Ozhizhenie_gelia_2008_A5_11 (1)

Добавил:

Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Казанский национальный исследовательский технологический университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

(sin( 6 ) sin( 5 )) Qv 5 6

(sin(41,87 0,1491) sin(41,87 0,12885)) 0,8744 0,02025 6,038 Дж.

.pdf

Скачиваний:

105

Добавлен:

12.03.2015

Размер:

3 Мб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 56 / 86 7 8 > Следующая >>>

наружный диаметр – 0,055м. Тогда площадь поперечного сечения трубы крепления цилиндра составит

							fтр							(0,0552			0,0522 ) 25,2 10 5 м2.
							fтр					4		(0,0552			0,0522 ) 25,2 10 5 м2.
												4
	Величина теплопритока по тепловым мостам будет равна
Q	ст					( f		f					)		12	(313 41)(1,59 25,2) 10 5					0,874 Вт.
				Т	ц		шт				тр				12

		Т т. з.													1
															1
		Теплота, подводимая излучением составляет
									Т экр . 4								4
									Т экр . 4						Т		ц
		Qи зл	C															F		Ц
		Qи зл	C															F		Ц
					0		n		100						100

															4		41		4
										80							41
		5,77 0,0138																		0,01402 0,000426Вт,
									100								100

где С0 = 5,77 Вт/(м2К) – постоянная излучения абсолютно черного тела, n – приведенная степень черноты; Тэкр – температура окружающих экранов, для экранов, охлаждаемых кипящим азотом Тэкр =80 К.

Приведенная степень черноты, для коаксиально расположенных цилиндрических поверхностей с зеркальным отражением

εn		ε1	ε2	,
	ε2	1	ε2 ε1

где 1, 2, - соответственно степень черноты наружной поверхности цилиндра и окружающих поверхностей – экранов.

Как правило, экраны изготавливают из полированной листовой меди или латуни, степень черноты которых при температуре Т=76К можно принять ε2=0,019, степень черноты стального цилиндра ε1=0,048 4, табл. 4-77 . Тогда приведенная степень черноты составит


εn		ε1	ε2		0,048 0,019		0,0138.
	ε2	1	ε	2 ε1	0,019 (1	0,019)0,048

Таким образом, суммарный внешний тепловой приток в гелиевый детандер составляет

Qv Q Qизл. 0,874 0,000426 0,8744Вт,

Заметим, что доля теплопритока тепловым излучением составляет менее 0,05%, что можно не учитывать.

Для детандеров с уплотнением поршневыми кольцами теплота

трения определяется как

Qтр f тр Pгаз. P упр. S n , 30

где fтр – коэффициент трения в поршневом уплотнении: с несмазываемыми кольцами равен 0,1 - 0,25, со смазываемыми кольцами – 0,05 - 0,1, в зависимости от пары трения (приложение 4); Pгаз – газовые силы, прижимающие уплотняющие кольца к поверхности цилиндра.

Газовые силы, прижимающие уплотняющие кольца к поверхности цилиндра:

Pãàç d b zê ð ,

где p – средний перепад давлений на поршневом кольце (манжете),

равный

р рб рм , 2zк

где рб, рм – бóльшее и меньшее значения давления с одной и другой стороны поршневых колец, которые в зависимости от конструкции детандера могут быть равны

рб = рн, рб = (рн+рк) / 2, рм = рк, рм = (рн+рк) / 2, рм = ркарт,

где zк - число поршневых колец (манжет), принимается для детандеров среднего давления от 3 до 12 колец или от 2 до 6 пар; для детандеров высокого давления – от 12 до 16 колец или от 6 до 8 пар колец; b – ра-

бочая высота кольца, м, принимается равной d 1,5 ; ркарт – давление

за уплотняющими кольцами (в картере), Па.

Сила, обусловленная упругостью экспандерных колец уплотняющих элементов:

Pупр d b zк рэксп ,

где рэксп – первоначальное давление эспандера, находится в пределах

0,02-0,04 МПа.

Отводимая теплота охлаждения при охлаждении водой

Qохл. mw с Т. w .

При охлаждении азотом

Qохл. mw ro .

При охлаждении поршневого уплотнения (что обязательно необходимо делать при уплотнении с помощью несмазываемых колец или манжет) принимаем тепловой поток, отводимый охлаждающим рабочим телом, Qохл = Qтр, на основе этого расход охлаждающей жид-

кости (воды) определится как

mw	Qтр	,
	C TW

где С – удельная теплоемкость жидкости (воды), Дж (кг К); Т – перепад температуры охлаждающей жидкости, можно принять ТW 10К; при охлаждении кипящим азотом его расход mw=Qтр/r, где r0 – теплота испарения азота, Дж/кг (r0=200 кДж/кг при р=0,1 МПа).

