ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Циклы, основанные на использовании нзоэнтропийного расширения и джоуль-томсоновского эффекта из "Справочник по физико-техническим основам глубокого охлаждения" Отклонение действительного процесса расширения в детандере от идеального (5=сопз1) обусловлено несколькими причинами. На рис. 3-10 изображен процесс расширения в детандере с учетом дросселирования газа в клапанах впуска и выпуска, а также подвода тепла в цилиндре. Тепло, поступившее из окружающей среды, представлено косо заштрихованными площадками. [c.55] Оптимальная температура газа перед детандером зависит от давления сжатия газа. Из уравнения (3-6) ясно, что для увеличения холодопроизводи-тельности цикла желательно максимальное количество газа направлять в детандер (доля М). Однако необходимо, чтобы весь полученный холод был поглощен оставшейся (1—М) сжатой частью газа, т. е чтобы недорекуперация на теплом конце теплообменника не превышала нормального значения 5 10 град. [c.55] Сплошные линии относятся к расширению в детандере до 1 ат, пунктирные линии относятся к расширению в детандере до 5 аг и линии точки пунктир — то же. но без теплообменника III. [c.56] Возможен следующий порядок расчета цикла с детандером по заданному давлению определяют на рис. 3-11 оптимальное М, затем по рис. 3-12 — температуру перед детандером и далее по формулам (3-6) находят у. Необходимо затем проверить в теплообменниках (/ и II). Проше всего это сделать графически (см. стр. 57). [c.56] Для расчета цикла действительны уравнения (3-6). [c.57] Как указывалось, обязательно необходимо проверять температурные напоры в теплообменниках. Удобнее всего это делать графически (рис. 3-14). В координатах А/—Г наносится зависимость Д/ от температуры для 1 кг сжатого газа (жирная линия 5-3). Из точки 9 строится вспомогательная прямая Д/ = (Т) для 1 кг обратного газа 9 -Ь под углом о,-. [c.57] Подробнее о методе расчета циклов с детандером см. [А-11, Б-20, А-73 и К-3]. [c.57] Обычно расширение газа в цилиндре поршневых детандеров заканчивается не при 1 ат, а при более высоком давлении (5 -10 ат), и дальнейшее расширение происходит дросселированием в клапанах. Осуществление расширения газа в детандере до 1 ат сопряжено с резким увеличением габаритов машины и другими трудностями. [c.57] Метод Симона. Своеобразной модификацией цикла с изоэнтропийным расширением является так называемый метод Симона для ожижения гелия или водорода. В небольшой сосуд закачивают под высоким давлением гелий или водород, затем этот сосуд охлаждают до возможно более низкой температуры, например в ванне с жидким или твердым водородом до 20—10° К (при ожижении гелия) или до 60—50° К (при ожижении водорода). При открывании вентиля газ выходит из сосуда, причем гелий, остающийся в сосуде, расширяется изоэнтропийно и при этом охлаждается и ожижается. Более подробно см. стр. 299 и [03-31, А-104 и А-22]. [c.57] Циклы с многократным расширением. Теоретически можно представить расширение в детандере двукратным, трехкратным и т. п. Это значит, что расширение происходит с начального давления не сразу до конечного, а постепенно (ступенями). После каждого частичного расширения газ направляется в теплообменник для подогрева, после чего он снова расширяется. При этом чем больше будет ступеней, тем выгоднее расширение. В пределе при бесконечно большем количестве ступеней с непрерывным отводом тепла можно произвести изотермическое расширение при желаемой наинизшей температуре. Это наиболее выгодный из всех возможных способов расширения. Очевидно, что при изотермическом расширении в детандере его холодопроизводительность эквивалентна технической работе расширения при данной температуре. [c.57] Практически благодаря своей относительной сложности даже двукратное расширение в настоящее время не получило распространения. [c.57] Цикл низкого давления с турбодетандером Капицы (рис. [c.57] В диаграмме Т—S линия 3-4 соответствует реальному процессу в турбодетандере, линия 3-4 — процессу, протекающему при S = onst. [c.58] Для идеальных условий работы цм1 ла 9о.с=0 и /i- =/i а — коэффициент, учитывающий испарение при дросселировании (5-6 ) жидкости с давления конденсации до атмосферного давления. Для 6 ат он равен 1,25. [c.58] По расчетам автора расход энергии для цикла с турбодетандером, работающим на давлении 6 ата, и к. п. д. детандера 0,8 составляет —1,60 квт.ч на 1 кг жидкого воздуха пои изотермическом к. п. д. компрессора 0,6. При расчете приняты недорекуперация 5 град, и потери в окружающую среду 2 ккал на 1 перерабатываемого воздуха. [c.58] Практически в машине Филипс осуществлено не рассмотренное прерывистое движение поршней, а обычное гармоническое колебательное движение. Для максимального приближения к идеальному циклу кривошипы поршней компрессора и детандера расположены под определенным углом. На рнс. 3-19 можно видеть расхождение между прерывистым (для идеального цикла) и гармоническим перемещениями поршней. Обычно в качестве рабочего вещества используется водород или гелий со степенью расширения 2—2,5 (с 35 до 16 ат). [c.60] Вернуться к основной статье