Диссертация (1025207), страница 7
Текст из файла (страница 7)
Конденсатор охлаждался проточной водой. Жидкий фреон изконденсатора стекал в ресивер.Для контроля давления на выходе был установлен манометр.маноДлярегулировки давления использовался вентиль РВ8. В ходе экспериментовдавление на выходе было равно атмосферному.Таблица 7πд2,53,33,744,3ηs, %53545555562,5370605040302010011,523,544,55Рисунок 2.19. Зависимость изоэнтропного КПД от степени расширения наR141b при 1350 (2100) об/минПри степени расширения 2,5 частота вращения была увеличена до 2100об/мин для предотвращения образования жидкой фазы во входных патрубках.Как было показано ранее, в связи с пологостью характеристики этонесущественно повлияет на КПД.КП47В момент пуска установки по смотровому стеклу, которое былоустановлено на выходе из парогенератора, фиксировалось наличие жидкойфазы. В некоторых случаях в детандер поступала чистая жидкость.
Тем неменее, машина стабильно работала при таких режимах.К сожалению, вероятно, из-за большей погрешности эксперимента, неудалось найти максимум зависимости изоэнтропного КПД от степенирасширения для R141b.2.8. Выход на режим спирального детандераВ эксперименте особенно важно определить, что машина вышла нарежим. Особенно сложно выводить её на режим при работе на газе, количествокоторого ограничено. Была поставлена задача использовать не более одногосорокалитрового баллона для снятия одной точки. В связи с тем, что указанногообъёма явно недостаточно, было принято решение сначала захолаживатьмашину на воздухе, и только потом переключать её на работу с другимвеществом. Благодаря тому, что в эксперименте данные записывались синтервалом 3 секунды, можно проследить, как изменялась температура навыходе в зависимости от времени.
Для примера возьмём эксперимент, вкотором была задача испытать детандер на аргоне при степени расширения 3,1.tвых, ˚C 3020100-10-20-30051015202530354045τ, минРисунок 2.20. Зависимость температуры на выходе из детандера от времениэксперимента. Захолаживание машины на воздухе480-5565758596061626364-10-15-20-25-30-35-40Рисунок 2.21.. Зависимость температуры на выходе из детандера от времениэксперимента. Работа на аргонеЕсли температура изменяется в пределах погрешности (от 0,2 до 0,3 °C),то можно считать, что машина вышла на режим.2.9.
Зависимость изоэнтропного КПД от температуры на входеВо всех предыдущих экспериментах один из параметров – температура навходе в детандер – оставался приблизительно одинаковым с точностью ±5 °C.Однако, в связи с тем, что температура на входе может значительно влиятьвлнаКПД, было принято решение провести дополнительные испытания и выявитьэту зависимость.Для данного экспериментаэксперимента был модифицирован стенд. Дополнительноеоборудование представлено на Рисунке 2.22.. Для повышения температурывоздуха на входе был изготовлен теплообменник в виде закрученной в спиральмедной трубки.
Теплообменник погружался в термостат с водой – температураводы поддерживалась на заданном уровне. Так как недорекуперациятеплообменника на одном режиме остаётся неизменной (расход воздуха итемпература воды не изменяются), температура на входе в детандерподдерживалась на неизменном уровне. Испытания проводились на воздухепри степени расширения 3,6 и частоте вращения 1500 об/мин, что близкоблиз к49оптимуму. Результаты эксперимента представлены в Таблице 8.Рисунок 2.22. Трубчатый теплообменник, погружённый в водяной термостатТаким образом, в ходе эксперимента КПД монотонно возрастал сувеличением температуры на входе.
График зависимости представлен наРисунке 2.23.Таблица 8tвх, °C6,42231,94048,454,773,6ηs, %40,148,952,354,455,456,958,91020305060ηs, %7060504030201000407080tвх, °CРисунок 2.23. Зависимость изоэнтропного КПД от температуры на входе вдетандерМаксимальный КПД, достигнутый во всём цикле экспериментов на этой50машине,составил58,9%.Характеристики,полученныевданнойэкспериментальной точке, представлены в Таблице 9.Таблица 9Частота вращения1500 об/минСтепень расширения3,6Температура на входе в детандер73,6 °CТемпература на выходе из детандера10,9 °CОбъёмный расход на выходе14 м3/часКрутящий момент на валу2,2 Н∙мИзоэнтропный КПД58,9 %2.10. Испытания в режиме компрессораИспытываемая машина изначально работала в качестве компрессора.Идея испытать машину в режиме детандера возникла в связи с тем, чтоспиральные детандер и компрессор геометрически подобны.
Однако, в данномисследовании для детандера были получены практически все возможныезависимости, тогда как никаких данных о работе в режиме компрессора нет.Поэтому было принято решение провести испытание для хотя бы одной точки.Для данного эксперимента стенд был модифицирован (Рисунок 2.24). Былснят электромагнитный тормоз и подключен через ременную передачуасинхронный электродвигатель мощностью 600 Вт.
Выход из компрессора былотключен от пневмосети, был поставлен регулирующий вентиль.Данные были получены только для одного режима, при большемдавлении испытания не проводились из-за опасности вспышки масла.Результаты эксперимента представлены в Таблице 10.51Рисунок 2.24. Общий вид стенда, переоборудованного для испытаний в режимекомпрессораТаблица 10Частота вращения1350 об/минСтепень сжатия2,1Температура на входе в компрессор32,9 °CТемпературанавыходеиз 127,7 °CкомпрессораИзоэнтропный КПД75,6 %Расход газа в данном эксперименте измерен не был.Выход на режим в случае компрессора значительно длительнее, чем вслучае детандера, и составляет порядка 3 часов.2.11.
Тепловой баланс установкиДляклассическихдетандеровсправедливоравенствомеждухолодопроизводительностью Qx и мощностью на валу Nв с точностью до52механических потерь в элементах машины за пределами полостей расширения.Для данного стенда существует также косвенный метод определения мощностина валу – по теплоте, отданной тормозом Qторм. Таким образом, должнособлюдаться равенство:cd = cторм = fв(2.4)Для испытаний был выбран режим, близкий к оптимальному.
Времяработы на заданном режиме было увеличено до 2 часов, чтобы максимальноснизить влияние тепловой инерции. Были получены следующие результаты:Таблица 11Частота вращения1600 об/минСтепень расширения3,6Температура на входе в детандер7,8 °CТемпература на выходе из детандера-26,5 °CОбъёмный расход на выходе23 м3/часКрутящий момент на валу1,8 Н∙мТемпература воды перед тормозом18,5 °CТемпература воды после тормоза27,5 °CРасход воды0,00789 кг/сМощность на валу рассчитаем по формуле (2.3):nкр ∙ [1,8 ∙ 1600== 0,302кВт95509550Теплоту, отведённую от тормоза, рассчитаем через разность температурfв =воды на входе и выходе из тормоза и расход воды:cторм =в∙ eв (tВвых − tВвх ) = 4,2 ∙ 0,00789 ∙ (27,5 − 18,5) = 0,298кВт (2.5)Холодопроизводительность определяем по температурам газа на входе ивыходе из детандера и расходу (2.2):cх =Iвозд∙ eвозд (tвх − tвых ) = 1,006 ∙ 0,009 ∙ (7,8 + 26,5) = 0,31кВтМассовый расход воздуха был рассчитан по объёмному расходу на53выходе из детандера и удельному объёму при температуре на выходе издетандера:eвозд =#w=,x= 32,4кгч= 0,009кгс(2.6)Таким образом, тепловой баланс сходится с точностью до погрешностей,чтоговоритокорректностиэкспериментаиминимальномвлияниитеплопритоков на результаты эксперимента.2.12.
Определение механических потерь в детандереОценить потери на трение теоретически для спирального детандераявляется сложной задачей из-за большого количества трущихся поверхностей.Тем не менее, можно экспериментально определить мощность трения, а,следовательно, и потери холодопроизводительности от данного эффекта. Дляэтого необходимо замерить момент сопротивления на свободном валудетандера.К свободному валу горизонтально крепится штанга с известной длиной ималой массой, к концу которой можно подвешивать гирьки. Необходимопоследовательно довешивать гирьки до того момента, когда вал начнёттрогаться.
Помножив вес гирек на длину штанги, можно определить моменттрения:nтр = yшт zг(2.7)Далее, для различных режимов можно получить мощность трения, знаямомент сопротивления и частоту вращения по формуле (2.3). По мощности,зная массовый расход детандера и изоэнтропный теплоперепад, можноопределить коэффициент механических потерь:Eтр ={тр|Ab ∙F(2.8)Указанная формула относительных потерь на трение не учитываетвлияние потерь на перетечки, поэтому в эксперименте будет использоватьсяследующая зависимость:54Eтр ={тр{в :{тр(2.9)К сожалению, очень сложно экспериментально определить потери натрение.
Единственная возможность, которую можно использовать – этозапустить машину в режиме компрессора с открытыми в окружающую средувходом и выходом. Однако, нужно учесть, что из-за особенностей спиральноймашины даже в этом случае будет наблюдаться сжатие газа в парных полостях.Но в экспериментальной машине точность эксцентриситета обеспечиваетсяприжатием одной спирали к другой за счёт центробежных сил. Этим эффектомможно воспользоваться, приняв, что при малых оборотах спирали не прижатыдруг другу и газ перетекает из одной полости в другую.Рисунок 2.25. Часть экспериментального стенда с двигателем, установленнымвместо электромагнитного тормозаТаким образом, в экспериментальном стенде вместо электромагнитноготормоза был установлен асинхронный электродвигатель, питаемый частотнымпреобразователем. Так как двигатель присоединён к датчику крутящегомомента,привращенииваламожноузнатьмоментсопротивлениямеханических потерь.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