Период (продолжительность) одного рабочего процесса детандера

														60									60						0,15 с.
											0																		0,15 с.
											0				n		400
															n		400
Определяем продолжительность по времени каждого рабочего
процесса детандера
					1 2													58,8							0,15 0,0245c ;
	1 2											0													0,15 0,0245c ;
	1 2			360								0					360
				360													360
						2 3													106,2								0,15 0,04425c ;
	2 3												0														0,15 0,04425c ;
	2 3			360									0				360
				360													360
							3 4													15				0,15 0,00625c ;
	3 4												0											0,15 0,00625c ;
	3 4			360									0				360
				360													360
									4 5												129,23									0,15 0,05385c ;
	4 5												0																	0,15 0,05385c ;
	4 5			360									0				360
				360													360
3 5			3 4 4 5 0,00625 0,05385 0,0601c ;
								5 6													48,6					0,15 0,02025c ;
	5 6												0													0,15 0,02025c ;
	5 6			360									0				360
				360													360
										6 1												2,16						0,15 0,0009c .
		6 1														0												0,15 0,0009c .
		6 1		360												0	360
				360													360

где 1-2 − 6-1 – продолжительность отдельных процессов по углу поворота коленвала.

Время, соответствующее характерным точкам индикаторной диаграммы, при условии начала отсчета времени с точки 1 (τ1=0):

τ2=Δ τ1-2=0,0245с; τ3= τ2 +Δ τ2-3 =0,0245+0,04425=0,06875с;

τ4= τ3 +Δ τ3-4 =0,06875+0,00625=0,075с; τ5= τ4 +Δ τ4-5 =0,075+0,05385=0,12885с; τ6= τ5 +Δ τ5-6 =0,12885+0,02025=0,1491с;

τ7= τ6 +Δ τ6-1 =0,1491+0,0009=0,15с.

Находим количество тепла Q i i 1 , переданное газу от окру-

жающих стенок цилиндра (или наоборот) за время каждого элементарного процесса

QРег

sin

i 1 Q

(i 1)

i i 1

где 0 – начальная фаза косинусоиды, при степени наполнения 2 0,5

можно принять 0 = 0, при 2 0,5

0 δ2

0,5 π , частота колебаний

ω=2π/τ0=2∙3,14/0,15=41,87 рад/с.

Для процесса наполнения 1-2

QРег

(sin( 2 ) sin( 1 )) Q

1 2

342,65

(sin(41,87 0,0245) sin 0) 0,8744 0,0245 7,02 Дж.

41,87

Для процесса расширения 2-3

2 3

QРег

(sin( 3 ) sin(

2 )) Q

2 3

342,65

(sin(41,87 0,06875) sin(41,87 0,0245)) 0,8744 0,04425 4,9 Дж.

41,87

Для процесса предварения выпуска (выхлопа) 3-4

Q3 4

Q Рег

(sin( 4 ) sin( 3 )) Qv 3 4

342,65

(sin(41,87 0,075) sin(41,87 0,06875)) 0,8744 0,00625 2,12 Дж.

41,87

Для процесса выталкивания 4-5

Q4 5			QРег	(sin( 5 ) sin( 4 )) Qv 4 5
Q4 5				(sin( 5 ) sin( 4 )) Qv 4 5
	342,65	(sin(41,87 0,1288) sin(41,87 0,075)) 0,8744 0,05385 6,41 Дж.
	41,87
	41,87

Для процесса обратного поджатия 5-6

Для процесса впуска 6-1

Q6 1			QРег		(sin( 1 )					sin( 6 )) Qv 6 1
Q6 1					(sin( 1 )					sin( 6 )) Qv 6 1
	342,65	(sin 0 sin(41,87 0,1491)) 0,8744 0,0009 0,331 Дж.
	41,87	(sin 0 sin(41,87 0,1491)) 0,8744 0,0009 0,331 Дж.
	41,87
	Теплоприток в процессе 3-5
Q3 5				QРег	(sin( 5 ) sin( 3 )) Qv										3 5
Q3 5					(sin( 5 ) sin( 3 )) Qv										3 5
	342,65	(sin(41,87 0,12885) sin(41,87 0,06875)) 0,8744 0,0601 8,53 Дж.
	41,87
	41,87
	Определение температур газа в характерных точках цикла
	В точке 1
					Т 1								k Т н
					Т 1						Т
								p	6		Т	н					к 1
									6	k		н	1 1 Q			6 1
								р			Т 6					6 1	р		V
								р	1		Т 6						р	1	V	1
									1									1		1
													1,66 55,84								70,93 K.

						1,0	1,66 1 1 0,331									1,66			1
						1,0										1,66			1
					2,23									2,23 106 0,904 10 5
					2,23									2,23 106 0,904 10 5

Принимаем Т6 = Тн =55,84К.

