Основы расчета и проектирования двухступенчатых поршневых детандеров

• Автор: Зотов, Денис Юрьевич
• Шифр специальности: 05.04.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 179 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
ВВЕДЕНИЕ
Е ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ. ФОРМУЛИРОВКА ЦЕЛИ И ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ
1.1. Детандеры в современных технологических циклах. Их назначение
1.2. Анализ литературных данных
1.3. Формулировка целей и задач работы
2. КОНСТРУКЦИИ ДВУХСТУПЕНЧАТЫХ ПОРШНЕВЫХ ДЕТАНДЕРОВ НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ
2.1. Требования к конструкции
2.2. Принципиальная схема отдельного ряда двухступенчатого поршневого детандера
2.3. Разгрузка ряда от газовых усилий
2.4. Основные конструктивные соотношения при проектировании
2.5. Межступеячатая коммуникация однорядного двухступенчатого поршневого детандера
2.6. Многорядные двухступенчатые поршневые детандеры
2.7. Конструкция двухступенчатого поршневого детандера
на базе СКАВ
2.8. Схематизация многорядных двухступенчатых детандеров
3. МЕТО ДИКА РАСЧЕТА ДВУХСТУПЕНЧАТЫХ
ПОРШНЕВЫХ ДЕТАНДЕРОВ
3.1. Введение
3.2. Инженерная методика расчета двухступенчатых детандеров
3.3. Математическая модель двухступенчатого детандера
3.4. Сравнение одно- и двухступенчатых детандеров

4. РАСЧЕТНО-ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ
4.1. Двухступенчатый однорядный детандер. Контрольные расчеты
4.2. Модификации однорядного двухступенчатого детандера
4.3. Соотношение объемов цилиндров I и II ступеней
4.4. Обоснование требуемого объема межступенчатой коммуникации однорядного двухступенчатого детандера
4.5. Многорядные двухступенчатые детандеры.
Смещение циклов по фазе
4.6. Анализ работы и прогнозирование параметров двухступенчатого детандера на Ш-образной базе с сухим картером
4.7. Влияние внешних параметров газа
на работу двухступенчатого воздушного детандера
4.8. Подогрев газа в межступенчатой коммуникации
4.9. Пусковые режимы детандера
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ:
а - относительное мертвое пространство;
С - относительный ход поршня;
с(р - мгновенная скорость поршня, м/с;
с„ - средняя скорость поршня, м/с; спр - жесткость пружины, Н/м;
О - диаметр цилиндра, м;
(1С - диаметр седла клапана, м;
Е - энергия, переносимая массой вещества, Дж;
модуль упругости, Н/м2;
Н - высота перемещения пластины клапана, м; ка - предварительный натяг пружины, м; к - показатель адиабаты;
Ь - работа, Дж;
М - критерий скорости потока; тпт - масса запорного органа, кг; т - массовый расход, кг/с;
N - мощность, Вт;
Р - абсолютное давление газа, Па;
(2 - количество теплоты, Дж;
00 - холодопроизводительность, Вт;
Я - газовая постоянная, Дж/(кг К); г - радиус кривошипа, м;
5 - ход поршня, м;
5 - энтропия, Дж/(кг.К);
Т - абсолютная температура газа, К; и - внутренняя энергия, Дж;
У,п - объем, описываемый поршнем детандера, м3;

скорость течения газа через впускной клапан достигает величины, при которой происходит его закрытие (точка 2), рабочий объем отсоединяется от впускной полости и происходит адиабатное (политропное) расширение газа (процесс 2-3). В гоч ке 3 открываются выхлопные окна и расширившийся охлажденный газ попадает в промежуточную полость за Т ступенью детандера с давлением Рк = Рпр (процесс 3 4). При наличии в составе ступени выпускного клапана между точками 3 и 4 происходит его открытие. В точке 5 верхнее уплотнительное кольцо закрывает выхлопные окна, после чего происходит процесс обратного сжатия газа 5-6, а при наличии выпускного клапана процессвыталкивания продолжается до точки 5*. В точке 6 открывается впускной клапан и происходит кратковременный процесс впуска 6-1. Далее цикл повторяется.
Особенностью данного цикла является необходимость достижения давления в точке 6 (при обратном ходе поршня) практически равного начальному для обеспечения открытия впускного самодействующего клапана. В работе Горбенко А. Л. [25] подробно рассмотрена конструкция детандера с выпускными самодействующими клапанами (рис. 2.1,6) и указано на высокую эффективность их применения. В конструкции двухступенчатого детандера с целью повышения его эффективности также возможно применение выпускного клапана. Эффективность и надежность такой конструкции будет проанализирована в последующих разделах.
В работе Иванова Д.Н. [35] была рассмотрена конструкция бесклапанного поршневого детандера с дифференциальным поршнем (принципиальная схема и диаграмма рабочего цикла представлена на рис. 2.2). Рассмотрим работу, а также процессы и рабочий цикл данного поршневого детандера.
При положении поршня в ВМТ впускные окна (1) открыты и рабочая полость (РП) детандера соединена с впускной полостью с давлением Рн. Перемещение поршня в сторону НМТ сопровождается наполнением рабочей полости детандера свежим газом (процесс 1-2). В точке 2 впускные окна