CC BY
36
X
'F
f
»/■
д / г*
‘/о ."А
Я&А.О
ол а*
46
at f
2,7-10-do = 2,2-10-
Рис. 2. Обобщенная зависимость вида г/£> = /(ср);
Д — (1(1 = 1,4-10_3 м;
0 □
Вода: Д □ О — t = 20° С,
А ■ • - * = 5° С,
А Ш С - / = 50° С, Рг/Рж = 8,86- 10~"3' р,/рж — 6,14-10 Рг/Рж = 7,23-10^
И вода — глицерин 60%,
1 = 20° С.
ію* h 6 в ю‘ г * < і»
Рис. 3. Обобщенные данные по максимальной глубине проникновения газа в канал. Условные обозначения по рис. 2.
газа в канал, учитывая также уравнение (4), обрабатывались (рис. 3) в виде зависимости гтах/<1ц от критерия Фруда Рг (Рг = и2/цй0). Данная зависимость описывается выражением:
(1о (7)
При уменьшении толщины газовой прослойки (г<г3) глубина проникновения газа в канал уменьшается в соответствии с зависимостью:
z = Zmax (r/rj0-3, которая справедлива при z/D>2,15.
(8)
по выражениям (5), (7) и (8), с опытными данными не превышает соответственно 20, 16 и 22%.
Влияние температуры воды на гидродинамические характеристики инжекционно-струйного сатуратора с тупиковым каналом при проведении эксперимента не обнаружено.
Для оценки влияния вязкости жидкости на гидродинамические характеристики инжекционно-струйного аппарата была проделана серия опытов с использованием 60% раствора глицерина в воде, вязкость которого ка порядок выше вязкости воды. Опыты проводилась на модели с диаметром канала 34 мм. Установлено, что такое увеличение вязкости жидкости приводит к увеличению удерживающей способности канала по газу с образованием в канале крупных газовых включений (пробок). При этом максимальная глубина проникновения газа в канал возрастала на 20—25%, а соответствующая толщина газовой прослойки была меньше на 40—50% по сравнению со значениями, рассчитанными по выражениям (7) и (5). Однако существенного отклонения полученных данных от результатов расчета по зависимостям (6) и (8) обнаружено не было.
ВЫВОДЫ
Установленная количественная связь размеров и объемного газосодержания двухфазного слоя, образующегося в канале инжекционно-струйного аппарата, с начальными параметрами струи, диаметром канала, толщиной газовой прослойки и плотностью газа позволяет рассчитать инжекционно-струйный аппарат с тупиковым каналом, обладающий заданными осредненными характеристиками газожидкостного слоя.
ЛИТЕРАТУРА
1. А. с. 812327 (СССР). Сатуратор / В. Г. Генинг, С. С. Ермаков и др.— Опубл. в Б. И.— 1981.— № 10.
2. А. с. 812328 (СССР) Устройство для приготовления и порционной выдачи газированной воды / Р. Г. Дарев-ский, С. С. Ермаков и др.— Опубл. в Б. И.— 1981.— № 10.
3. В у л и с Л. А., Кошкаров В. П. Теория струй вязкой жидкости.— М.: Наука, 1965.— 431 с.
4. Абрамович Г. И. Теория турбулентных струй.— М.: Физматгиз, 1960.— 715 с.
5. S m i t h 1. М., Van de Sande E. Eintragen von
Luft in eine EIussigkeit diirch einen Wasserstrahe// Chem. Eng. Techn.— 1972.— 44.— № 19.— S. 1177.
Расхождение величин r„ z„
и г, рассчитанных
Кафедра оборудования пищевых производств, торговли и общественного питания
Поступила 25.02.!,-:.
66.05:621.57.041
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВИНТОВЫХ КОМПРЕССОРОВ ДЛЯ ГАЗОДИНАМИЧЕСКИХ ХОЛОДИЛЬНЫХ МАШИН
Г. Н. КАЛУГИН, В. А. ПЛЕСНЯЕВ, Л. Л. ТРОЯНОВ Краснодарский ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт
Для решения важной проблемы сохранения качества выращенной продукции на пути поле — потребитель требуется создание надежных, относительно дешевых и мобильных холодильных машин, способных автономно работать в полевых условиях. Применяемые в настоящее время передвиж-
ные холодильные машины не всегда отвечают тре бованиям мобильности, надежной и безопасной эксплуатации.
Потребность в использовании специализированных передвижных холодильных машин носит резко выраженный сезонный характер, например, при
уборке зеленого горе в году. Кроме того, нологического про це от вида продукта, пі гаты уже на стади: в разряд нерентабел
Разработанная в К институте газолинам ГДХМ обладает пр| ляет обеспечивать <\ дом на сельхозпрод^
Принцип работы | зовании эффекта те! фазного потока. Сжг ширяется в сопле ратуры и увеличена расширившегося га] в результате энерго разгоняется и охлал ратур. Двухфазный! приемник-сепаратор,' водится из воздушгі ется к потребителю.
Вода в качестве і посредственный коні поэтому возрастают' по степени его очис!
Для наиболееэфф< необходимо подават расходов 1020 я-
Рабс — °-6 МПа; 1
жание — не более 10 ствует.
В данном случае винтовые компрессу ниям надежности, показателей и т. д.
Винтовые компреі получать сжатый в( нако для достижен потребовался бы дві ными промежуточн холодильниками.
Имеющиеся сейм маслозаполненные і движных компрессо; могли бы обеспечі Однако унос масла непосредственно в технологическим тр<
Наиболее эффекту винтовые компрессо полость. Известно в различные типы кс товые, работающие отмечают положите, шей, чем у масла т в процессе сжатия что позволяет по процесса сжатия, бі дователыю, темпер воды будет значите
Для полного пре тепла и определени ческой точки зрен воды рассмотрим в< при сжатии газа, кать: при увеличен! которое сопровожі испарением впрыси при равенстве влаї сжатия й\ = йг — і ного влагосодержаї
12*
тными данными И 22%.
родинамические ого сатуратора и эксперимента
кости на гидро-■кционно-струй-я опытов с иена в воде, вяз-зязкости воды, метром канала чение вязкости удерживающей анием в канале ж). При этом я газа в канал :твующая тол-на 40—50% читанными по существенного ■ результатов ) обнаружено
язь размеров разного слоя, >нно-струйного [и струи, диапрослойки и инжекционно-лом, обладаю-зктеристиками
3. Г. Генинг, -1981,— № 10. пиготовления : / Р. Г. Дарев-Б. И,— 1981.—
Теория струй 531 с.
■нтных струй.—
Eintrageri von Wasserstrahe// -S. 1177.
[тупила 25.02.88
:621.57.041
6
WH
твечают тре-безопасной
нализирован-носит резко рример, при
уборке зеленого горошка используется 2—3 недели в году. Кроме того, из-за требований гибкого технологического процесса обработки, в зависимости от вида продукта, передвижные холодильные агрегаты уже на стадии проектирования переводятся в разряд нерентабельных.
Разработанная в Краснодарском политехническом институте газодинамическая холодильная машина ГДХМ обладает простотой конструкции и позволяет обеспечивать оперативное воздействие холодом на сельхозпродукты [1].
Принцип работы ГДХМ заключается в использовании эффекта температурного разделения двухфазного потока. Сжатый воздух адиабатически расширяется в сопле Лаваля с понижением температуры и увеличением скорости. В холодный поток расширившегося газа вводят жидкость, которая в результате энергообмена с воздушным потоком разгоняется и охлаждается до равновесных температур. Двухфазный поток поступает в холодо-приемник-сепаратор, где охлажденная жидкость выводится из воздушного потока и затем направляется к потребителю.
Вода в качестве хладоносителя вступает в непосредственный контакт с охлажденным продуктом, поэтому возрастают требования к сжатому воздуху по степени его очистки от паров и капель масла.
Для наиболее эффективного режима работы ГДХМ необходимо подавать сжатый воздух в диапазоне расходов 10 20 м3/мин с параметрами: давление
Ра6с — 0,6 МПа\ / — не более +30° С; влагосодер-жание — не более Юг/кг; маслосодержание — отсутствует.
В данном случае наиболее эффективно применять винтовые компрессоры, которые отвечают требованиям надежности, невысоких массогабаритных показателей и т. д.
Винтовые компрессоры сухого сжатия позволяют получать сжатый воздух без примесей масла. Однако для достижения требуемой степени сжатия потребовался бы двухступенчатый агрегат с массивами промежуточным и концевым воздушными холодильниками.
