Исследование детандера

Конструктивная схема цилиндра непрямоточного детандера, разработанного в МЭИ, показана на рис. 1,а.

На рис. 1, б показаны фазы движения поршня детандера с последовательными положениями толкателей и клапанов.

При движении поршня I вверх (рис. 1, б, фаза I) впускной клапан 7

открывается с помощью подпружиненного толкателя 8, расположенного в поршне. При этом происходит впуск воздуха, сопровождаемый мгновенным повышением давления с p0 до рс (рис. 2, процесс 6—1). Затем при движении поршня 1 вниз происходит процесс наполнения цилиндра газом при давлении рс

(фаза II, процесс 1—2). Пластина впускного клапана 7 в процессе наполнения находится в поднятом положении, так как пружина 6 клапана значительно мягче пружины 14 толкателя. Степень наполнения определяется величиной свободного хода толкателя 5.

Расширение воздуха происходит при закрытых клапанах 7 и 11 (фаза III,

процесс.2—3). При приближении поршня к крайнему нижнему положению (при давлении р3) открывается выпускной клапан 11 с помощью втулки — упора 15,

посредством тяги 10. Давление понижается до р0 (процесс 3—4). Клапан 11

удерживается в открытом положении пружиной 13 при выталкивании расширенного воздуха (фаза IV, процесс 4—5). В точке 5 при обратном движении поршня 1 выпускной клапан закрывается и происходит поджатие оставшегося воздуха (процесс 5—6).

Величина обратного поджатая воздуха регулируется изменением расстояния от втулки-упора 15 до подпружиненного упора 2.

Пружины 9 и 14 должны быть более жесткими, чем соответственно пружины 6

и 13.

Описание работы экспериментального стенда

Экспериментальный стенд, представленный на рис.2, состоит из следующих конструктивных элементов.

Рис. 2. Принципиальная схема установки: 1 — поршневой компрессор;

2 — концевой холодильник; 3 — сепаратор; 4 — детандер;

5 — подогреватель; 6 — вентиль подачи сжатого воздуха; 7- электронный регулятор; 8 – регулирующий клапан подачи охлаждающей воды.

Поршневой воздушный компрессор 1 предназначен для сжатия воздуха до параметров необходимых по условиям эксперимента.

Вентиль подачи сжатого воздуха 6, с помощью которого мы подаем сжатый воздух на детандер.

Концевой холодильник 2 применяется для понижения температуры сжатого воздуха, так как высокая температура воздуха способна привести к поломкам

пневмооборудования. Также при охлаждении происходит удаление примеси влаги до 60-70 %.

Сепаратор 3, с помощью которого осуществляется отвод собравшегося конденсата после концевого холодильника.

Поршневой детандер 4 охлаждает воздух при его расширении.

Электроподогреватель 5 подогревает воздух после детандера до температур близких к атмосферным ( +15ᵒС - +20ᵒС)

Контроллер 7 осуществляет автоматизированное управление контуром подачи воды в концевой охладитель в зависимости от установленной температуры воздуха перед детандером по закону ПИ-регулирования.

Клапан 8 с электроприводом выполняют роли регулирующего органа и исполнительного механизма соответственно. Так, например при отклонении температуры воздуха перед детандером от заданной в большую сторону, с

контроллера подается управляющий сигнал на электропривод регулирующего клапана на его открытие, для того чтобы увеличить расход охлаждающей воды.

Реальная температура воздуха перед детандером определяется датчиком температуры, сигнал с которого передается на контроллер.

Также установлен датчик температуры воды после концевого охладителя для повышения качества регулирования.

На стенде установлены КИП: манометры P1, P2 для отслеживания изменения давления воздуха после компрессора, термометры Т1, Т2 и Т3 для отслеживания температуры воздуха до и после детандера и после электроподогревателя.

В конце стенда установлен показывающий расходомер G для отслеживания расхода воздуха после детандера.

Подробное описание оборудования указано в спецификации.

Выполнение работы

1. Открыть вентиль для подачи воды в концевой холодильник 2.

2.Открыть вентиль 6 для подачи воздуха.

3.Включить воздушный компрессор 1. Во время работы компрессора следить за сливом конденсата (из сепаратора 3).

4.Измерить значения температур и давлений воздуха.

5.Задать на котроллере необходимые значения температур воздуха и воды.

6.Проверить изменение температуры воздуха в соответствии с заданными значениями на контроллере.

7.Убедиться в правильной работе установки.

8.Выключаем компрессор 1.

9.Закрываем вентиль 6.

10.Останавливаем подачу воды в концевой охладитель.

Определение погрешности измерений

Максимальная абсолютная погрешность прямых измерений складывается из абсолютной инструментальной погрешности и абсолютной погрешности отсчета при отсутствии других погрешностей:

А= и А + о А

и А – абсолютная инструментальная погрешность, определяемая

конструкцией прибора (погрешность средств измерения);о А – абсолютная погрешность отсчета (получающаяся от

недостаточно точного отсчета показаний средств измерения), она равна в большинстве случаев половине цены деления.

Таблица 2. Определение погрешностей измерительных приборов, используемых в лабораторной работе.

Для нахождения относительной погрешности косвенных измерений, проводимых для расчёта эксергетического КПД, воспользуемся формулой:

,

,

.

,

.

0.1

0.62

0.015

0.11

t1 20 °C

R 287

k 1.4

Cp 1.005

4 [1]

-0,6/8

3

V 0.6

N 5500

.

:

, .

:

:

NS. G lS.1 0.012 2.015 105

:

,

.

0:.8

:

3 0.62 0.015 0.605

2 3.876

3

:

:

t3 20 °C