разное

Машины на несмесимых компонентах

Рациональность применения машин на несмесимых компо­нентах проявляется в создании теплофикационных машин, способных производить четыре энергетических эффекта, т. е. тепло и холод на двух температурных уровнях каждый.

Эта задача в п. 17.2.5 была решена при использовании раство­римых неазеотропных смесей, теперь рассмотрим альтернативное решение этой задачи при работе теплофикационной машины на смеси из несмесимых компонентов. В последнее время именно этим смесям уделяется большое внимание.

Два взаимно нерастворимых компонента образуют рабочую смесь. Как и ранее RH - компонент, имеющий высокую нормальную температуру кипения, RL - компонент, имеющий низкую нормальную ' температуру кипения. Для анализа термодинамического цикла и син­теза схемы весьма наглядно использовать диаграммы состояний T-s для чистых компонентов смеси, совмещенных в единой системе координат (рис. 17.16).

Компонент RH осуществляет цикл 12-3-4-9-1 в интервале температур [T0,RHy TKrH]. Компонент RL осуществляет цикл 1-2-10-5-

6- 7-1 в интервале температур [T0RL; TKRLJ. Компоненты сжимаются в компрессоре в виде смеси (процесс 1-2). Смесь образуется в процессе

7- 9-7 и разделяется в процессе 2-3-10 при конденсации компонента RH. На диаграмме эти процессы изображены условно.

Таким образом, на основании цикла, схема машины должна состоять из следующих элементов: конденсатора-сепаратора (КД-С); конденсатора (КД); испарителя высококипящего компонента (И-RH); испарителя низкокипящего компонента (И-RL); компрессора (КМ); газового ресивера (ГР); дроссельного вентиля (ДВ).

Компоненты смеси будут конденсироваться при собственных давлениях насыщения Ркт^АТкт) и Pk, rl=ATk, ri)* причем

Pkri>Pkrh. Отсюда следует, что максимальное рабочее давление в машине Pk, rl, оно же является давлением смеси на выходе из компрессора р2. На основании законов смеси газов

Р2 = PKRL = PKRH + р KRL = р KRH + P K. RL, (17.45)

Где ' - индекс, обозначающий парциальное давление компонентов смеси.

В каждом испарителе устанавливается собственное рабочее давление насыщения Po. rh-ATo. rh) и Po, rl~K^o, ri)- После смешения общее давление на входе в компрессор pi составит

Pi = р о, rh + р o. rl > (17.46)

При любых сочетаниях рабочих давлений в испарителях

Р 'o, rh > PO, rh ИЛИ р o, rh < Po. rh > р otrl > PO. rl ИЛИ р o, rl <PO, rl > PO, rh > PO. rl ИЛИ PO. rh <Po, rl •

Ограничениями при выборе давления р2 является соблюдение конструктивно-эксплуатационных требований.

Повышение величины СОР машины достигается введением процесса регенерации тепла. На основании вышеизложенного, можно синтезировать обобщенную схему теплофикационной машины, рабо­тающей на смеси взаимно нерастворимых компонентов (рис.17.17). Выбор «линии» для каждого компонента между теплообменником и газовым ресивером производится на основании данных таблицы 17.5.

Смесь из компрессора при параметрах Qw,?^) направляется в конденсатор-сепаратор, где компонент RH охлаждается и конден­сируется до состояния (p'k, rh, Tk, rhX а компонент RL охлаждается до Ткдн при собственном изменяющемся давлении p'k, rl ••• р2- Далее компонент RL поступает в конденсатор и там при параметрах (РбъиьТ'кдд конденсируется. Образовавшиеся два самостоятельных потока чистых компонентов осуществляют самостоятельные циклы, присущие чистым рабочим веществам и после испарителей через одну из линий «линия 1», «линия 2» или «линия 3», выбранную в соответствии с давлениями ph Po, rh> Po. rl поступают в газовый ресивер, где смешиваются, после чего всасываются компрессором. Цикл замыкается. Расчеты термодинамических параметров смеси и соответствующих характеристик циклов являются достаточно слож­ными и трудоемкими, в связи с чем была предложена методика расчета, основанная на замене процессов со смесями эквивалентными процессами с чистыми компонентами. Обязательным условием при этом является идентичность начальных и конечных параметров. Эквивалентными процессами заменены:

• разделение газовой смеси путем конденсации компонента RH;

• сжатие смеси в компрессоре.

