КАТЕГОРИИ: Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748) |
Учебный вопрос № 3. Общее устройство и рабочий процесс турбодетандеров
Применение поршневых детандеров для крупных установок, перерабатывающих большие количества воздуха, становится невозможным. С увеличением количества и уменьшением давления воздуха, пропускаемого через детандер, объем воздуха возрастает, что требует увеличения габаритов поршневого детандера: его диаметра и хода поршня. В этих условиях, особенно при низких температурах воздуха, поступавшего в детандер, последний становится громоздкой машиной, работающей неэкономично и недостаточно надежно. Поэтому в установках низкого давления, перерабатывающих большое количество воздуха, адиабатическое расширение сжатого и предварительно охлажденного воздуха возможно только в турбомашине, так называемом турбодетандере. Однако последние достижения в части создания надежных высокооборотных подшипников позволяют использовать турбодетандеры для среднего, а в некоторых случаях и высокого давления взамен поршневых. Турбодетандерами называются машины турбинного (лопаточного) типа, применяемые в холодильных циклах для понижения температуры сжатого газа, его расширением с отдачей внешней работы. Турбодетандеры могут быть одноступенчатые и многоступенчатые соответственно числу последовательно установленных рабочих колес с направляющие аппаратами. Кроме того, детандеры принято делить на активные и реактивные. Турбодетандер называется активным, если понижение давления происходит только в неподвижном направляющем аппарате, в котором энергия давления преобразуется в кинетическую энергию, а давление в колесе остается неизменным. Турбодетандер называется реактивным, если понижение давления происходит и в направляющем аппарате и в колесе.
В установках для разделения воздуха применяются почти исключительно радиальные центростремительные турбодетандеры реактивного типа, характеризующиеся большей эффективностью, лучшими конструктивными возможностями для осуществления количественного регулирования, более просты по форме рабочего колеса, меньшей чувствительностью к точности его изготовления и меньшей стоимостью. Этот тип турбодетандера впервые был предложен академиком П.Л. Капицей в 1939 году. Основными элементами одноступенчатого центростремительного турбодетандера (рис. 2) или ступени многоступенчатого являются: система неподвижных сопел, образованная лопатками направляющего (соплового) аппарата 1; система вращающихся каналов, образованная лопатками рабочего колеса 2. Направляющий аппарат и рабочее колесо размещены в корпусе 3. Расширяемый газ поступает в подводящий патрубок 4 и при помощи улитки 5 равномерно подводится к соплам с давлением Ро и скорость Со.
В соплах направляющего аппарата потенциальная энергия сжатого газа частично превращается в кинетическую: на выходе из сопел направляющего аппарата давление Р1 < Р0, а скорость С1, соответственно, больше Со. У входа на диаметре D1 газ вступает в каналы рабочего колеса, вращающегося с периферической скоростью U1, где расширяется до давления Р2 за колесом. При протекании через каналы колеса газ развивает окружное усилие на лопатках, вследствие чего он производит внешнюю работу вращения ротора и уменьшает свою энергию. У выхода на диаметре D2 газ выходит из каналов колеса со скоростью C2, меньшей С1, и через воронку 6 колеса и отводящий патрубок 7 удаляется из ступени. Для возникновения окружного усилия на лопатках колеса необходимо соответствующее уменьшение момента количества движения потока относительно оси вращения. Это достигается определенными формами сопел направляющего аппарата, каналов рабочего колеса и определенным сочетанием между скоростью вращения колеса и скоростями газа. Для этого, в частности, сопла направляющего аппарата и каналы рабочего колеса выполняют таким образом, чтобы скорость потока на выходе из сопел была наклонена под острым углом α1 по направлению вращения колеса, а относительная скорость на выходе из каналов рабочего колеса была направлена под острым углом β2 против направления вращения колеса.
Давление P1 потока на входе в рабочее колесо обычно больше давления Р2 на выходе. Поэтому для уменьшения перетеканий газа между колесом и корпусом устанавливаются уплотнения лабиринтового типа. В центростремительных ступенях турбодетандеров применяют колеса двух типов: - центростремительно-радиальные; - центростремительно-осевые. В центростремительно-радиальных колесах лопатки, а следовательно, и каналы располагают только в радиальной части колеса: от диаметра D1 до диаметра D2, который несколько больше, чем диаметр горлового сечения выходной воронки Dв. Поток на выходе из канала колеса направлен примерно радиально, а поворот на осевое направление происходит вне каналов колеса. Так как лопатки не входят в зону поворота, их ограничивающие поверхности могут быть выполнены цилиндрическими. Это резко упрощает изготовление рабочего колеса. В центростремительно-осевых колесах поворот потока с радиального направления на осевое осуществляется внутри каналов колеса. Этого достигают вводом лопаток в зону входной воронки и примерно радиальным расположением их выходных кромок. При такой конструкции загиб выходной кромки лопатки на угол β2 в одной (радиальной) плоскости (как в центростремителъно-радиальном колесе) невозможен. Поэтому лопатки центростремительно-осевых колес выполняют пространственными, и изготовление этих колес сложнее, чем центростремительно-радиальных. Центростремительно-радиальные колеса выполняют, как правило, закрытого типа, т.е. с каналами, ограниченными стенками по всему контуру их поперечного сечения.
Центростремительно-осевые колеса выполняют как полузакрытого типа, т.е. с каналами, контур поперечного сечения которых ограничен стенками лишь с трех сторон, и закрытого. Условия работы турбодетандеров для установки разделения воздуха характеризуются низкой температурой рабочей среды (на выходе из машины температура близка к температуре конденсации), небольшим начальным давлением 0,5÷0,6 МПа. Рабочая среда - большей частью воздух, иногда азот. Массовый расход газа от 0,3 до 14 кг/сек (≈ от 1000 до 50000 кг/час). Степень расширения определяется отношением конечного давления к начальному:
Изоэнтропныйтермоперепад составляет около 38 Кдж/кг. Объемные расходы газа при условиях входа в турбодетандер из-за низкой температуры сравнительно невелики - 60÷3000 м3/час. Поэтому машины имеют сравнительно небольшие размеры проточной части - даже в турбодетандере ТДР-42-5, предназначенном для самой мощной воздухоразделительной установки, ширина направляющего аппарата не превышает 20 мм. Число оборотов от 5700 до 21000 в минуту. Масса и габариты турбодетендеров по сравнению с другим оборудованием установок небольшие. Адиабатический кпд этих машин составляет 80-85 %.
Дата добавления: 2014-01-04; Просмотров: 680; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы! Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет |