Цикл вакуумной воздушной холодильной

УСТАНОВКИ С РЕГЕНЕРАЦИЕЙ

Схема цикла и его изображение в T-S – диаграмме:

 

Т T_MAX                                   6

КМ

Атм. Воздух 1  5

 

1

 РТ                   Т_ОС                        q_P

 

2                                     4                                                                 5

2

ДТ                                                                                                     DT_2-4

4

T_MIN

3                                                                         3

ХК

 

В случае перестановки детандера за холодильную камеру, температурный режим будет выше, чем в первом случае.

 

 

T

P =1 атм

1

T_OC

2                                                 P <1 атм

3

q_O                  5

4

S

 

2-3 – процесс в холодильной камере.

 

35. ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОТИ ГАЗОВЫХ ЦИКЛОВ

 

Существует два направления:

1) снижение максимальной температуры цикла («суженые» циклы);

2) многоступенчатое сжатие и расширение.

1. Снижение максимальной температуры цикла.

 - холодильный коэффициент.

       Цикл в T-S – диаграмме:

 

T

2

2¢

T_B 3

3¢

T_H

1

4¢

4                                                 S

       Так как Q_O = G q_O = const, где G – количество циркулирующего газа, то с уменьшением q_O должно увеличиваться G, что приводит к увеличению потребляемой электрической энергии.

1. Многоступенчатое сжатие и расширение.

 

 

Цикл в T-S – диаграмме для трехступенчатого сжатия и расширения:

 

       T

 

5                         2

T_B

 

T_H

1

6

S

 

Если , то цикл Джоуля трансформируется в цикл Карно.

       Итак, в основе газовых процессов лежат два идеальных цикла Джоуля и Карно. В рассмотренных схемах за основу принимался цикл Джоуля – подвод и отвод тепла по изобарам. Все показатели реальных циклов меньше идеальных, а для увеличения показателей необходимо уменьшить DТ.

       Регенеративные схемы газовых ТТ имеют меньшую степень сжатия и расширения, следовательно, потери меньше, а эффективность выше.

 

36. ГАЗОЖИДКОСТНЫЕ ТЕРМОТРАНСФОРМАТОРЫ

 

       Чаще их называют криорефрижераторными установками (или системами). В отличие от парожидкостных термотрансформаторов, рабочее тело походит состояние не только пара и жидкости, но и газа.

Температура кипения t_O = - 200…-250 ^ОС.

Рабочие тела: азот, аргон, гелий, кислород, углекислота.

Для газа имеют место неравенства: Т > Т_КР, Р > Р_КР.

       Основной принцип работы газожидкостных ТТ основан на последовательном процессе глубокой регенерации и дросселирования.

       Процесс дросселирования и его характеристики:

 

T

a<0

 

 

a=0

a>0

 

 

S

Основным показателем процесса дросселирования является эффект Джоуля – Томпсона или дроссель – эффект:

 

 

Так как ¶Р < 0, то возможны три варианта:

1) ¶Т > 0, значит a < 0;

2) ¶Т < 0, значит a > 0;

3) ¶Т = 0, значит a = 0.

Дроссель – эффект a зависит от начальной температуры и давления. Процесс 3 – 3¢ называется инверсионным, он соответствует процессу идеального газа. А температура в этом случае называется температурой инверсии (зависит от рода газа):

Т₃ = Т_ИНВ.

       В обычных условиях для большинства технических газов a > 0.

 

37. ЦИКЛ ЛИНДЕ

 

       На основе этого цикла работают криорефрижераторные установки.

Схема цикла Линде и его изображение в T-S – диаграмме:

 

Q_OC                            T                                         2

2

T_OC                          3

TO KM                                                                              1

4

3                                                                                                 3¢

1                                          5

PT                                                   6                4¢

8                                                      5¢

6                                                   7

PB                                                                          6¢

И                                           8     9

7                                                                                                             S

Q_O

 

ЦИКЛ КЛОДА

 

       Дополнительное охлаждение газа можно проводить не только с использованием внешнего охлаждения, но и с применением внутреннего охлаждения с помощью детандера. Преимущество таких процессов в том, что в них может использоваться в качестве рабочего тела часть охлаждаемого газа. Отсутствие дополнительных хладагентов позволяет значительно упростить установку.

           

 

 

Принципиальная схема и изображение в T-S – диаграмме цикла Клода:

Q_OC

2                       Т

KM                                                              2

3                    1

PT1                                                                3

10                                                         4

ДТ                        РТ2                                                                             10

5                                               6

РТ3                                                                5

7                      9

7

РВ

И                                           8   9

8          Q_O

В схеме могут использоваться как поршневые, так и центробежные детандеры.

 

39. ОЖИЖЕНИЕ И ЗАМОРАЖИВАНИЕ ГАЗОВ

 

       Газ в жидком состоянии более экономично хранить и транспортировать. Ожиженные и замороженные газы (O₂, N₂, CO₂, CH₄, H₂ и другие) находят широкое применение в качестве хладагентов как в промышленности, так и в для научно – исследовательских работ. Например, в пищевой промышленности используется замороженный газ CO₂, который называется ”сухой лед”.

           

Схема трехступенчатой углекислотной установки для производства ”сухого льда”:

 

ГСЛ – генератор “сухого льда”.

 

       Установки для ожижения технических газов работают по тем же принципам, что и газожидкостные термотрансформаторы (циклы Линде, Клода), за исключением того, что эти циклы разомкнуты (они называются квазициклы или процессы).

 

           

Схема процесса Линде: