Диссертация (1025207), страница 8
Текст из файла (страница 8)
Было установлено, что спирали прижимаются одна кдругой при частоте вращения около 1000 об/мин. Данное событие можноотследить по скачкообразному росту крутящего момента и соответствующемузвуку, сопровождающему касание спиралей.Результаты эксперимента показали, что на отрезке до 1000 об/мин момент55сопротивления трения растёт линейно. Экспериментальные точки и результатылинейной аппроксимации приведены ниже.0,25Mкр, Н·м0,20,150,10,05005001000n0, об/мин1500Рисунок 2.26.
Зависимость момента сопротивления трения от частотывращенияДля получения данных с точностью до второго знака после запятой былаиспользована система сбора данных на компьютере, так как сам измерительотображает значение только до одного знака.График показывает, что зависимость примерно линейная на данномотрезке. И уравнение этой прямой легко использовать в расчётах. Однако,найти точку перехода к квадратичной зависимости в данном экспериментенайти не удалось.2.13. Определение потерь на перетечку газа в детандереНесмотря на то, что утечки газа в спиральном детандере практическиотсутствуют, перетечки газа могут быть существенными. Рассчитать их дляреальной машины затруднительно из-за крайней сложности измерениярадиальногозазорамежду спиралями.Можновоспользоватьсядвумяспособами определения перетечки.Первый способ – замерить расход газа при застопоренном роторе.
Еслипринять, что расход перетечки не будет зависеть от частоты вращения, то,застопорив ротор, можно однозначно определить расход перетечки в56зависимости от давления на входе (степени расширения). Так как расходперетечки значительно меньше общего расхода, измерить этот расход стоящимна стенде ротаметром не получится. Для этого можно использовать анемометр;зная площадь сечения выходной трубки, определить расход.Допущением в данном случае будет являться то, что расход утечки независит от частоты вращения, что может не совсем совпадать с реальностью изза наличия масла. При большой скорости распределение масла в зазорах можетменяться.Второй способ – определить перетечки из зависимостей объёмногорасхода от частоты вращения детандера.
Так как для машин объёмного типадействия зависимость объёмного расхода от частоты вращения представляетсобойпрямуюлинию,точтобынайтирасходперетечки,нужноэкстраполировать эту линию до значения частоты вращения, равной 0. Такимобразом можно проверить первый способ.Получив расход перетечки, можно рассчитать коэффициент потерь наперетечку при данных условиях:Eпер =FперF=#пер#выхвых(2.10)Был проведён эксперимент по определению перетечки при степенирасширения от 1 до 5 при застопоренном вале.
Скорость воздуха измеряласьанемометром, и, для диаметра поперечного сечения 40 мм измерялся расходперетечки (Рисунок 2.27).Таблица 12πдc, м/сV,3м /час101,50,520,752,5131,33,51,641,84,51,95202,263,394,525,887,248,148,599,045710Vпер, м3/час98765432101023456πдРисунок 2.27..
Зависимость расхода перетечки от степени расширенияПри оптимальной степени расширения производился эксперимент повыявлению зависимости КПД от частоты вращения. Так как в экспериментетакже фиксировался и расход, можно построить зависимость расхода отчастоты вращения (РисунокРисунок 2.28).2.28)27,52522,52017,51512,5107,552,500500100015002000250030003500n0, об/минРисунок 2.28. Зависимость объёмного расхода детандера по условиям навыходе от частоты вращениявращения при степени расширения 3,6Видим, что при нулевой частоте вращения расход равен примерно 7,658м3/час, в то время как по предыдущему эксперименту при степени расширения3,6 расход утечки составляет примерно 7,4 м3/час, что говорит о том, чтоданный подход правильный.2.14. Определение потерь на охлаждение маслаДля смазки трущихся поверхностей на вход детандера необходимопостоянно добавлять масло.
Так как масло – несжимаемая среда, то прирасширении температура непосредственно масла не изменяется, следовательно,происходит охлаждение масла газом во время и после расширения газа вмашине.Таким образом, зная теплоёмкость и расход масла, можно вычислитьпотери на охлаждение, если принять начальную температуру масла равнойтемпературе на входе в детандер:Eмасл =~м ∙Δ•∙FмΔAb ∙F,(2.11)где ΔT – разница температур на входе и выходе из детандера, К.В эксперименте расход масла постоянный и составляет примерно 0,0003кг/с. Теплоёмкость составляет 2000 кДж/(кг∙К).Были произведены дополнительные замеры температуры масла вмаслобаке после эксперимента, которые показали, что температура маслапримерно равна комнатной (т.е.
приблизительно температуре на входе вдетандер). Это можно объяснить тем, что заполнение маслобака происходитпериодически (раз в 15-20 минут) и тем, что после маслоотделителя масло походу эксперимента медленно стекает в специальный резервуар (на схеме неуказан, см. приложение) и успевает отогреться. Масло дополнительнонагревается в насосе.592.15. Оценка погрешностей эксперимента при работе в режимедетандераОсновнойпараметр,которыйбылполученвэксперименте–изоэнтропный КПД. В связи со сложностью расчёта энтальпий по другимпараметрам, особенно в случае оценки погрешности, примем, что для воздухадопустимо использовать в данном случае формулу определения изоэнтропногоКПД по температурам, приняв теплоёмкости на входе и выходе из машиныравными:`> =ΔaΔAb=~€ ∆•~€ ∆•b=•вх •вых•вх •выхb(2.12)Таким образом, для определения погрешности изоэнтропного КПДнеобходимо знать погрешность измерения каждой температуры: на входе, навыходе и на выходе в случае изоэнтропного расширения.Методика определения погрешностей эксперимента взята из пособия [8].Погрешностьизмерениятемпературнавходеивыходебудетскладываться из погрешностей датчиков и прибора.В эксперименте использованы платиновые термометры сопротивлениякласса B.
