Файл: Цейтлин Ю.А. Установки для кондиционирования воздуха в шахтах [Текст] 1974. - 166 с.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 26.06.2024
Просмотров: 78
Скачиваний: 1
Полный адиабатный к. п.д. компрессора определяют по фор муле (61).
Потери энергии имеют место и в детандере. Теоретический процесс расширения воздуха в детандере — обратимый адиабат ный процессе (линия 2 — Ь рис. 44). Работа, совершаемая воз духом, в этом случае эквивалентна площади А — 2 — 5 — G и может быть определена по формуле
<120)
Наличие сопротивлений приводит к тому, что часть энергии воздуха затрачивается на их преодоление и в результате преоб разуется в тепло. При отсутствии охлаждения детандера это тепло сообщается расширяющемуся воздуху. Принимая условно, что в детандере отсутствуют потери, по к воздуху подводится тепло, эквивалентное им, получим процесс расширения 2■— b'. Работа, совершаемая воздухом в детандере, будет эквивалентна площади В — Ь' — 2 — 4 — /"и равна
/д = — 2L T / ? ( 7 ’, - 7 ’ ; ) . |
( 1 2 1 ) |
Потери энергии, эквивалентные теплу, подводимому к воз духу, определяются площадью В — Ь' — 2 — А. Таким образом, полезная работа воздуха, эквивалентная площади Л — 2 — 4 — F, будет
l i t = - ± - R ( T ü - T ' B). |
( 1 2 2 ) |
Я— 1 |
|
Внутренний к. п.д. детандера, определяющий его аэродинамиче ское совершенство,
Т Г Г « ( Т- - - Т°) |
k (in— l) |
1Ф\, |
( 1 2 3 ) |
—Гр |
m{k — l) |
|
|
Полный к. п.д. детандера |
|
Ид = Ч Ѵ К . |
(І24) |
где г|од и іуМд — соответственно объемный и механический к .п.д.
агрегата.
При расчетах используют и адиабатный к. п.д. детандера
(д_ = Т = Т * ( Г» - Г«> |
т , - т в’ |
|
T 2 - |
( 1 2 5 ) |
|
|
T D |
Т 1 Т « 1 Ъ - т1
96
Полный адиабатный к. п.д. детандера
= тІаддПо„т1м |
(126) |
Реальный цикл ВХУ отличается от теоретического не только наличием потерь энергии в элементах установки. В реальной установке для обеспечения теплообмена между воздухом и ох лаждающей или охлаждаемой средой необходимо, чтобы конеч ная температура воздуха, выходя щего из теплообменника ТО\ (см.
рис. 43, я), была выше темпера туры охлаждающей среды (Т2), а температура воздуха, выходящего из холодильной камеры (ТОі), была ниже температуры охлаж даемой среды (Г'і). Реальный цикл ВХУ имеет вид 1'—а'— 2'—Ь' (рис. 45). На этом же ри сунке пунктиром показан идеаль ный цикл установки в аналогич ных условиях (линия 1—а—2—Ь). Как видно из рисунка, в реаль ном цикле за счет потерь в де тандере и конечной разности тем ператур в холодильной камере снижается удельная холодопроиз водительность установки (пло щадь В—Ь'—1'—С вместо А—
b—1—С в идеальном цикле. Удельная работа никла, наоборот, увеличивается (площадь В—Ь'—I'—С—D—а'—2'—А вместо ) —а—2—Ь).
Учитывая потери энергии в компрессоре и детандере, полу чим следующее выражение холодильного коэффициента реаль
ного |
цикла: |
|
|
|
е = |
{Т\ - К)__________ |
(127) |
|
|
||
|
|
■ ( К - Т І ) - с р Ѣ д д ( т ' - Т в) |
|
|
|
■ЧЭДк |
|
где |
т)адк— полный адиабатный к. п.д. компрессора, |
представ |
ляющий собой отношение теоретической мощности, потребляемой компрессором на его валу при обра тимом адиабатном (S = const) сжатии воздуха, к фактической мощности на валу машины;
г)адj — полный адиабатный к.п.д. детандера, представ ляющий собой отношение фактической мощности на
,его валу к теоретической мощности при обратимом адиабатном расширении воздуха.
