ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Сопоставление холодильных машин из "Циклы схемы и характеристики термотрансформаторов " В связи с применением в настоящее время чрезвычайно широкого диапазона низких температур следует подчеркнуть, что различные типы холодильных машин оказываются более эффективными (в энергетическом и в технико-экономическом отношении) в одном диапазоне температур и менее эффективными — в другом. Для каждого типа машин можно указать тот интервал температур, в котором энергетическая эффективность имеет максимальное значение. Последнее обстоятельство должно служить базой для рационального выбора той или иной системы охлаждения при проектировании. [c.154] К обратимый цикл Карно Л — внешне необратимый цикл Карно 5 — эталонный цикл Р — рабочий (действительный) цикл. [c.155] Порядок перехода и соответствующие циклы условно показаны в одной и той же Т, -диаграмме на рис. 6-9. Введем следующие обозначения Гх — температуры теплоприемника и источника тепла Гк, Г х — температуры конденсации и испарения в эталонном цикле Гд = /1 //д— коэффициент, учитывающий внешнюю необратимость цикла Ч э= /д/4 —коэффициент, учитывающий приближение эталонного цикла к необратимому циклу Карно т)е=/к//еКПД, учитывающий приближение рабочего ци ла к обратимому циклу Карно. [c.155] Вводя далее индикаторный (внутренний) и механический КПД компрессора, а также КПД электродвигателя, нетрудно установить систему коэффициентов, характеризующих каждую из перечисленных потерь. [c.155] Изображенные на рис. 6-10 кривые представляют зависимость КПД ц от температур испарения для аммиачных и фреоновых машин. [c.156] Приведенные данные указывают на сравнительно малое влияние свойств рабочих веществ на эффективность. Наряду с этим переход к двухступенчатому сжатию как для фреона, так и для аммиака существенно повышает КПД установок. [c.156] В заключение параграфа кратко отановимся на эффективности установок с нестационарными термодинамическими процессами. [c.156] В последние годы главным образом в криогенной технике находят широкое применение установки и машины, в которых реализуются нестационарные процессы. Ранее рассмотренные нами циклы удовлетворяли условиям стационарности процессов. Практически можно было считать, что в любой точке машины термодинамическое состояние рабочего тела не меняется по времени. Также можно было считать, что массовое количество рабочего тела, участвующее в процессе, остается постоянным и все это количество совершает одни и те же термодинамические процессы. [c.156] В машинах с нестационарными процессами различные доли рабочего тела проходят по существу различные циклы, в связи с чем изображение их в диаграммах состояния следует рассматривать только условно. В различных элементах установки работает разное, изменяющееся во времени, массовое количество рабочего тела. Такого рода нестационарные термодинамические циклы реализуются в машинах Стирлинга, Мак-Магона-Гиф-форда, Эриксона и в пульсационной трубе (см. гл. 1). [c.156] Интересно отметить, что вначале подобная машина предназначалась фирмой Филипс для получения работы, т. е. использовалась в качестве теплового двигателя внешнего сгорания. Тепло к нему подводилось потоком горячего газа (продуктов сгорания), который обогревал ребристую поверхность головки машины. [c.157] Эксергетический КПД такой тепловой машины оказался также довольно высоким. После исследования машины в качестве теплового двигателя инженеры Келер и Джонкерс переоборудовали ее в криогенную машину, приспособленную главным образом для получения жидкого воздуха. В подобной же двухступенчатой конструкции возможно получение и жидкого водорода. [c.157] Рабочим телом в машине служит гелий. Холод генерируется при постоянной низкой температуре, близкой к температуре конденсации воздуха. До начала конденсации наружный воздух охлаждается при значительных разностях температур, что приводит к существенной внешней необратимости. Несмотря на это, общая эффективность машины весьма высока. [c.157] Анализ опытных данных показывает, что эксергетический КПД такой машины составляет (при Гх 130 К) более 40%. [c.157] Так как около половины холода при ожижении воздуха расходуется на его предварительное охлаждение от исходной температуры То до температуры конденсации, то становится ясным, насколько близко в машине Стирлинга процессы приближаются к внутренне обратимым. Причина этого не всегда понятно излагается в термодинамической литературе. Иногда цикл реальной машины Стирлинга далеко не точно описывается как цикл, в котором регенерация осуществляется в изохорных процессах. [c.157] Анализ нестационарных процессов, происходящих с переменной массой в различных аппаратах этой машины, указывает на следующие основные причины высокой степени совершенства. [c.157] Конструкция машины, в которой отсутствуют клапаны и имеется поршень с вытеснителем, обеспечивает также весьма полную регенерацию работы . [c.158] Гидравлические потери, связанные с движением рабочего тела по тракту установки и по его аппаратам, в машине Стирлинга относительно невелики, так как только часть всей массы газа проходит через аппараты и трубопроводы. [c.158] Во многих машинах с нестационарными процессами понижение температуры происходит вследствие близкого к адиабатному расширения газа, остающегося в сосуде при истечении, подобно тому понижению температуры, которое наблюдается в физическом опыте Клемана — Дезорма. В этом опыте, который ставится для довольно точного определения показателя адиабаты к, происходит неравновесное истечение газа из одного сосуда в другой, в результате которого в первом сосуде, где давление более высокое, происходит процесс изменения состояния, довольно близкий к адиабатному процессу расширения. Степень совершенства этого процесса, происходящего с частью остающегося в сосуде газа и близкого к адиабатному, весьма высока. Можно считать, что остающийся в сосуде газ совершает работу проталкивания над вытекающей массой газа, и, следовательно, суммарный процесс расширения всей массы газа с отдачей работы эквивалентен рассматриваемому. Однако процесс расширения остающегося в сосуде газа с точки зрения получения наиболее низких температур оказывается более благоприятным, потому что потери, приводящие к отклонению от обратимой адиабаты всей массы газа, относятся главным образом к вытекающему газу. [c.158] Именно такой процесс адиабатного понижения температуры переменного по массе рабочего тела часто используется в машинах нестационарного типа, применяемых в криогенной технике. Если организация процессов в машине позволяет достаточно обратимо использовать также и порцию вытекающего рабочего агента, тогда возможно получить в машине высокий эксергетический КПД и одновременно достичь низких температур. [c.158] Вернуться к основной статье