор показывает значение частоты вращения в реальномвремени, а также передаёт эти данные на компьютер. Пределы измерений – от10 до 99999 об/мин. Относительная погрешность измерений 0,04 %.Ротаметр ЭМИС-МЕТА 210-025А-Г:Рисунок 2.11. Ротаметр 210-025А-ГРотаметр – это прибор для измерения объёмного расхода рабочего тела. Вданном случае используется ротаметр с прозрачной колбой из оргстекла и37поплавком из нержавеющей стали. Пределы измерений – от 7 до 70 м3/час.Относительная погрешность ±4 %.
Прибор оттарирован для воздуха принормальных условиях, поэтому для получения более точных результатов вэксперименте необходимо производить корректировку в зависимости оттемпературы и давления.2.2. Методика проведения эксперимента в режиме детандераДля детандера основным параметром является температура на выходепри заданном значении степени расширения. Для оценки качества работыдетандера вводится понятие изоэнтропного КПД, которое даёт возможностьсравнить испытываемую машину с идеальной машиной, процесс расширения вкоторой представляется изоэнтропным.
Если утечка отсутствует, а работатрения полностью переходит в теплоту и подогревает газ внутри машины,изоэнтропный КПД можно записать как отношение реального теплоперепада кизоэнтропному теплоперепаду:`> =ΔaΔAb=Aвх AвыхAвх Abвых(2.1)Для расчёта энтальпий необходимо знать давление и температуру.Давлениенавыходеравноатмосферномуификсируетсявначалеэксперимента.
Таким образом, для расчёта изоэнтропного КПД необходимозамерять давление на входе, температуру на входе и температуру на выходе.Изоэнтропный КПД также изменяется в зависимости от частоты вращения вала,так как на него влияют внутренние перетечки и работа трения. Поэтому дляпроведения эксперимента измерение частоты вращения вала также являетсянеобходимым.Для того, чтобы судить о применимости машины, необходимо найтимаксимум КПД и параметры, при которых он достигается.
В связи с этимлогично использовать следующую последовательность действий:1. Измерение температуры на входе Tвх и выходе Tвых, объёмного расхода38V, крутящего момента на валу Mкр при постоянных частотах вращения n0 иизменении степени расширения πд. Рабочее тело – воздух, аргон, углекислота,гелий, хладон R141b. Определение максимума ηs.2. Измерение температуры на входе Tвх и выходе Tвых, расхода V,крутящего момента Mкр при степени расширения, соответствующей максимумуηs при изменении частоты вращения вала n0 для воздуха.3. Испытания в режиме пневмомотора на воздухе – измерение частотывращения n0, расхода V при заданной степени расширения πд и изменениикрутящего момента на валу Mкр.Основным является пункт 1.
Поэтому в этом режиме будут проведеныиспытания на различных рабочих телах. Пункт 2 позволит определить влияниечастотывращения наизоэнтропныйКПД. Пункт 3позволит снятьхарактеристики в режиме пневмомотора для дальнейшего сравнения их сработой в режиме детандера.Дополнительно к измеряемым величинам будет замеряться расход навыходеикрутящиймоментнавалу.Расходпозволитполучитьхолодопроизводительность детандера по следующей формуле:cd = eΔℎ = e(ℎвх − ℎвых )(2.2)Мощность на валу можно получить по формуле [7]:fв =gкр @jkk, кВт(2.3)В идеальном случае холодопроизводительность детандера эквивалентнамощности на валу.
В реальном эксперименте эти величины должнысоответствовать друг другу с определённой долей погрешности.Таким образом, из равенства холодопроизводительности и мощности навалу можно будет судить о корректности поставленного эксперимента.После проведения второго этапа эксперимента будут построенызависимости изоэнтропного КПД от степени расширения и частоты вращения.Эксперимент позволит найти наилучший режим работы машины, при которомдостигается максимальное значение изоэнтропного КПД.
По этому значению и39по параметрам, при которых оно достигается, машину можно будет сравниватьс другими типами детандеров.Рабочие вещества были выбраны исходя из того, что их параметры:плотность, коэффициент изоэнтропы, сжимаемость и т.д. отличаются друг отдруга. В случае, если детандер будет стабильно работать на всех рабочих телахи будут наблюдаться сходные характеристики, можно будет, во-первых,говорить о широкой области применения спиральных детандеров, а во-вторых –о возможности моделирования работой на воздухе работу с другими рабочимителами, т.е. о возможности проведения испытаний вновь создаваемыхспиральных детандеров только на воздухе в случае, если они будутпроектироваться для других газов.2.3.
Результаты эксперимента в режиме детандера на воздухеТаблица 1СтепеньрасширенияТочкаминаηs при частоте n0150020002500πдоб/мин об/мин об/мин2,137,736,733,52,441,937,635,92,746,844,840,8347,745,343,93,348,147,9453,648,948,946,23,947,748,647,94,146,847,146,14,443,544,746,3графикахРисунках2.12,2.13,2.14показаны40экспериментальные данные, тонкой линией – интерполяция. На всех графикахиспользовалась полиномиальная интерполяция 2-й степени.ηs605040302010011,522,533,544,55πдРисунок 2.12. Зависимость изоэнтропного КПД от степени расширения при1500 об/минηs605040302010011,522,533,544,55πдРисунок 2.13 . Зависимость изоэнтропного КПД от степени расширения при2000 об/мин41ηs605040302010011,522,533,544,55πдРисунок 2.14. Зависимость изоэнтропного КПД от степени расширения при2500 об/минОптимальная степень расширения составляет примерно 3,6.
