1598005420-e4dffbb6ff09e4f6675580849e63fa88 (811210), страница 45
Текст из файла (страница 45)
19) количество выделяющейся теплоты Р=у(54 — и); количество удаляемой воды е, =е,(х, — х.] (5.20) (5.21) Р Н,О= РН,О(! — су] (5. 23) где рн о — давление паров над водой при температуре электролвта; су — содержзние гчдроакиси калия в электролите, моль/л Лазленче паров р"н О на выходе из конденсатора является функцией только температуры ч определяется выражением с 1прно — — му.
+С, (5,24) где г — теплота парообразования; Я вЂ” уииверсалышя газовая постоянная; С вЂ” константа. С учетом (5 23) и (5.24) уравнение (5.22] можно псреаисзть в виде (! — Л') ехр ~ — — + Г) 4(н.о Ееьн,о=-«Е«ь„,'„ ' н р — (1 — У]ехр( — „. +С) "( "1 г р — ехр ( — РТ.,— + С ) (5.25) 'де Т. и Т« — соответственно температуры ТЭ и конденсатора Поскольку рассматривается стати ческий режим работы, т. е. ьолччество образующейся воды разно количеству удалясмон, можно 231 нлн, записывая через парциальиые давления, с]4н,о / Р'н,о Р н,о Е...= Е„, „, — '(,,',— -„.
„(5.22) нв,р — Рнсо Р Р н,о 7" где е,„н — расхол циркулирующего водорода; р'н Π— парцнальное данление паров воды в потоке водорода на выходе из батареи; р"Н О вЂ” парциальное давление паров воды на выходе из конденсатора. Лаз.чечне паров воды р'н О является функцией температуры и концентрации электролита, каторуго, предполагая справедливость закона Рауля для рассматриваемого диапазона концентраций электролита, можно записать „Э(-~-,.С) ] (5.2ГЭ) г р — етр ~=-- + С ~ йТЭ 'га ,. ~гб '~ 1П ЕЕ,ЕЕ, ы г;-з г;-зик 1П зак П 255 ЗПЗ 515 525 зн ЗЮ зк,д Зы ЛЗ 545 555 555 э к Рис.
5.4 Относительное изменение концентрации электролита в зависимости от температуры батареи. Рис. 5.5. Относительное изменение концентРации электролита в зависимости от температуры конденсатора. изк зык згзк зззк кэ =П гз э„а вапыеа,. ()".,КО=О,„,Н,О или, исполыУЯ (5.19) и [5-25) и ПРО- водя преобразования, г 0,3367 (1 — У)'хр~-РТ +С) р — (! — Аг) схр ( — —,1-(- С Уравнение материального баланса (5.26) определяет взаимосвязь основных параметров системы удаления воды; тока нагрузки, расхода водорода, температур батареи и конденсатора, равновесного значения концентрации электролита, давления в контуре.
Влияние осяовных параметров системы удаления воды (температуры батареи Т„ температуры конденсатора Т - и давления в контуре р) на диапазон изменения относительных концентраций электролита характеризуется выражениями (5.27) — (5.29), получеяными днффе- ренцированием уравнения (5.26), сгйзг!у ! — Аз Р"н,о Е, — Р'н,о !'. э к ~ ' (5.27) 2ЕЕ.,'Т йз ЕкТэ Р'н,о ~ Р Р"н,о / ,Еэуум ! — й г (5 28) гЕТэгу э й) 1~7э Э ЭЭЗ ггр!Р зу ~ Р'н,о ( Р— Р'н,о Наибольшее влияние яа отяосятельпое изменение концентрации электролита оказываюг температуры батареи и конденсатора.
Дав- ление в контуре циркуляции влияет значительно слабее (рис. 5.4-- 5,6), 232 Для упрощения расчетов с целью кягк определения необходимых параметров т =зчзд удобно использовать номограмму ез(з (рис. 5.7), которая представляет собой графическое решение уравнения Пд — '. — (555Р (5.26). В левой части номограммы приведены кривые зависимости дав- збЗК ленин паров воды над электролитом для различных температур и концентраций электролита, построенные П1П 612 ПН П15 р,яла по справочным данным и экстраполиРонанные по пРавилУ Бабо (5.10), Рис. 5.6.
Относительное язв пРавой часги — кривые зависимо- мененне концентрации элекстн количества воды Сн о, удаляе- тролита в зависимости от мой 1 кг сухого водорода, для ряда давления, значений температур за конденсатором. Указанная номограмма связывает все параметры, характеризующие СУВ, и позволяет для заданных условий, пе производя трудоемких расчетов, с достаточной точностью определить недостшощие параметры. Рис. 5.7. Номограмма для определения параметров системы удале- ния воды. 5.4. СИСТЕМА ПОДАЧИ РЕАГЕНТОВ Важным этапом разработки и проектирования систем автоматического регулирования является выбор их элементов в соответствии с требованиями, предъявляемыми к их мощности, точности и надежности, а также в зависимости от имеющихся в наличии источников энергии г(а ранних стадиях разработки ЭХГ системы автоматического регулирования комплектовались, как пра- 233 'н Ингрлтне)ог газ пларо 53 лый 53 пило, из узлов и агрегатов унифицированных систем, нй предназначенных для этих целей и не удовлетворявших ряду важных требований, предъявляемых к ним в свясо спецификой работы средств автоматики в средах кислорода, водорода, растворах щелочей и повышенными механическими и климатическими воздействиями.