Имеющиеся сейчас в достаточном количестве маслозаполненные винтовые компрессоры на передвижных компрессорных станциях ЗИФ-55В и ПВ-10 могли бы обеспечить заданный режим работы. Однако унос масла в сжатом газе и попадание его непосредственно в цикл охлаждения не отвечают технологическим требованиям.
Наиболее эффективными для этой цели являются винтовые компрессоры с впрыском воды в рабочую полость. Известно применение воды для впрыска в различные типы компрессоров, в том числе и в винтовые, работающие на воздухе [2, 3]. Все авторы отмечают положительный эффект. Вследствие большей, чем у масла теплоемкости, отвод тепла водой в процессе сжатия происходит более интенсивно, что позволяет получать показатель политропы процесса сжатия, близкий к изотермическому и, следовательно, температура нагнетания при впрыске воды будет значительно ниже.
Для полного представления о характере отвода гепла и определения оптимального, с термодинамической точки зрения, количества впрыскиваемой воды рассмотрим возможные процессы охлаждения при сжатии газа. Процесс сжатия может протекать: при увеличении влагосодержания от й\ до йч, которое сопровождается полным или частичным испарением впрыскиваемой воды; при равенстве влагосодержания в начале и конце сжатия й\ = — назовем его процессом равновес-
ного влагосодержания;
Ц2*
при уменьшении влагосодержания й2<^ь которое сопровождается частичной конденсацией водяных паров.
Характер процесса сжатия зависит от количества отведенного тепла. Весь диапазон расходов подаваемой жидкости разбит границами I полного испарения и II равновесного влагосодержания на три зоны (рис. 1): А—полного испарения впрыскиваемой воды; Б — частичного испарения впрыскиваемой воды; С — конденсации водяных паров, пришедших со всасывания.
&, »г/цг
Рис. 1. Области охлаждения (воздух— вода,
Тв— 293—373 К, Р„=0,1 МПа)
В любой точке зоны А имеет место полное испарение впрыскиваемой жидкости на промежуточной стадии процесса сжатия, т. е. часть рабочего процесса протекает с отводом теплоты сжатия до полного испарения воды, а затем идет сжатие влажного воздуха с перегревом паров воды.
Граница I означает наличие полного испарения воды в конце процесса сжатия.
Зона Б определяет условия отвода тепла в процесс сжатия путем подогрева и частичного испарения воды.
На границе II имеет место процесс равновесного влагосодержания, при котором отвод теплоты сжатия осуществляется только за счет подогрева воды без изменения влагосодержания й и относительной влажности ф=1.
В зоне С происходит частичная конденсация водяных паров, имеющихся в начале сжатия. Теплота конденсации и сжатия влажного газа воспринимается жидкостью.
Граница I определяется путем решения методом итерации системы дифференциальных уравнений процесса сжатия и отвода тепла за счет испарения впрыскиваемой воды.
[известия вузоі
После впрыска жидкости в рабочую полость определяются: температура и парциальные давления пара и газа, влагосодержание, температура и относительное количество жидкости.
Процесс сжатия разбивается на п элементарных процессов. Расчет ведется последовательно для каждого г'-го процесса сжатия.
Рассчитывается начальное влагосодержание и показатель адиабаты смеси
ъ г
ст = —5--------------’
1 +di
(1)
где Ьсм1 — текущий показатель адиабаты смеси; ке, к„ — показатели адиабаты газа и пара;
ёи — текущее начальное влагосодержание. Температура в конце элементарного процесса сжатия определяется по уравнению . ,
т\е Ъ«~\\+аигл + т 1^0^—з15о^-‘
)> "" ■
1 +ducn+GiC—2,38-A-di-
(2)
где ег1=Уц/Уц—текущее элементарное изменение объема парной полости; сп = сп/сг — относительная изобарная теплоемкость пара;
Т|Ж1 — текущая начальная температура жидкости;
О, = — текущее относительное количе-
ство впрыскиваемой жидкости (кг жидкости на кг газа); и = сж/сг — относительная изобарная теплоемкость жидкости; с3, сж, с„ — изобарная теплоемкость газа, жидкости и водяных паров;
— текущее изменение влагосодер-жания в элементарном процессе сжатия.