На рис. 17.18 представлена схема-эквивалент процесса разделения газовой смеси в конденсаторе-сепараторе. Компоненты через полу­проницаемый фильтр (ППФ) разделяются. Поток RH охлаждается, конденсируется и конденсат сжимается насосом.

Поток RL охлаждается в теплообменнике (ТО) и сжимается в изотермическом компрессоре (ИКМ) с отводом тепла, эквивалентного работе компрессора.

Удельное тепло, отводимое в конденсаторе-сепараторе опреде­ляется из выражения

Якд-с = Яш + 4RL = У [(h2RH-М + УГ(р2-р'клн)\ +

+ [(h2RL - hw) + Rrl Тю (In p2-lnp 'KRL)l (17.47)

Где у - кратность циркуляции компонента RH, отнесенная к 1 кг циркулирующего компонента RL.

Параметры смеси определяют в соответствии с температурами смешения газовых потоков. Процесс сжатия в компрессоре представлен как раздельные адиабатные процессы сжатия чистых компонентов в интервале давлений \ро, ш pkrh] для RH и [р q. ru р k, rl] Для RL с последующим смешением. Работу сжатия определяют из уравнений для адиабатного процесса, а суммарная работа цикла будет равна

Мцикла = У WRH + WRL • (17.48)

Характеристики остальных процессов рассчитывают по мето­дикам для чистых компонентов.

Коэффициенты преобразования циклов СОР для много­температурных теплофикационных машин рационально определять путем приведения полезных эффектов к одному температурному уровню через температурные факторы Карно. Таким образом понятно, что эксергетический анализ обладает большей наглядностью и универсальностью для рассматриваемых машин, чем энергетический.

В качестве примеры рассмотрены смеси R-717+R-123, R- 717+R-124, R-717+RC-318, которые в настоящее время представляют наибольший интерес для специалистов. Известно, что R717 имеет высокую степень термодинамического совершенства как однокомпо - нентное рабочее вещество. Добавление к нему рабочих веществ HFC - и HCFC-типа позволяет работать при умеренных рабочих давлениях при высоких температурах производимого тепла и обеспечивать надежную циркуляцию масла в машинах, благодаря растворимости этих рабочих веществ с маслом. Температурный режим, выбранный для расчета, основан на реальных условиях технологических процессов. Предварительный анализ основных параметров рабочих веществ в термодинамическом цикле позволил синтезировать схемы для различных смесей. Схемные решения получены путем селекции элементов из обобщенной схемы (рис.17.17):

• смесь R717+R123

3rl —> 5 —>6 —>7 линия 1

^ 1

Зян—>11—>4—>12—>9—>линия 2 (13) ^

• смесь R717+R124

3rl —>5—>6—>7—> линия 1

1-а* ^ /

У?

3RH ->11—>4->12—> 9 -> линия 1

• смесь R717+RC318

3RL —>5~>6—>7i —>линия 1 . v

T->2 1 1

Зкц—>11—>4—>12—>9—>линия 2 (13) ^

Процессы, происходящие с рабочими веществами в рассмат­риваемых схемах, изображены в диаграммах состояний lgp-h (рис. 17.19 - 17.21). Диаграммы необходимы для наглядной оценки цикла даже при проведении компьютерных расчетов. Результаты расчетов представлены в таблице 17.6. Численный анализ призван проиллюстрировать результаты синтеза схем многотемпературных машин с взаимно нерастворимыми компонентами.

Таким образом видно, что для расчета схем со смесями из взаимно нерастворимых компонентов не требуется использовать сложный математический аппарат расчета свойств смеси. Приве­денная методика может быть использована как дополнение к уже имеющимся пакетам прикладных программ по расчету циклов на чистых рабочих веществах.