CC BY
16
Г. И. БУМАГИН
Омский государственный
ПРИМЕНЕНИЕ ЭГД-НАСОСА
техническим университет В ХОЛОДИЛЬНЫХ СИСТЕМАХ
Л.В.ПОПОВ, А. Е. РАХАНСКИЙ
ОАО "СИБКРИОТЕХНИКА" УДК 621.5(53)
В СТАТЬЕ РАССМАТРИВАЕТСЯ ВОЗМОЖНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ЕСТЕСТВЕННОГО НАРУЖНОГО ХОЛОДА В ХОЛОДИЛЬНЫХ КАМЕРАХ. ОБОСНОВЫВАЕТСЯ РЕАЛЬНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ХОЛОДИЛЬНЫХ СИТЕМ С КРИО-ЭГД-НАСОСОМ В РАЙОНАХ С ХОЛОДНЫМИ ЗИМАМИ, В Т.Ч. В ОМСКОЙ ОБЛАСТИ.
Идея использования естественного наружного холода в зимний и осенне-весенний период для получения температур в холодильных камерах на уровне +5 -IО "С существует давно. Как правило, для производства холода на указанном уровне температур необходимо устанавливать дорогостоящее холодильное оборудование, в то время как температура наружного воздуха за стенкой холодильной камеры составляет 1и = -15 "С и ниже. За последнее время появился ряд новых предложений по созданию таких холодильных систем [1, 2] с дополнительным циркуляционным контуром, в который включен низкотемпературный насос для прокачки хладагента (рис. 1).
Рис. 1. Схема модернизации холодильной установки с насосом.
К - компрессор; КД - конденсатор; РТО - регенеративный теплообменник; Р - ресивер; И - испаритель; Н - насос; ТРВ - термо-регулирующий вентиль; В1 -г В6 - запорные вентили
Достоинством такой холодильной схемы в отли-чие от парокомпрессионной - это, примерно, в 80-И 00 раз меньшее потребление энергии при работе насоса вместо компрессора для одинаковой холодопроизводительности. Работа установки очень эффективная при низких температурах окружающей среды /ос. В этом случае установка компонуется воздушным конденсатором, размещенным снаружи здания. Однако основной трудностью разработки такой холодильной системы оказалась создание работоспособного крио-насоса, способного развивать необходимый перепад давления Др в циркуляционном контуре.
Такой насос должен обладать высокой герметичностью, способностью работать при относительно низких температурах, хорошей регулируемостью и высокой надежностью. Для достижения этих целей нами предлагается электрогидродинамический (ЭГД) насос. В отличие от обычного механического насоса ЭГД-насос не имеет движущихся механических частей и не требует смазки. Он обладает необходимыми качествами для работы в циркуляционных контурах предлагаемых холодильных систем: высокой герметичностью, способностью надежно работать при низких температурах. Кроме этого, он имеет ряд преимуществ перед механическими аналогами: относительно большой ресурс, работает, практически, бесшумно, плавно регулируется по напору и
расходу с помощью изменения напряжения питания и т.п. Принцип работы ЭГД-насоса основан на силовом взаимодействии униполярно заряженного потока диэлектрической жидкости с электрическим полем. К таким диэлектрическим жидкостям относятся, практически все хладоны, в частности Я22, обладающие низкой электропроводностью, не более 10~" 1/(Ом,см).
Для одной из подобных холодильных систем, холодопроизводительностью 8 кВт на температурном уровне +14—5 "С нами разработан ЭГД-насос. Особенностью этого ЭГД-насоса является новая электродная система: эмиттер-тонкостенный цилиндр с заостренной кромкой со стороны коллектора; коллектор - кольцевой конус с цилиндрическими отверстиями, расположенными по кругу кольца. Главное достоинство такой электродной схемы - возможность организации прокачки насосом как малых, так и относительно больших расходов жидкости, от 5 г/с до 1 кг/с и более.
На рис. 2 показана электродная система одной ступени крио-ЭГД-насоса, состоящая из эмиттера 4 и коллектора 5.
1 2 3 4 5
Рис. 2. Схема ступени крио-ЭГД-насоса.
На рис. 3 представлен многоступенчатый крио-ЭГД-насос, который состоит из двадцати последовательно установленных ступеней, с предложенной на рис. 2 электродной системой.
На рис. 4 показаны расходно-напорные и энергетические характеристики крио-ЭГД-насоса на жидком хладоне Я22 при различных напряжениях питания Ц=25; 30; 35 кВ.
