Курсова робота
Розрахунок газової холодильної машини, що працює по зворотному циклом Стірлінга
Введення
Початок промислового застосування кріогенних температур відноситься до 20-х років минулого століття. Повоєнні роки характеризуються значним розширенням областей застосування кріогенних машин і установок. Кріогеніка формується як самостійна галузь науки та промисловості. В даний час криогенні машини застосовують в хімічній промисловості, металургії, радіоелектроніці, авіації, космонавтиці, медицині та сільському господарстві. Формуються нові науково-технічні напрями, такі як криоелектроніка, кріоенергетіка, кріофізіка, кріобіологія. Кріогенні машини стали важливим інструментом досліджень, що проводяться в різних галузях науки. Дослідження властивостей матеріалів при низьких температурах дозволили відкрити ряд нових явищ.
Період бурхливого розвитку кріогенної техніки почався в 50-і роки. Він ознаменований появою нових машин, нових циклів; високоефективних теплообмінних апаратів і теплоізоляційних матеріалів. Саме в 50-і роки почали застосовувати криогенні газові машини (КГМ). Так, в 1954 р фірмою Філіпс (Голландія) створена КГМ для зрідження повітря, в якій реалізований принцип дії, закладений в двигуні Стірлінга. У 1959 р в США створені КГМ, оригінальні за принципом дії, з великим ресурсом. У 1965-1979 рр. в СРСР і ряду інших країн створені перші зразки теплоиспользующих КГМ. У 1970-1975 рр. в Омському політехнічному інституті створені КГМ з пружною перегородкою. У 1975-1980 рр. в СРСР і США створені зразки КГМ з вільним витіснювачем; у вітчизняних машинах роль витискувача виконує газовий стовп. Разом з тим розглянутий період характеризується різким підвищенням ефективності КГМ, поліпшенням масогабаритних характеристик і підвищенням довговічності машин. Все це стало можливим завдяки вдосконаленню технології та численним дослідженням в СРСР і за кордоном.
На рис. 1 представлена ??КГМ з ромбічним приводом.
Малюнок 1 - ГХМ з ромбічним приводом
Принцип дії і класифікація машин
Кріогенні газові машини (КГМ) відносяться до класу поршневих. Характерною особливістю КГМ є те, що змінюються обсяги порожнин розширення і стиснення постійно гідравлічно пов'язані з обсягами теплообмінних апаратів. Твердження про те, що теплообмінні апарати розташовані в мертвих обсягах машин, можна вважати коректним, оскільки протікають в апаратах процеси відмінні від процесів у мертвих обсягах традиційних поршневих машин.
У теплообмінних апаратах КГМ виробляється регенерація теплоти, підведення і відведення теплоти від робочого газу машини до зовнішніх тепловим джерелам. Блок теплообмінних апаратів КГМ, як правило, складається з одного або декількох апаратів зовнішнього теплообміну (АВТ) і одного або декількох регенераторів. Апарати зовнішнього теплообміну призначені для передачі теплоти від середовища з більш високою температурою до середовища з низькою температурою, т. Е. Для забезпечення зв'язку робочого газу машини із зовнішніми тепловими джерелами.
Регенератор в КГМ є обов'язковим елементом і виконує роль своєрідного теплового акумулятора raquo ;, який поперемінно отримує і віддає теплоту протікає через апарат робітникові газу. Цей тепловий акумулятор має специфічні властивості: значним перепадом температур на кінцях, що залежать від температур зовнішніх теплових джерел; великий тепловим навантаженням; високою ефективністю передачі теплоти.
Принцип дії кріогенної газової машини розглянемо на прикладі одного з варіантів конструкції машини Стерлінга, схема якої наведена на рис. 2. Машина має циліндр з двома протилежно розташованими поршнями 1 і 7. Між поршнями розташовані теплообмінник навантаження 3 ( мертвий обсяг V тн, температура стінки Т х), регенератор 4 ( мертвий обсяг V р, среднемассовая температура газу в обсязі Т р) і холодильник 5 ( мертвий обсяг V х, температура стінки Т від близька до умов навколишнього середовища Т 0). Обсяг 2, розташований між торцем лівого поршня 1 і теплообмінником навантаження 3, називають порожниною розширення або детандерної порожниною V д. Обсяг 6 між холодильником 5 і торцем правого поршня 7 називають порожниною стиснення або компресорної порожниною (V к), При переміщенні поршнів 1 і 7 обсяги робочих порожнин V д. і V до змінюються від своїх мінімальних значень до, відповідно, максимальних - Vо д. і Vо к. При цьому газ постійно тече в тому чи іншому напрямку в холодильнику 5, регенераторі 4 і теплообміннику навантаження 3. У першому апараті газ безперервно взаємодіє з тепловим джерелом з температурою Т від, у другому - ...