В точке 2

T2						Tн
T2		V		T			k 1
	1	1	1	н	Q
	1		1		Q				V
		V		T		1 2 k р		2	V
		2		1				2		2

				55,84		56,83K.

	0,90410 5
	0,90410 5		55,84		1,66 1
1		1		7,02
1	3,6210 5	1		7,02
	3,6210 5		70,93		1,66 2,16106 3,6210 5

В точке 3

						к 1
		р				к				к 1
			3							к 1

Т 3	Т 2	р 2					Q2 3		к р			V 2
		р 2							к р		2	V 2
											2

								1,66 1
				0,306									1,66 1
	56,83			0,306				1,66 4,9					1,66 1				27,55К.


					2,16									6		5
					2,16							1,66 2,16 10		6	3,62 10	5
												1,66 2,16 10			3,62 10


В точке 4

					ê
					ê 1
		ð						ê 1
Ò	Ò3		4			Q3 4
Ò	Ò3					Q3 4
4
4		ð3						ê	ð3		V 3
		ð3						ê	ð3		V 3

							1,66 1
				0,138									1,66 1
	27,55			0,138			1,66			2,12			1,66 1		20,71K.

													6	5
				0,306									6	5
				0,306								1,66 0,306 10 12,01 10
												1,66 0,306 10 12,01 10

В точке 5


						к 1					1,66 1
Т		Т		1 Q		к 1			20,71 1 6,41		1,66 1	25,91K.
									20,71 1 6,41			25,91K.
	5		4		4 5 р		V			0,138106 12,2 10 5
	5		4		4 5 р		V			0,138106 12,2 10 5
							4	4

Находим конечную расчетную температуру газа за детандером

1			р 3								к 1
1 5							1 Q3 5
1 5		к	р		4		1 Q3 5				р	4	V 4
Т к Т 3					4							4
Т к Т 3			р 3					Т	3	5
			р 3					Т	3
			р 4					Т	5
			р 4					Т	5
						1			0,306						1,66 1
	1 0,244										1 8,53
	1 0,244			1,66					0,138		1 8,53				1,38 10	5	12,2 10	5
27,55															1,38 10		12,2 10		23,79 K.
27,55									0,306			27,55		0,244					23,79 K.
									0,306			27,55
									0,138
									0,138			25,91

По значениям р, Т в Т-S диаграмме находим iн, iк, iк.s, определяем ожидаемый адиабатный КПД детандера:

s	hн hк	306,83 149,33	0,765 .
	hн hк .s	306,83 101

Полученное значение достаточно близко к ранее заданному значению КПД ηд1=0,77.

При заданных параметрах ТН, рН, и рк подсчитываем теоретический максимально возможный адиабатный КПД для данного детандера при степени расширения pк pн / pк 2,3/ 0,12 19,17.

					1									k
					1									k
			1 5				p			к				2	1
			1 5				p								1
	1				к
	1				к 1									1						k
					к 1									1						k
		pк 2	pка

						к							к p
						к							к p			к	a'
Т																к
s
s											к 1
					1							к
				1
				1
						p		к
								к
													1									1,66
				1 0,244											19,17 0,297								1
1										1,66
1														1,66 1								1		0,244	1,66
														1,66 1								1		0,244	1,66
	19,17 0,297 19,17 0,08
															1,66						1,66 19,17			0,075
																										0,93
																		1,6 6 1								0,93
																		1,6 6 1
																1			1,6 6
									1
									1
														19,17

Проверяем массовый расход газа через детандер при условии герметичности поршневого уплотнения


m		' 60 n z	m5	60 n z	V 2			V 5
		' 60 n z		60 n z
	0	m2				2	5
	0

	3,62 10	5	2,9810	5
60 400					13,7 кг / ч,

	0,055		0,341

где 2, 5 – соответственно удельные объемы газа в точках 2 и 5, находятся в Т-S диаграмме по соответствующим значениям р и Т или по формулам

	R T 2			2077,25 56,83	0,055 м3/кг.
				2,16 106
2	р	2

	R T 5		2077,25 25,91		0,341.
				0,158 106
5	р	5

Расхождение с заданным значением расхода составляет

m	m0\|	m0	100	13,7 12,74	100 7,5% ,
		m0		12,74

что можно объяснить неучетом протечек через уплотнение поршня.

Определяем индикаторную мощность, развиваемую детанде-

ром:

Nинд 16,7 FД mp mV n z ' ,

где FД =4600, мм2 – площадь индикаторной диаграммы, определенная по клеточкам на миллиметровой бумаге;

mр =0,0213, МПа/мм диаграммы – масштаб шкалы давлений; mV =1,07∙10-6, м3/мм диаграммы – масштаб шкалы объемов; n=400, об/мин – число оборотов коленвала;

z=1 – число цилиндров;

=0,95 - коэффициент полноты диаграммы ( =0,93 − 0,96).