Оптимальный расход данного ЭГД-насоса в зависимости от напряжения питания находится в пределах 30^ 70 г/с. Максимальный перепад давления Др=345 кПа, или 3,45 бара, ЭПЦ-насос развивает при напряжении Ц=35 кВ. При оптимальном массовом расходе ш=50 г/с и и,=35 кВ
Рис. 4. Расходно-напорная характеристика ЭГД-насоса Dp=f(m) при напряжении U=25, 30, 35 кВ.
ЭГД-насос создает перепад давления Ар =250 кПа или 2,5 бара, достаточный для преодоления сопротивления в циркуляционном контуре холодильной установки. При этом насос потребляет всего 32 Вт, а его общий КПД составляет 43 %. Масса ЭГД-насоса - 4 кг, источника питания -3 кг.
Анализ работы данной конструкции ЭГД-насоса показывает, что предложенная новая система электродов и её геометрические размеры позволяют развивать необходимый массовый расходш = 30 -ь 50 г/с, а установленные в последовательный ряд 20 таких ступеней создают
перепад давления др =200 250 кПа, что обеспечивает нормальную работу холодильной системы с холодопроиз-водительностью 8 кВт на температурном уровне +1 -¡--5 °С. При этом КПД всего ЭГД-насоса, ч = 45 % существенно превышает эффективность работы обычных механических насосов, КПД которых при этих относительно малых расходов жидкости составляет всего 15 + 20 %.
. Данная холодильная система с крио-ЭГД-насосом, на наш взгляд, найдет широкое применение в районах с относительно холодными зимами и, в частности, в Омской области. Работа одной холодильной установки только в течение 3-х месяцев в году при номинальной производительности 40 кВт с учетом расходов на капитальные затраты, связанные с установкой ЭГД-насоса, позволяет сэкономить свыше 20000 кВт.ч электроэнергии.
Литература
1. Медовар Л.Е. Целесообразность применения насосных фреоновых систем с использованием естественного холода.-Холодильная техника, 1989. №6.
2. Филиппов Э.Б., КпепадаА.С.,ПашкоВ.П. Расширение температурного диапазона работы фреоновой холодильной машины.-Холодильнаятехника, 1990. №11.
БУМАГИН Геннадий Иванович - д.т.н , профессор кафедры "Техника и физика низких температур" ОмГТУ. ПОПОВ Леонид Викторович - зам. генерального директора ОАО "Сибкриотехника".
РАХАНСКИЙ Анатолий Евгеньевич - научный струдник ОАО "Сибкриотехника".
С. А. КОРНЕЕВ
Омский государственный технический университет
УДК 536.7
УТОЧНЕННЫЕ ВЫРАЖЕНИЯ ДЛЯ
диффузионных ПОТОКОВ,
ПРИВОДЯЩИЕ К ГИПЕРБОЛИЧЕСКИМ УРАВНЕНИЯМ МАССОПЕРЕНОСА
ПРИМЕНИТЕЛЬНО К БИНАРНОЙ СМЕСИ ГАЗОВ ПОЛУЧЕНО УТОЧНЕННОЕ УРАВНЕНИЕ МАССООБМЕНА ГИПЕРБОЛИЧЕСКОГО ТИПА. ВЫВЕДЕНА ЗАВИСИМОСТЬ ВРЕМЕНИ РЕЛАКСАЦИИ ДИФФУЗИОННЫХ ВОЗМУЩЕНИЙ ОТ ПАРАМЕТРОВ СОСТОЯНИЯ СМЕСИ.
1. Введение
Теория диффузии в бинарных газовых смесях строится, как правило, на основе уравнения
h = -pDl(V[vxl + A|9vine + /t|/'vin/7 + ^(é2-í'i)] (1)
задающего значение массового диффузионного потока для одного из компонентов. Согласно кинетической теории газов в приближении Чепмена-Энскога [1]
к? = ?-у[у2 (2, Р Ц
где (а = 1,2)
"а Ра Ра .. _ Vц х
п ' р На а
р = 1ра " = 2>а v = IyaVa W = Ixava
а О^' и Аг- коэффициенты взаимной диффузии в системе средней массовой скорости V и средней молярной скорости соответственно. Выражение для диффузионного потока второго компонента получается из уравнения (1) простой заменой индексов. При этом имеют место равенства
Й2 = 02.. ¿Г—*!' =*2°'
В случае изобарно-изотермической диффузии в неподвижной среде (¥=о) при постоянной величине
коэффициента Аг и = ^на основании выражения (1) получается уравнение массопереноса
(3)
Круг задач, решаемых с помощью соотношений (1 )-(3), исключительно обширен и непрерывно пополняется большим количеством новых практически важных результатов.