4 Цейтлин Ю. Л. |
97 |
Анализ уравнения (127) показывает, что в отличие от идеаль ного цикла, холодильный коэффициент которого тем выше, чем меньше степень изменения давления в установке, в реальном цикле максимальное значение холодильного коэффициента до стигается при определенной (оптимальной) степени изменения давления воздуха в цикле,
П р и м е р 11. Определить основные показатели работы ВХУ для сле дующих данных: необходимая холодильная мощность 50 квт; температура
окружающей среды 27° С и давление |
1 бар; степень изменения давления воз |
духа в компрессоре н детандере 3 |
(см. рис. 43); температура охлаждаемом |
среды —3° С; полный адиабатный |
к. п. д. детандера и компрессора 0,8 |
(внутренний к. п. д. этих машин 0,9); разность температур воздуха окру жающей Atz и охлаждаемой At, сред 5° С.
Определяем |
температуру воздуха на входе в компрессор Т1 и в детан |
дер То (см. рис. |
45): |
Т[ = 270 — 5 = 265° К,
Т 2 = 300 + 5 = 305° К.
По известным из термодинамики соотношениям между температурой и давлением газа в адиабатном процессе рассчитываем температуры Та и
к—1 |
0,286 |
|
|
r ’ = T ; ß fc |
==265-3 |
= 363° К, |
|
Т, |
д0,286305 |
= 223° к. |
|
По выражению (119) определяем конечную температуру воздуха в ком |
|||
прессоре, учитывая, что вместо Т4 в (119) |
необходимо |
подставлять Т j , а |
|
вместо Га Га, тогда |
|
|
|
Т’а = т [ + (Та - Т\) — |
= 265 + |
(363 - 265) |
= 374° К. |
* 4
Аналогично из (125) получаем температуру воздуха после детандера (с учетом того, что вместо Г2 в уравнение (125) подставляем Г2 и вместо
Г„ г ;):
Г' = То — ( То — Г") т)' = 305 — (305 — 223) 0,9 = 231° К.
Удельная холодопроизводительность цикла
qx = ср (Т[ — Га) = 1 (265 — 231) = 34 кдж/кг.
Необходимый массовый расход воздуха
50 М = = 1,47 кг/сек = 87,3 кг/мин.
34
98
Объемная производительность компрессора, приведенная к условиям вса сывания,
РТ[ |
287-265 |
|
|
|
Ѵк - - -------М = |
---------------87,3 = 66,5 м3/мин. |
|
||
Pi |
l°ä |
|
|
|
Мощность на валу компрессора |
|
|
||
N K = Мер ( г ; - |
т \ ) |
= 1,47-1(363 - |
265) ^ = |
180 квт. |
Мощность на валу детандера |
|
|
||
Мд - Мер (Т'3 - |
Тв) і1аДд = 1,47-1 (305 - |
223) 0,8 = |
96,5 квт. |
|
Затрачиваемая мощность |
|
|
|
|
|
N = 180,0 — 96,5 = 84,5 квт. |
|
||
Холодильный коэффициент установки |
|
|
При таких же условиях показатели работы идеальной уста новки, рассчитанные по формулам (108) —(112) следующие: затрачиваемая мощность 18,7 квт, объемная производительность компрессора 45,5 м3/мин, холодильный коэффициент 2,67. Таким образом, в реальной установке необходимая производитель ность компрессора примерно в полтора раза превышает теоре тическую, затрачиваемая мощность превышает теоретическую более чем в четыре раза, а холодильный коэффициент меньше теоретического в четыре раза.
3. Способы повышения экономичности работы установки
Для повышения экономичности работы ВХУ широко приме няется регенерация тепла. Схема с регенерацией тепла показана на рис. 46, а. Кроме теплообменных аппаратов ТОі и Т 02 в уста новке предусматривается использование еще одного теплооб менника— Р (регенератора), в котором происходит теплообмен между воздухом, выходящим из ТО\ и Т02. Теоретический рабочий процесс такой установки показан на рис. 46, б. Пункти ром показан теоретический цикл ВХУ без регенерации при тех же температурах Ті и Т2. Холодильный коэффициент теоретиче ских циклов с регенерацией и без регенерации тепла одинаков. При регенерации тепла затрачиваемая работа определяется площадью b — Г — а' — 3 и равна
|
/, = |
ср (Тл- 7\) - |
(Т2 - |
Тв) = Ср (Та - 7\ - Т2 + |
Тв). |
(128) |
||
В цикле |
без |
регенерации |
работа |
определяется |
площадью |
|||
b — 1 |
— а — 2 и равна |
|
|
|
|
|||
I |
= |
(Та - |
Т2) - |
Ср(7\ - |
Тв) = |
(Га - Т 2- Т г + |
Тв). |
(129) |
4* 99