На этих стадиях средства автоматики лишь функционально обеспечивали работу лабораторных макетов ЭХГ и вхошие в него системы пе могли обеспечить устойчивую и длительную работу в режиме автоматического регулирования, контроля и защиты. Рис. 5.8. Схема регулирования давления газов. 1 — электромагнитный клапан; 2 — батарея ТЭ; 3 — электрическая нагрузка; 4 — компенсатор электролита: 3 — блок системы управления (р — регулирование давления; ар — регулирование по перепаду давлениях Переход к созданию ЭХГ как источника электрической энергии для конкретных объектов, естественно, потребовал разработки совершенно новых специфических устройств и элементов, логически и функционально увязанных в единую систему автоматики.
Одним из необходимых условий эффективной работы ЭХГ является стабилизация таких параметров, как давление, перепад или равенство давлений топлива и окислителя и перепад давления между реагентами н электролитом (в случае жидкого электролита). Выполнение этого требования в условиях нестационарных нагрузок и других внешних возмущений может обеспечить лишь автоматическая система управления. Первые схемы таких систем были опубликованы в работах Бэкона (Васоп Г.
Т) и фирмы «Аллис-Чалмерс». 234 Были предложены системы смешанного типа (прямое н непрямое регулирование). На рнс. 5.8 и 5.9 представлены две схемы непрямого регулирования, вкли)чающие в себя элементы пневмоавтоматикп, а на рис. 5л0 — схема прямого регулирования с использованием регуляторов прямого действия. Все три схемы осуществляют регулирование параметров газообразных реагентов в зависимости от давления электролита, которое в свою очередь определяется давлением задающего инертного газа. В связи с тем что для работы систем непрямого регулирования требуется дополнительная энергия извне в Иней)пизой 2) гаа Рис 5ть Схема регулирования давления газов ) — электромагнитный клапан; 2 — батарея тЭ; 3 — электричесязя нагрузка; 4 — блок системы управления. Рис.
5.10. Схема регулирования давления газов 3 электромагнитный клапан; 2 — батарея тэ; 3 — компемсатор электролита: 4 — блок системы управления. 235 0К нт н ТК Ту К Тз К ТЗ бюлбопь Ту Рис. 5.13. Схема регулятора со- отношения. 3 — сильфон; 2 — пружина; 3 -- ием. бвана, Рис. 5.14.
Схема регулирования давления. Т вЂ” коыбнниОованныа регулятор пе. репада давления; Т вЂ” предохранительные клапаны днафрагмеипого типа; 3 — вентиль. Кои кан д батарелт ТЭ виде электричества или сжатого газа, разработчики ЭХГ в дальнейшем отказались от использования подобных систем. В дальнейшем разработки были направлены на создание схем, использующих регуляторы прямого действия (рис. 5.1! — 5.13). Перепад давления между окислителем и электролитом стабилизируется с помощью пропорционального регулятора прямого действия мембранного типа.
Рнс. 5.1!. Схема регулирования давления газов Т вЂ” ТЭ; 3 — регулятор перепада давления; 3 — насос влектролита;'б — реаер- вуар; б — редуктор; б — уравнителыяын плапан Рис 5.!2. Схема регулятора данления. Т вЂ” мембрана; 3 — пружина. Существенным в данной системе является коиструктивное объединение регулятора перепада и регулятора равенства давлений в единый пневматический узел, функциональная связь в котором осуществляется с по- 255 мощью нагруженных мембран.
Такое конструктивное исполнение обеспечивает хорошие массо-габаритные характеристики. 1( недостаткам данной системы нужно отнести невозможность резервирования, опасность смешения реагентов и снижение метрологических характеристик из-за способа стабилизацяи перепада топливо— электролит посредством регулирования подачи топлива в зависимости от давления окислителя. В дру~ой аналогичной системе, представленной на рис. 5.14, регулирование перепада давления между реагентами и электролитом осуществляется с помощью комбинированного для обоих газов регулятора прямого действия.
Данное устройство должно иметь довольно высокие метрологические характеристики. Известны система и средства регулирования перепада давления между реагентами и электролитом, основанные на работе регулятора перепада давления совместно с предохранительным клапаном диафрагменного типа, защищающим генератор от повышения давления. казанный регулятор позволяет поддерживать равенстный во давлений реакционных газов между собой и зада ° н. ый перепад давления между реакционными газами и опорным давлением инертного газа, который подается в полость электролита.
Осно новиым агрегатом в системе подачи реагентов является регулятор перепада давления. 257 По принципу действия регуляторы подразделяются на регуляторы прямого и обратного действия. В регуляторе прямого действия открытие редукционного клапана происходит по направлению потока газа, закрытие — противоположного. В регуляторах обратного действия высокое входное давление, действуя на клапан, создает дополнительное (к запорной пружине) усилие, благодаря которому улучшается герметичность регулятора при отсутствии расхода. По способу управления регуляторы подразделяются на регуляторы непосредственного и дистанционного управления.
В регуляторах непосредственного управления настройки выходного давления осуществляется за счет уменьшения сжатия задающей пружины, а в регуляторах дистанционного управления регулировка выходного давления производится управляющим давлением сжатого газа.
Для некоторых вариантов ЭХГ необходимость в дистанционном управлении отпадает и соответственно значительно проще задавать опорное давление с помощью задающей пружины. Таким образом, анализ схем регуляторов показывает целесообразность применения схемы регулятора прямого действия без разработки непосредственного управления.
Для надежной герметизации газовых полостей ЭХГ при длительных перерывах в работе, а также для их защиты от чрезмерно высоких давлений в случае аварийных режимов работы системы подачи и хранения реагентов необходимо перед редукторами установить дистанционно управляемые запорные клапаны. С целью минимизации энергопотребления указанные клапаны должны быть с двумя устойчивыми положениями (импульсного переключения). Высокие требования, предъявляемые к запорной арматуре, работающей в условиях агрессивной среды и возможной последующей кристаллизации электролита, требуют особого подхода к выбору уплотнительных устройств, их стойкости и стабильности.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
