Машина «Филипс»
Машина «Филипс» появилась раньше машины Макмагона - Джиффорда с детандером и обладает более высокими энергетическими показателями.
Цикл «Филипс» представляет один из обобщенных циклов Карно (таблица 2.1). Газовая машина с периодическими процессами, выпущенная фирмой «Филипс» (и широко известна как машина «Филипс», машина по циклу «Филипс») была предложена Келлером и Йонкерсом.
Идея создания теплового двигателя с регенерацией была предложена Стирлингом еще в 1816 году, т. е. на 10 лет опередила идею Карно, однако при существовавшем тогда уровне техники идея Стир-
линга была неосуществима. Аккерет и Келлер предложили цикл, обратный циклу Стирлинга. Келлер и Йонкерс создали машину, работающую по обратному обобщенному циклу Карно, в котором процессы регенерации тепла проходили по изохорам.
Цикл машины «Филипс» и условное изображение ее работы представлены на рис.18.17: процесс 1-2 - изотермическое сжатие; 2-3 - изохорное охлаждение; 3-4 - изотермическое расширение; 4-1 - изохорный нагрев (за счет процесса охлаждения 2-3).
Термодинамическая эффективность теоретического цикла машины «Филипс» равна эффективности цикла Карно (п.2.1.3)
СОР^шпс = СОРКарно = Т™ . (18.41)
Ср хол
В изотермических процессах сжатия эквивалентна теплу: работа сжатия отводимому теплу, работа расширения - подводимому. Таким образом удельная массовая холодопроизво-дительность машины равна удельной работе, полученной в изотермическом детандере, а удельная теплопроизводительность - удельной работе, затраченной в изотермическом компрессоре
Б) |
А)
Рис. 18.17. Машина «Филипс»: а) цикл; б) условное изображение работы
В связи с тем, что поршни компрессора совершают гармонические колебательные движения, имеется возможность осуществить цикл путем соответствующего выбора углов поворота кривошипов компрессора и детандера.
Для отвода тепла при Тср, эквивалентного работе сжатия, необходимо осуществлять интенсивное охлаждение цилиндра компрессора (например, водой). Детандер потребляет тепло от охлаждаемого объекта и, таким образом, одновременно производит механическую работу и процесс охлаждения при Тхол. Регенератор расположен между компрессором и детандером (в виде насадки, которая попеременно нагревается и охлаждается). В процессе всасывания в компрессор и нагнетания из детандера воздух, проходя через регенератор, охлаждает его (сам, естественно, нагревается). В процессе нагнетания из компрессора и всасывания в детандер горячий воздух охлаждается в регенераторе (регенератор тем самым нагревается). Так периодически осуществляют процесс замкнутой циркуляции воздуха между компрессором и расширителем через регенератор. Машина «Филипс» работает при малых отношениях давлений я= 2.. .2,5.
Абсолютно очевидно, что процессы изотермического сжатия и расширения в действительной машине будут сопровождаться необратимостями. Несмотря на это, машина «Филипс» обладает высокими термоэкономическими показателями, на которые существенно влияют малая металлоемкость и простота эксплуатации.
Машина «Филипс», для работы в составе пневматической сети предприятия, была сконструирована Н. Н.Кошкиным в 1951 году (ЛТИХП, ныне С-ПбАХПТ) и успешно использовалась для технологического процесса закалки металлов холодом.