По [6] абсолютная погрешность таких приборов рассчитывается поформуле:∆= ±(0,3 + 0,005|t|) ,(2.13)где t – измеренная температура, °C.Таким образом, формулы для расчёта абсолютных погрешностейтермодатчиков при определении температур на входе и выходе будутвыглядеть, соответственно:∆д•вх = ±(0,3 + 0,005|tвх |)∆д•вых = ±(0,3 + 0,005|tвых |)(2.14)(2.15)В качестве преобразователя используется цифровой прибор ОВЕНТРМ200, класс точности 0,25.
В случае термодатчиков сопротивления дляданного прибора погрешность считается в диапазоне от 0 до 100 °С. Таким60образом, абсолютная погрешность прибора:∆п = ±0,25°САбсолютная погрешность измерения температуры на входе и выходе,соответственно, считается как сумма погрешности датчика и прибора:∆ •вх = ∆д•вх + ∆п = ±(0,55 + 0,005|tвх |)∆ •вых = ∆д•вых + ∆п = ±(0,55 + 0,005|tвых |)(2.16)(2.17)Расчёт абсолютной погрешности температуры на выходе в случаеизоэнтропного расширения сложен из-за того, что связан со степеньюрасширения.
Для упрощения расчётов будем считать эту величину поуравнению Пуассона:…вых> =•вх†‡V$д †(2.18)Основная приведённая относительная погрешность электронного датчикадавления составляет ±0,2 %, что в диапазоне от 0 до 16 бар соответствуетабсолютной погрешности ±0,032 бар. Класс точности прибора 0,25, для того жедиапазона давлений получаем ±0,04 бар. Суммарная абсолютная погрешностьизбыточного давления на входе, таким образом:∆Iвх = ±0,072барПримем, что давление на выходе измеряется точно, так как соответствуетатмосферному и примерно равно 1 бару. Тогда абсолютная погрешностьопределения степени расширения равна погрешности определения давления навходе:∆$д =∆Iвх= ±0,0721Теперь пересчитаем абсолютную погрешность для†‡V†т.
Соотношение (k-1)/k для воздуха примерно равно 0,285. Используем формулу определенияабсолютной погрешности в случае возведения в степень:∆$т, ‹Œ= 0,285д, •k∆$д = ±0,285д,x k∙ 0,072(2.19)Таким образом, можем получить абсолютную погрешность температуры61на выходе в случае изоэнтропного расширения через формулу деленияпогрешностей:∆Твых> =%вых ∆Žд , ‹Œ :$д ∆•вх=±∆Žд , ‹Œ%вх , •k$д‡ ,•VŒ ∙ , x :$д ( ,kk: ,,•k$д‡ ,•VŒ ∙, x !k|%вх |)(2.20)Определим погрешность разности температур числителя и знаменателяформулы изоэнтропного КПД, соответственно.
В этом случае абсолютныепогрешности будут складываться:∆∆• = ∆ •вх + ∆ •вых = ±(1,1 + 0,005|tвх | + 0,005|tвых |)∆∆•> = ∆ •вх + ∆ •вых> == ± ‘0,55 + 0,005|tвх | +Дляопределения%вх , •k$д‡ ,•VŒ ∙ , x :$д ( ,kk: ,абсолютной, •k$д‡ ,•VŒ ∙ , x !погрешностивоспользуемся формулой деления погрешностей:∆“> =–=•”∆•— ,kk: ,Поk|%вх |:∆… ∙ ∆∆•> + ∆…> ∆∆•‡ ,•VŒ˜вх , ‹ŒŽд∙ , • ™Žд ( ,ŒŒ™ ,‡ ,•VŒš , ‹ŒŽд∙ , • ›формуле∆•b(2.23)были∆…>Œ|˜вх |)œ+k|%вх |)’(2.22)изоэнтропногоКПД=:∆•b ( , : ,рассчитаны(2.21)k|%вх |: ,∆•bk|%вых |)Ÿабсолютныеž•(2.23)погрешностиизоэнтропного КПД для всех точек графиков, представленных в предыдущихразделах.Резульаты показывают, что абсолютная погрешность изоэнтропного КПДдля воздуха максимальна при низком давлении и составляет примерно ±3,1 % иминимальна при высоком давлении – 1,9 %.
Все точки графиков попадают вдоверительныйинтервал,чтоговоритокорректностипроведённогоэксперимента.2.16. Особенности проведения эксперимента в режиме пневмомотораВ режиме пневмомотора от машины в первую очередь необходимо62получить максимальную мощность при заданных давлениях, на определённойчастоте вращения. Экспериментальный стенд позволяет измерять крутящиймомент на валу и частоту вращения, что даёт возможность непосредственноопределить мощность на валу по формуле 2.3:Эффективностьработыfв =nкр [9550пневмодвигателяопределяетсяудельнымрасходом, то есть отношением расхода к мощности на валу при данной частотевращения:R=#вых{в,мH /минкВт(2.24)Таким образом, для получения необходимых параметров, описывающихработу машины, требуется при проведении эксперимента измерять крутящиймомент на валу, частоту вращения, давление на входе, объёмный расход навыходе.Экспериментпроводитсяследующимобразом.Выставляетсяопределённое давление на входе.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
