Я Министерство Высшего Образования РФ

Санкт-Петербургский Государственный Университет низкотемпературных и пищевых технологий

Кафедра криогенной техники

Курсовая работа

«Расчет газовой холодильной машины, работающей

по обратному циклу Стирлинга»

Выполнил: студент гр. 441

Проверил: к.т.н., доцент

Пахомов Олег Всеволодович

Санкт-Петербург

2008 г.

Содержание

Введение 3

Принцип действия и классификация машин 6

Исходные данные 10

Расчет холодильника 24

Список использованной литературы 34

Введение

Начало промышленного применения криогенных температур относится к 20-м годам прошлого столетия. Послевоенные годы характеризуются значительным расширением областей применения криогенных машин и установок. Криогеника формируется как самостоятельная отрасль науки и промышленности. В настоящее время криогенные машины применяют в химической промышленности, металлургии, радиоэлектронике, авиации, космонавтике, медицине и сельском хозяйстве. Формируются новые научно-технические направления, такие как криоэлектроника, криоэнергетика, криофизика, криобиология. Криогенные машины стали важным инструментом исследований, проводимых в различных отраслях науки. Исследования свойств материалов при низких температурах позволили открыть ряд новых явлений.

Период бурного развития криогенной техники начался в 50-е годы. Он ознаменован появлением новых машин, новых циклов_; высокоэффективных теплообменных аппаратов и теплоизоляционных материалов. Именно в 50-е годы начали применять криогенные газовые машины (КГМ). Так, в 1954 г. фирмой «Филипс» (Голландия) создана КГМ для ожижения воздуха, в которой реализован принцип действия, заложенный в двигателе Стирлинга. В 1959 г. в США созданы КГМ, оригинальные по принципу действия, с большим ресурсом. В 1965—1979 гг. в СССР и ряде других стран созданы первые образцы теплоиспользующих КГМ. В 1970—1975 гг. в Омском политехническом институте созданы КГМ с упругой перегородкой. В 1975—1980 гг. в СССР и США созданы образцы КГМ со свободным вытеснителем; в отечественных машинах роль вытеснителя выполняет газовый столб. Вместе с тем рассматриваемый период характеризуется резким повышением эффективности КГМ, улучшением массогабаритных характеристик и повышением долговечности машин. Все это стало возможным благодаря совершенствованию технологии и многочисленным исследованиям в СССР и за рубежом.

Следует заметить, что большая часть вновь созданных машин является реализацией идей, высказанных учеными и инженерами в прошлом столетии. Например, возможность использования двигателя Стирлинга в качестве холодильной машины была выявлена Дж. Гершелем в 1834 г. Такие машины успешно эксплуатировались в пищевой промышленности. К началу прошлого столетия они были полностью вытеснены более эффективными паровыми холодильными машинами. Машины В. Гиффорда являются реализацией идей Сольвея, высказанных в 1886 г. Но при том уровне знаний в области термодинамики и теплопередачи, а также уровне развития промышленности они не могли стать конкурентоспособными, поэтому к 30-м годам нашего столетия такие машины были полностью забыты. Их изобретали заново. Нередко авторы новых машин узнавали об идеях прошлого из выступлений дотошных оппонентов, отстаивающих приоритет своей страны. Следует особо подчеркнуть вклад наших современников. Без теплообменных аппаратов, разработанных Келлером и Джонкерсом, машину Стирлинга можно было использовать лишь в механических игрушках. Без работ Гиффорда идеи Сольвея считали бы до сих пор рядовым научным курьезом.

В отечественной литературе криогенными газовыми машинами (КГМ) принято называть машины, у которых теплообменные аппараты включены в мертвый объем полостей расширения и сжатия. Заметим, что газ является рабочим телом для 99% машин других типов. По мнению авторов, удачно предложение проф. А. М. Архарова называть КГМ — машинами с внутренней регенерацией теплоты. Более точно специфику рабочего процес­са отражает определение «машины со встроенными аппаратами». Отдавая дань сложившейся традиции, авторы книги используют установившуюся терминологию, И лишь в случаях, когда нужно подчеркнуть отличие рассматриваемых машин от машин других типов, использовано упомянутое определение.

КГМ эквивалентна установке, состоящей из традиционных машин и аппаратов, и объединяет в одной машине ряд агрегатов. Благодаря этому упрощена конструкция, уменьшены размеры и масса, улучшены ее эксплуатационные характеристики. Эти преимущества обеспечивают широкую область применения КГМ в ряде отраслей народного хозяйства.

Специфика циклов КГМ обусловлена тем, что процессы расширения и сжатия сопровождаются массообменом между полостями с различными температурами, а также характеризуются нестационарностью процессов в теплообменных аппаратах. Именно этими особенностями циклов объясняются затруднения, которые возникают при математическом описании процессов и экспериментальном исследовании машин. С другой стороны, опыт Последних лет показал, что в более полном учете специфики цикла заключен резерв в повышении эффективности разрабатываемых машин.

На рис. 1 представлена КГМ с ромбическим приводом.

Рисунок 1 – ГХМ с ромбическим приводом