Цикл гкм с гармоническим движением поршней

Рабочий цикл ГКМ отличается, главным образом, тем, что прерывчатое движение поршней, который тяжело осуществить технически, заменено гармоническим перемещением, осуществляемым с помощью кривошипно‑ шатуного механизма. В этом случае движение поршней необходимо соединить по фазе на угол (с опережением по объему расширения). При такой схеме немного поднимается ізотермічність процессов сжатия и расширение и ізохорність теплообмена в регенераторе. Диаграмма Р-V цикла превращается в плавную замкнутую кривую без резких переходів. Однако анализ такой схемы показывает, что гармоническое движение поршней не ухудшает существенным образом показателей цикла.

При конструктивной разработке ГКМ оказалось целесообразным вместо поршня П2 применить витискувач В1 (рис.2). Основной поршень П1 изменяет объем рабочего просторную, делая работу и воспринимая работу расширения. Витискувач служит лишь для перемещения газа с одной пустоты в другую. В идеальной машине давление с обеих сторон витискувача одинаковый и, итак, работу расширения газа он не воспринимает.

Рисунок 4.2. Цикл ГКМ с гармоническим движением поршней и использованием витискувача:

а- диаграммы перемещений, изменения объемов и давления;

б- схема реализации.

При синусоидальном характере изменения объемов детандера V_E и компрессора V_С их величины определяются углом поворота коленчатого вала  и углом сдвига по фазе 

V_E =V_E^max(1+cos)/2 ; (1.4)

V_С =V_С^max(1+cos(-))/2 ; (1.5)

Отсчет угла ( ведется от положения, которое отвечает нижний мертвой точке витискувача.

Теоретическая холодопродуктивність ГКМ с гармоническим движением поршней

, Вт (1.6)

где - среднее давление агента в рабочему просторные, Н/м²;

г – число оборотов в минуту, об/мин;

- безразмерный коэффициент;

=Т_с / ТЕ – отношение температур;

 = - отношение максимальных объемов пустот, которые изменяются, сжатия и расширение;

Z=V_c^max / V_E^max – отношение описанных объемов;

( - конструктивный угол между кривошипами;

- суммарный относительный приведенный мертвый объем;

Т_ср= - средняя температура рабочего тела в мертвом объеме, К;

 - суммарный мертвый объем машины, см³;

- угол фазового сдвига между максимальным давлением и минимальным объемом пустоты расширения;

- угол фазового сдвига между максимальным объемом пустоты расширения и максимальным объемом пустоты сжатия.

Количество тепла, отведенного в холодильнике ГКМ, определяется зависимостью

, Вт. (1.7)

Мощность привода идеальной машины

N=Q_c – Q_E, Вт. (1.8)

и реальной ГКМ аналогичной холодопродуктивності:

Ng = N / , Вт. (1.9.)

Осуществление цикла в реальных условиях характеризуется необратимостью процессов, которые снижают величину полезной холодопродуктивності и холодильного коэффициенту цикла. Основными источниками потерь является неполная рекуперация тепла в регенераторе, наличие конечных разностей температур в холодильнике и рефрижераторе, сопротивление теплообменных аппаратов и теплоприпливи из окружающей среды. Даже при к.к.д. регенератора 98...99…99%потеря холодопродуктивності вследствие несовершенства теплообмена достигает 20%. При получении холода на температурному равные ТО 80 К степень термодинамического совершенства реальной ГКМ составляет  = 0,30...0…0,33