3.6. Детандерный цикл высокого давления

При повышении Р2 (до 200 бар для воздуха) оказывается , что температура перед детандером возрастает до температуры окружающей среды. В этом случае отпадает необходимость в предварительном теплообменнике, так что газ после сжатия в компрессоре до давления P₂ сразу же распределяется на две части – доля D (~0,6 ) расширяется в детандере (процесс 3-4'), а доля (1–D) направляется в детандерный теплообменник, где охлаждается обратным потоком газа низкого давления P₁ . Такой цикл был предложен Гейландтом. Схема установки, реализующей цикл высокого давления, представлена на рисунке 3.6).

Детандер в цикле Гейландта ( детандерном цикле высокого давления ) работает на более высоком температурном уровне, чем в цикле Клода, и поэтому отпадают многие затруднения, связанные с его работой при низких температурах. В частности, имеется возможность использования обычного смазочного масла и снижаются трудности с теплоизоляцией детандера.

Последовательность энергетических расчетов такая же, как в цикле Клода, а схема и изображение цикла в T- S диаграмме отличается лишь отсутствием предварительного теплообменника (рис. 3.6). Схема включает лишь детандерный теплообменник А2 и сбоник сжиженного газа А3.

Рис. 3.6. Схема установки и детандерный цикл высокого давления

Следует обратить внимание на то, что в цикле Гейландта (детандерный цикл высокого давления) недорекуперацию следует выбирать более высокой ( 12 – 14 градусов) по сравнению с другими циклами, что является целесообразным по двум причинам - условиям теплообмена и возможности пропускать через детандер несколько большее количество газа высокого давления, в результате, чего несколько возрастает холодопроизводительность и коэффициент ожижения.

3.7. Детандерный цикл низкого давления

При понижении Р2 (до 6 – 7 бар для воздуха), оказывается, что температура газа перед детандером Т3 существенно снижается и значительно возрастает доля газа, направляемого в детандер. Установка, реализующая такой вариант цикла Клода, была предложена академиком Капицей П.Л. для ожижения воздуха в схеме воздухоразделительной установки для получения технического кислорода. Такой вариант цикла Клода называется циклом Капицы или детандерным циклом низкого давления. Схема установки, реализующей цикл Капицы, и изображение цикла в диаграмме приведены на рис. 3.7 , где А1- теплообменник-конденсатор и P – регенератор. В диаграмме температура – энтропия процесс 2 – 3 – охлаждение в регенераторе, 3 – 5 и 5 – 6 – соответственно охлаждение и конденсация в теплообменнике-конденсаторе А1.

Рис. 3.7. Схема установки и детандерный цикл низкого давления

Температура газа перед детандером Т3 выбирается такой, чтобы после расширения (процесс 3 – 4 ) получить пар несколько перегретый (на 3 – 4 град.) по сравнению с температурой в точке 8, чтобы исключить выпадение жидкости в турбодетандере ТД. Коэффициент ожижения составляет z = 0,05 – 0,06 при Р2 = 6 – 7 бар.