Поэтому длянеё было проведено определение зависимости КПД от частоты вращения.Таблица 2n0,об/минηs, %1250150017502000225025002750300047,948,949,148,946,946,24542,5ηs 60504030201000250 500 750 1000 1250 1500 1750 2000 2250 2500 2750 3000 3250n0Рисунок 2.15. Зависимость изоэнтропного КПД от частоты вращения при πд=3,6Таким образом, была найдена оптимальная точка – частота вращения421750 об/мин при степени расширения 3,6.2.4.. Результаты эксперимента в режиме детандера на аргонеРезультаты эксперимента представлены на Рисунке 2.16, в Таблице 3.Таблица 3πд33,64,255,6ηs, %45,747,147,848,847,46050403020100123456Рисунок 2.16..
Зависимость изоэнтропного КПД от степени расширениярасшинааргоне при 1350 об/минТаблица 4Частота вращения1350 об/минСтепень расширения5,6Температура на входе в детандер19,9 °C°Температура на выходе из детандера-50,550,5 °C°Объёмный расход на выходе22 м3/часКрутящий момент на валу3,8 Н∙мНИзоэнтропный КПД47,4 %Степеньтепень расширения,расширения, при котором наблюдался максимум КПД составила43примерно 4,6.Также стоит отметить, что на аргоне была получена минимальнаятемпература на выходе из детандера – минус 50,5°C . Значения,Знаполученные вэтой точке представлены в ТаблицеТ4.2.5..
Результаты эксперимента в режиме детандера на углекислотеЭксперимент проводился толькотолько при частоте вращения вала 15001об/мин.Результаты эксперимента представленыпредставлены на Рисунке 2.17 и в ТаблицеТ4.Таблица 4πд22,533,544,5ηs, %41,345,74747,347,346,9605040302010011,522,533,544,55Рисунок 2.17.. Зависимость изоэнтропного КПД от степени расширения науглекислоте при 1500 об/минСтепеньтепень расширения,расширения, при которой наблюдался максимум изоэнтроногоКПД, составил примерно 3,5.442.6. Результаты эксперимента в режиме детандера на гелииВ связи с высокой стоимостью гелия было принято решение провестииспытание машины только на 1 точке при степени расширения 4 и при частотевращения 1350 об/мин. Результаты приведены в Таблице 6.Таблица 6Частота вращения1350 об/минСтепень расширения4Температура на входе в детандер15,3 °CТемпература на выходе из детандера-20,7 °CОбъёмный расход на выходе10 м3/часКрутящий момент на валу2,2 Н∙мИзоэнтропный КПД29,3 %Результаты показывают, что в данном случае КПД гораздо ниже, чем приработе на других газах.
Это значение нельзя объяснить тем, что в точке высокипотери на выхлоп или впуск газа. Аргон, как и гелий – одноатомный газ и у нихкоэффициенты изоэнтропы примерно равны. Но уже при данной степенирасширения у аргона наблюдается КПД, близкий к оптимальному.Нужно отметить, что гелий – единственный газ, при работе на которомотсутствовал возврат масла. Вероятно, газ настолько лёгкий и текучий, что неспособен протолкнуть частицы масла из картера в маслоотделитель.Таким образом, такое низкое значение КПД было получено из-заотсутствия циркуляции масла, а также из-за высоких потерь на перетечку вмашине – значительная часть газа просто перетекла через зазоры междуспиралями.452.7.Описание установки и результаты эксперимента на хладонеR141bИспытания на паре как рабочей среде отличаются от испытаний на газахтем, что для кипения жидкости необходимо подводить теплоту извне. С другойстороны, нерационально выбрасывать пар из машины в окружающую среду –его можно сконденсировать.
В связи с этим установка для испытаний нахладоне была модифицирована, схема новой установки представлена наРисунке 2.18.Рисунок 2.18. Схема установки с элементами, необходимыми для испытаний нахладонеДля испытаний был выбран хладон R141b, нормальная температуракипения которого составляет 32 °С, что позволяет конденсировать его приатмосферном давлении проточной водой.Красным цветом на схеме отображены новые её элементы. Давление парасоздаётся за счёт подвода теплоты в парогенераторе к жидкому R141b черезтрубчатый теплообменник. Через теплообменник проходила проточная вода изсистемы горячего водоснабжения, которая дополнительно подогревалась в46электроводонагревателе мощностью 21 кВт, таким образом её температураповышалась до примерно 100 °С. На схеме перед детандером при работе былоткрыт вентиль РВ6 при закрытых РВ4 и РВ2. Парогенератор представляетсобой стальную ёмкость объёмом 110 л, внутри которого размещёнтеплообменник, подключённыйподключённый через фланцевое соединение.На выходе рабочее тело попадало вместо маслоотделителя в конденсаторчерез РВ7.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
