книги из ГПНТБ / Криогенные поршневые детандеры

ратном ходе, определяемые по индикаторным диаграммам (рис. 66), а Ртр и Ртр — силы трения при прямом и обратном ходе мо­

гут быть определены расчетным путем.

Для машины с двумя противоположно движущимися порш­ нями:

В этих формула?, применительно к БДК:

Niгд — индикаторная мощность детандерного цилиндра; tjm— ме­ ханический к. п. д. (т)м = 0,85 -з- 0,9); бт — коэффициент, учиты­ вающий соотношение величин работы трения при прямом и об­ ратном ходе ( б т = 0,25 -г- 0,3).

При исследовании влияния параметров детандера: начально­ го ри и конечного рк давлений, относительных объемных вели­ чин отсечки впуска Со, мертвого пространства ао и обратного сжа­ тия Ьо— на динамику БДК необходимо учитывать, что, изменяя эти величины, нужно соответствующим образом изменять и дав­ ление нагнетания компрессора рта х для обеспечения условий энергетического баланса. При этом будет изменяться не только число циклов в минуту, но и величины хода поршня и мертвого пространства компрессора аок. Ход поршня может существенно превысить величину, необходимую для осуществления рабочего цикла детандера (рис. 66), поэтому целесообразно ввести поня-

Рис. 66. Индикаторные диаграммы свободнопорш­

невого детандер-компрессора БДК-1:

/ — диаграм м а детандера; I I — диаграм м а компрес­ сора

173

Р,ки

в.М Ж

S ' и S " — ход поршня соответственно прямой и обратный

последовательно значения скорости поршня w в конце отдельных участков хода поршня. Время прямого Тщ>.х и обратного т0.х хо­

дов определяется по формуле т = Г— dx или как площадь под

J w

кривой — = ф(х) методом графического интегрирования (рис. 68). Тогда число циклов в минуту

где Тц — время одного цикла.

На рис. 69 представлена кинематическая характеристика де­ тандер-компрессора, т. е. путь, скорость и ускорение поршня в зависимости от изменения времени.

Однако метод определения времени движения поршня с ис­

пользованием графика — = ф(х) не применим для всего хода

W

поршня, так как в в. м. т. и н. м. т. скорость поршня равна нулю;

значение функции — = ф (х ) становится равным оо. Поэтому при

W

использовании этого метода время движения поршня на конеч­ ных участках (около мертвых точек) для свободнопоршневых генераторов (СПГГ) определяется по приближенным фор­ мулам [11].

Рис. 69. Кинематическая характеристика свободнопорш­ невого детандер-компрессора БДК-1

176

Рис. 70. Графики изменения числа циклов БДК в зависимо­ сти от параметров детандера:

Удобнее величины Т щ ,.х и т0.х поршня определять по средним скоростям прямого и обратного хода. Так как положительная ра­ бота результирующей силы равна отрицательной работе этой си­ лы и при прямом и при обратном ходе, то значения работы и скорости поршня в конце отдельных участков хода поршня до­ статочно определить для прямого хода от в. м. т. до точки х', в которой Р = 0, а для обратного хода от н. м. т. до точки х", в ко­

торой также Р = 0. Затем по графикам а>Пр.х(я) и w0.x(x) нахо­ дим значения средних скоростей прямого и обратного хода:

и тогда время одного цикла

(249)

На рис. 70 представлены зависимости числа циклов п от па­ раметров детандера рвх, рвых, с0, ао, Ь0 и М. Эти графики позво­ ляют произвести подробный анализ динамики БДКРасчеты выполнены применительно к свободнопоршневому детандеркомпрессору с двумя противоположно движущимися поршнями

ров газа будет иметь существенные отличия по сравнению с обычными детандерами. Если работа компрессорного цилин­ дра при различных режимах уже рассматривалась в трудах по безвальным генераторам газа и СПДК, то рабочий процесс де­ тандера при переменном скоростном режиме до настоящего времени не был исследован.

Наибольший интерес представляют зависимости расхода га­ за G, адиабатного к. п. д. т]ад и холодопроиэводительности Q от величин рвх, рвых, а0, Ь0 и с0, которые у БДК имеют весьма слож­ ный характер.

Расход газа при переменном скоростном режиме (п = var) можно определить по формуле Gx = 60 nG4, где Gn — расход газа

за один цикл; я — число циклов в минуту, определяемое по урав­ нению (279).

Зависимость т]ад от рвх, Р в ы х , Яо, Ь 0, и Со для случая п = var можно установить по уравнениям (127) —(137) при известной за­ висимости расхода G x от этих же параметров. Далее несложно найти и холодопроизводительность детандера, которая, как из­ вестно, равна Q = Д/ад'ПадС*.

С целью изучения влияния параметров детандерного цилинд­ ра на величины G x, т}ад и Qjrpn переменном скоростном режиме

рассмотрена работа БДК с я = var и я — idem при прочих рав­ ных условиях. Для удобства проведения анализа в каждом из рассмотренных вариантов (рис. 71—75) построены графики за­

бо - 0,2

180

Рис. 74. Зависимость п, G, т|ад и Q от величины мертвого

ное (например, в рассматриваемом диапазоне значений рвх бо­ лее, чем в 2 раза) увеличение холодопроизводительности, кото­ рая является функцией G2 и т)ад, . Расчетным исследованием установлено, что зависимости G, т|ад и Q от рвх при pBJ p BUx = = var имеют подобный характер. Анализ графиков показывает, что изменением начального давления можно регулировать холодопроизводительность БДК в значительно более широком диапазоне, чем у обычных детандеров, работающих при посто­ янном числе оборотов.

Для исследования влияния конечного давления рвых на эко­ номичность и производительность детандера рассмотрены два наиболее типичных сочетания величин обратного сжатия и мерт­ вого объема: 1) Ь0 —0,2; ао —0,05 (рис. 72, а) и 2) Ь0 = 0,9; а0 =

= 0,1 (рис. 72,6). В обоих случаях при п = var происходит увеличение т)ад (на 3—4%) и Q2 (до 20%) по сравнению с т)аД1

и Qi при п — idem, что объясняется возрастанием п на 50—70%. Наиболее распространенным способом регулирования холодо­ производительности поршневых детандеров является изменение отсечки впуска с0. Поэтому влияние величины с0 на G, t)an и Q

(рис. 73,6).

181