Nинд 16,7 4600 0,0213 1,07 10 6 400 1 0,95 0,665кВт.

Холодопроизводительность детандера

Q0 3600m0 hн hк 12,743600 (306,83 149,33) 0,56 кВт.

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение 1

Исходные данные к расчету цикла ожижения гелия

	№			р1,		р2,		рN2,		д1		д2		ТI,		ТII,		ТIII,		ТIV,		GжНе,		q3,

	вари	-																						кДж/
				МПа		МПа		МПа						K		K		K		K		л/ч
	анта																							кг


0			0,12		2,3		0,13		0,77		0,72		13		5		2		1		35		1,8
1			0,08		1,8		0,1		0,82		0,76		12		4		1,5		0,8		40		1,5
2			0,08		2,0		0,1		0,8		0,75		15		4		2		0,7		50		1,25
3			0,08		2,2		0,1		0,76		0,7		15		5		1,7		0,8		60		1,5
4			0,08		2,4		0,1		0,72		0,7		12		5		2		0,6		70		1,75
5			0,08		2,6		0,1		0,7		0,72		14		3		2,5		0,8		80		1,0
6			0,08		2,8		0,1		0,64		0,66		8		4		1,5		0,6		100		1,25
7			0,08		3,0		0,1		0,62		0,65		10		5		1,7		0,7		110		1,5
8			0,1		1,8		0,2		0,74		0,68		12		5		2		0,8		45		1,5
9			0,1		2,0		0,2		0,72		0,68		15		4		1,5		0,7		54		1
10			0,1		2,2		0,2		0,68		0,63		10		4		2		0,5		65		1,25
11			0,1		2,4		0,2		0,66		0,65		15		3		1,7		0,7		76		1,5
12			0,1		2,6		0,2		0,63		0,66		13		2		1,5		0,5		87		1,75
13			0,1		2,8		0,2		0,6		0,62		12		2		2		0,6		90		1,2
14			0,1		3,0		0,2		0,57		0,6		12		5		2		0,8		105		1,4
15			0,1		1,8		0,3		0,82		0,76		12		5		2		0,8		40		1
16			0,1		2,0		0,3		0,8		0,75		15		4		1,5		0,6		50		1,25
17			0,1		2,2		0,3		0,76		0,7		13		4		2		0,5		60		1,5
18			0,1		2,4		0,3		0,72		0,7		15		3		1,7		0,7		70		1,75
19			0,1		2,6		0,3		0,7		0,72		13		2		1,5		0,5		80		1,3
20			0,1		2,8		0,3		0,64		0,66		12		2		2		0,7		90		1,8
21			0,1		3,0		0,3		0,62		0,65		12		5		2		0,8		40		1,5
22			0,1		1,8		0,4		0,82		0,76		10		2		1		0,4		50		1,7
23			0,1		2,0		0,4		0,8		0,75		10		2		1		0,4		55		1,25
24			0,1		2,2		0,4		0,76		0,7		10		2		1		0,4		87		1,6
25			0,1		2,4		0,4		0,72		0,7		10		2		1		0,4		47		1,4
26			0,1		2,6		0,4		0,7		0,72		10		2		1		0,4		52		1,3
27			0,1		2,8		0,4		0,64		0,66		10		2		1		0,4		58		1,4
28			0,1		3,0		0,4		0,62		0,65		10		2		1		0,4		60		1,5
29			0,08		1,8		0,5		0,75		0,69		12		4		1,5		0,8		50		1,7
30			0,08		2,0		0,5		0,73		0,68		15		4		2		0,7		55		1,25
31			0,08		2,2		0,5		0,69		0,64		15		5		1,7		0,8		87		1,6
32			0,08		2,4		0,5		0,67		0,66		12		5		2		0,6		47		1,4
33			0,08		2,6		0,5		0,64		0,67		14		3		2,5		0,7		52		1,3
34			0,08		2,8		0,5		0,61		0,63		8		4		1,5		0,6		58		1,4
35			0,08		3,0		0,5		0,58		0,61		10		5		1,7		0,7		60		1,5

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 56 / 86 7 8 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

#
24.04.20193 Мб9otvety_thp.doc
#
01.05.2025455 Кб4otvety(1).docx
#
01.04.2025441 Кб2otvety2.doc
#
01.07.2025628 Кб8OXT.doc
#
12.03.20158 Мб21OzerinAN.pdf
#
12.03.20153 Мб105Ozhizhenie_gelia_2008_A5_11 (1).pdf
#
01.04.2025210 Кб5p-элементы IV группы.doc
#
25.04.2019269 Кб24paht.doc
#
01.03.2025974 Кб3PAKhT_1_Gidravlika (1).doc
#
12.03.2015393 Кб40PAKhT_2_semestr_LR18.doc
#
12.03.2015103 Кб34PAKhT_2_semestr_LR19_2.doc