разное

Агрегат «турбина-компрессор»

На кафедре холодильных машин ОГАХ под руководством А. Б.Баренбойма на протяжении 1960-1990-х годов осуществлялись работы по созданию, теоретическому и экспериментальному исследо­ванию агрегатов «турбина-компрессор».

Агрегаты были разработаны специально для условий работы по циклу Чистякова-Плотникова, а также в составе гибридных абсорбционно-компрессорных машин (глава 22). Диапазон изменения холодопроизводительни составлял 15 ... 180 кВт. Агрегаты подверга­лись испытаниям на большинстве рабочих веществ (однокомпонент­них и смесях), что дало возможность создать универсальные методики их расчета.

На рис.20.8 представлена одна из конструкций агрегата «турбина-компрессор». Компрессор представляет бездиффузорную

Ступень с рабочим колесом (І) насосного типа, наружный диаметр колеса - 0,135 м, угол лопатки на входе колеса - 26°, на выходе - 15°, число лопаток - 8. Турбина состоит из входной камеры, направляю­щего соплового аппарата и рабочего колеса радиально-осевого типа (2). Наружный диаметр соплового аппарата - 0,121 м; наружный диа­метр колеса - 0,09 м; угол лопатки на входе - 42,5°; на выходе - 30°; число лопаток - 18. Масса агрегата 26 кг, габаритные размеры 400x245x355 м.

В конструкции компрессора была предусмотрена возмож­ность изменения типа лопатки колеса, в связи с чем улитки имеют внутренний вертикальный разъем. Обе части улитки плотно прижаты друг к другу пружинами 3. В описываемом агрегате «турбина - компрессор» впервые в практике холодильного машиностроения были применены газостатические опоры 4, работающие на рабочем веществе. Таким образом компрессорная теплоиспользующая машина работает без смазки вне зависимости от рода рабочего вещества.

Рассмотрим основы расчета агрегата «турбина-компрессор» с учетом влияния реальных конструктивных особенностей.

Массовые расходы рабочего вещества в турбине и компресс - соре определяют из уравнений сплошности потока: • для турбины

• для компрессора

^78^106Л3ш{і-є2ш)р3х3ї8^

М„

Ткм nKM[63]LKM

Так как турбина и компрессор расположены на одном валу, то можно предположить равенства €Т = £км ; Р2т - Рікм *' пгт = ткм, тогда

МТ = 2.82<p3x3[ys(l-pT)f5

При совместном решении yp.(20.24)-(20.26), получаем

И'-А-Г

1км у

Где п - частота вращения вала; m - конструктивный параметр; х - от­носительная угловая скорость вращения турбины; Л - отношение внутреннего диаметра колеса ко внешнему; ф ~ скоростной коэффи­циент соплового аппарата; р - степень реактивности; у/ - коэффи­циент напора; Г] - изоэнтропный КПД.

Анализ ур.(20.27) показывает, что функцией работы турбины и компрессора как самостоятельных элементов являются как термо­динамические характеристики, так и конструктивные параметры.

При введении безразмерной величины v появляется возмож­ность проводить сравнительный анализ агрегата «турбина - компрессор»

Рис.20.9. Согласование удельных работ компрессора и турбины при различных конструктивных характеристиках агрегата «турбина-компрессор»:

1 - ступень авиационного типа;

2 - компрессорного типа;

3 - насосного типа;

4 - осевого типа

Экспериментальные данные показали, что для одноступен­чатых агрегатов «турбина-компрессор» значение V изменяется в диапазоне от 0,08 до 7,65. В случае необходимости, в агрегате имеется возможность использования нескольких ступеней расширения в турбине и/или сжатия в компрессоре. Таким образом, полученные теоретические результаты будут справедливы для любого рабочего вещества, которое потенциально может быть использовано в агрегате «турбина-компрессор», при этом экспериментальное итсследование уже не потребуется.

Поскольку агрегат «турбина-компрессор» соединяет силовой и холодильный контуры при заданных температурных условиях работы, которые не могут быть изменены (Тгор, Тср, Тхол), то необходимо согласование характеристик контуров посредством изменения геометрических характеристик агрегата «турбина-компрессор». На рис.20.9 представлены рациональные зоны использования различных геометрических характеристик колес компрессора.

Рассмотрим подробно компрессорную теплоиспользующую холодильную машину, предложенную Р. Велюмьером. Цикл Ве­люмьера представляет соединение двух обобщенных циклов Карно, в которых процесс регенерации тепла осуществляется по изохорам. Таким образом на основании информации в таблице 2.1, цикл Ве­люмьера представляет единый сложный цикл Стирлинг-«Филипс»[64].

Цикл и схема машины Велюмьера представлены на рис.20.10. Цикл машины осуществляется на трех уровнях давлений: pi - высо­ком; р2 - среднем и рз - низком.

В цилиндре 1 (Ц1) и регенераторе (Р1) реализуется прямой термодинамический цикл (цикл Стирлинга):

• процесс 1-2 - изотермическое расширение с подводом тепла от греющего источника при Тгор;

• процесс 2-3 - изохорное понижение давления с отводом тепла регенератору;

• процесс 3-4 - изотермическое сжатие при отводе тепла внешней охлаждающей среде при Тср;

• процесс 4-1 - изохорное повышение давления с подводом тепла от регенератора.

В цилиндре 2 (Ц2) и регенераторе (Р2) реализуется обратный термодинамический цикл (цикл «Филипс»):

• процесс 5-6 - изотермическое сжатие при отводе тепла внешней охлаждающей среде при Тср\

• процесс 6-7 - изохорное понижение давления с отводом тепла регенератору;

• процесс 7-8 - изотермическое расширение с подводом тепла от низкотемпературного источника (производство холода) при Тхол\

• процесс 8-5 - изохорное повышение давления с подводом тепла от регенератора.

СОР машины Велюмьера определяется по ур.(19.2). Машина, работающая по циклу Велюмьера, практического применения не получила.