Показатель политропы элементарного процесса определяется по уравнению
!п
т2: ■■
(1+
1пе
ІГН'.,
(3)
Парциальные давления газа и пара в конце г'-го процесса:
Рц = Рив%‘': (4)
=10“ '»■ ,
где Рц —текущее начальное парциальное давление газа.
Влагосодержание в конце сжатия определяется по уравнению
Я, Рс ■
da
У Pi- ■
(5)
В начале расчета произвольно задаются элементарным изменением влагосодержания Д^,- и производят приближения до выполнения условия
/d\i + Adi — da/^. є,
(6)
где 8 — заданная степень точности.
Граница II определяется из условия равенства влагосодержания в начале и в конце сжатия d\ = с/2.
В общем случае влагосодержание можно определить по формуле [4]:
, A JL'ii,
" PyPs*
(7)
где /? /?п газовая постоянная газа и пара;
Р$ давление насыщенных водяных паров Ф — относительная влажность газа;
Р — давление сжимаемой смеси.
Чтобы процесс равновесного влагосодержания протекал при d^=d2\ ф1=ф2=1,0, необходимо выдерживать соотношение давлений в начале и коня сжатия
*
Рв 1 Р 52
Давление насыщенных водяных паров зависит от температуры:
.Пг-Ю”
где А, а — эмпирические коэффициенты для Т=273—373К; Л=5,9778; а=2224,4 [4].
Используя приведенные уравнения, получим выражение для расчета равновесной температуры:
Т,о =
(И
где л=
--Рі/Рі
Ті
степень повышения давления; температура смеси в начале сжатия Равновесный процесс сжатия характеризуется по казателем политропы
lg„+ lg(l-Г, ifb)
(Пі
Из уравнения теплового баланса между газом и жидкостью можно определить количество подаваемой жидкости в рабочую полость В К для создания условий протекания равновесного процесса;к
(Gc)P--
(12)
. '”0! - :
где й=Ож/Ог — относительное массовое количество впрыскиваемой жидкости; с =, сж/сг — относительная изобарная теплоемкость;
п — показатель дифференциации процесса (любое целое число п^Х00); к — показатель адиабаты смеси.
Границы процессов полного испарения и равно весного процесса не постоянны и изменяются в зависимости от температуры всасываемого газа и впрыскиваемой жидкости (рис. 1).
Совместно с НПО «КРИОГЕНМАШ» были про ведены эксперименты на модернизированном винтовом компрессоре 7 ВКГ 25/5 при сжатии воздуха с впрыском воды в рабочую полость.
При реконструкции компрессора были разделены жидкостные контуры подачи воды на подшипники, думмис, шестерни связи и обеспечивалось интенсивное охлаждение трущихся поверхностей. После 150-часовой серии экспериментов была проведена контрольная разборка компрессора, которая показала отсутствие следов коррозии и износа подшипников, шестерен связи и других деталей.
Для проверки методики расчета параметров газа в процессе сжатия эксперименты проводились в широком диапазоне изменения расхода впрыскиваемой воды (€ = 0,4 4- 8 кг/кг), степени повышения давления (я=2,5—6). Температура всасываемого газа находилась в пределах 15—25° С, а температура впрыскиваемой жидкости 25° С.
ТцК ззо
зго
зю
зоо
т\ о
Рис. 2. ?Л
На рис. 2 данные и рас‘ пературы нагне впрыскиваемой личных степеня 2—3,8; 3—2,8) ^ При расхода температуры на] тер. Процесд '1 ческому.
Г|
£
.г ------------1
На рис. 3 мощности при О повышения дав расхода вЬрьісі ратура нагнетаг тому на удельн} ние оказывает і расходах воды интенсивный тельно, показать Вместе с тем (1 рессора как за < газожидкостной тепла, вносимого Это приводит ноет и и, как еле; затрачиваемой н Исходя из пр
_||ИЗВЕСТИЯ ВУЗОВ. ПИЩЕВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ, № 2—3, 1990 )Л0ГИЯ, Лг° 2—3, 1990
газа и пара; ых водяных паров; :ность газа; й смеси.
влагосодержания
|еобходимо выдер-начале и конце
к (| паров зависит от
О)
1енты
=2224,4 [4].
ия, получим вы-Щ температуры:
(10)
» давления; в начале сжатия, штеризуется по-
г..
(П)
| между газом личество пода-ВК для создало процесса:
(12)
вое количество кости;
фная теплоем-
:ндиации прочисло 100);
1 смеси.
тая и равно-еняются в за-;мого газа и
II» были про-ванном винто-;атии воздуха
ии разделены подшипники, шось интен-юстей. После ла проведена горая показа-юса подшип-;й.
параметров I проводились Ьда впрыски-ени повыше-1сасываемого (температура
-Я*
330
320
310
300
290
,пл
к
X. л
На рис. 3 _ представлено изменение удельной мощности при (5 (О—2,0; А—4,2; □ — 5,1) от степени повышения давления. В диапазоне относительного расхода вЬрыскиваемой воды 2-4-5 кг/кг температура нагнетания изменяется незначительно. Поэтому на удельную мощность преобладающее влияние оказывает степень повышения давления. При расходах воды менее 2 кг/кг, происходит более интенсивный рост температуры газа и, следовательно, показателя политропы сжатия.
Вместе с тем снижается производительность компрессора как за счет увеличения утечек и перетечек вазожидкостной смеси, так и за счет роста доли Ргепла, вносимого с ними на всасывание.
Это приводит к увеличению индикаторной мощ-Егасти и, как следствие, к росту удельной мощности, затрачиваемой на сжатие.
Исходя из предъявляемых к сжатому воздуху
для ГДХМ требований, область оптимального количества впрыскиваемой воды находится в зоне С (С > 1 кг/кг) ■
Для расчета параметров сжатого воздуха из условий эксплуатации в полевых условиях был принят режим работы винтового компрессора: давление всасывания Рв — 0,1 МПа\ давление нагнетания Рн = 0,6МПа\ температура всасывания Тв = ЗОЗК; температура впрыскиваемой воды Т1ж = 293 К; относительная влажность воздуха фв = 0,75.
зго
Рис. 2. Та= Т/ж=292 К, Р„= 0,08 МПа
На рис. 2 представлены экспериментальные данные и расчетные зависимости изменения тем-Ературы нагнетания от относительного количества впрыскиваемой в рабочую полость воды при различных степенях повышения давления, Рн/Рв (1—6; 2-3,8; 3—2,8).
При расходе воды больше 3 кг/кг изменение температуры нагнетания приобретает пологий характер. Процесс сжатия приближается к изотермическому.
20
за
31л
V Л-А
-Ч 1 1 1, , —
3
и 1 с з 1/ § к/кг
Рис. 4. л=6; Гв=303 К; Т,ж= 293 К
На рис. 4 показаны зависимости изменения температуры нагнетания и влагосодержания 'от количества впрыскиваемой жидкости. Для обеспечения требуемой температуры нагнетания Тн < 30° С необходимо подавать воду в количестве большем 4 кг/кг, при этом влагосодержание сжатого воздуха будет составлять 5-4-7 г/кг.
Проведенные экспериментальные исследования подтверждают возможность кратковременного использования маслозаполненных винтовых компрессоров в водозаполненном варианте для нужд агропромышленного комплекса. При использовании ГДХМ с водозаполненным винтовым компрессором расход энергии составит 31,5 кВт-ч на 1 т горошка, а производительность холодильной установки с компрессором типа ПВ-10 равна 1,5 т горошка в час.
ЛИТЕРАТУРА
1. Ш ляхове -ц кий В. М., Беззаботов Ю. С.. Некоторые результаты исследования макетной воздушной газодинамической холодильной машины/Повышение эффективности холодильных машин: Межвуз. сб.— Л.: ЛТП им.. Ленсовета..— 1981.— С. 35—40.
2. С а кун И. А. Винтовые компрессоры.— Л.: Машиностроение, 1970.— 400 с.
3. Ю ш а В. Л., Щерба В. Е., Кабаков А. П. Анализ рабочего процесса всасывания винтового компрессора с впрыском жидкости //Изв. вузов СССР, Энергетика.— Минск, 1985.— № 9.— С. 81—85.
4. Б о л г а р с к и й А. В. Влажный газ.— М.— Л.: Госэнергоиздат, 1951.— 155 с.
Кафедра холодильных
и компрессорных машин и установок Поступила 12.10.89
