Спосіб термічної стабілізації газоподібного робочого тіла в процесі зміни його параметрів при контурній деформації (зміні об’єму)

Спосіб термічної стабілізації газоподібного робочого тіла у процесі зміни його параметрів при контурній деформації (ЗМІНІ об'єму) шляхом відводу (підведення) теплоти у процесі зміни об'єму, який відрізняється тим, що робоче тіло в процесі контурної деформації вилучають з робочого об'єму, пропускають через контур термічної стабілізації (систему охолодження або підігріву) і повертають знову до робочого об'єму У основу винаходу поставлена задача підвищення ефективності термічної стабілізації газоподібного робочого тіла в процесі зміни його параметрів при контурній деформації (ЗМІНІ об'єму) шляхом вилучення робочого тіла з робочого об'єму, пропускання його через контур термічної стабілізації (систему охолодження або підігріву) і повернення знову до робочого, об'єму, що забезпечує зменшення роботи, що витрачається на стискання робочого тіла і збільшення корисної роботи при його розширенні, тобто наближення процесів контурної деформації (стискування і розширення) рабочего тіла до ізотермічних Це досягається тим, що у відомому способі термічної стабілізації газоподібного робочого тіла, який полягає у ВІДВОДІ (ПІДВОДІ) теплоти у процесі зміни об'єму, згідно винаходу, робоче тіло в процесі контурної деформації вилучають з робочого об'єму, пропускають через контур термічної стабілізації (систему охолодження або підігріву) і повертають знову до робочого об'єму Через те що площа поверхні в контурі термічної стабілізації і кратність циркуляції робочого тіла через систему охолодження (підігріву) принципових обмежень не має, оскільки контур термічної стабілізації знаходиться поза робочим об'ємом, то в ньому може бути передана будь-яка КІЛЬКІСТЬ теплоти, а отже, більше, ніж у відомому способі Крім цього, оскільки кратність циркуляції робочого тіла через контур термічної стабілізації можна змінювати, або змінювати КІЛЬКІСТЬ теплоти, відведеної (підведеної) у контурі термічної стабілізації, або змінювати і те й інше, то температурним ста О 00 47484 ном газоподібного робочого тіла в процесі контурної деформації можна керувати, більше того, заявлений спосіб можна комбінувати з усіма відомими Таким чином, більш високі можливості дня передачі теплоти і керування температурним станом робочого тіла в процесі контурної деформації, забезпечують і більш високу ефективність заявленого способу в порівнянні з відомим Заявлений спосіб розглянутий на прикладі роботи одноступінчастого поршневого компресора, який має контур термічної стабілізації Конструктивна схема такого компресора зображена на фіг 1 і включає поршень (1), циліндр (2), охолоджуючу рубашку (3), теплообмінний апарат (охолоджувач контуру термічної стабілізації) (4), всмоктуючий клапан (5), витискувач (6), нагнітальний клапан (7), механізм руху (8), привідний електродвигун (9) Контур термічної стабілізації містить у собі теплообмінний апарат (4), витискувач (6), а також сполучні трубопроводи Вхід ДО контуру термічної стабілізації і вихід з нього замкнуті на робочий об'єм і розміщені в полярних точках кришки циліндра (10) Робочим тілом поршневого компресора може бути будь-яка пара або газ У даному прикладі обране повітря Охолоджувачем (4) може бути будь-який тип теплообмінника, наприклад, пластинчато-ребристий У якості витискувач (6) використаний вентилятор № п/п 1 2 3 4 5 Найменування параметра Робоче тіло - повітря Температура повітря на стороні всмоктування Тиск повітря на стороні всмоктування Тиск повітря на стороні нагнітання ндивідуальна газова постійна Показник політ ропи стискування для прототипу * див Справочник судового механика/ под общ ред Л Л Грицая -М Транспорт, 1973, Т 1 , стор 176 177 **теж, стор 186 1) Допущення робоче тіло - ідеальний газ, 2) компресор не має шкідливого простору, 3) оскільки робоче тіло - ідеальний газ, то робота витискувач а (6) дорівнює нулю, 4) процес стискування - політропний, показник політропи - величина постійна Роботу компресора, що має водяну рубашку охолодження, розраховуємо за формулою Я •*-RT п-\ а p.. 7-J (див Справочник судового механика /под общ ред Л Л Грицая -М Транспорт, 1973, т 1, стор 186) Спосіб реалізується таким чином початкове положення поршня (1) у верхній мертвій точці (ВМТ), всмоктуючий клапан (5) відкритий, нагнітальний клапан (7) закритий, далі поршень (1) переміщається вниз до нижньої мертвої точки (НМТ) здійснюючи процес всмоктування робочого тіла (РТ), по досягненню поршнем НМТ, всмоктуючий клапан (5) закривається і поршень починає зворотнє переміщення до ВМТ, здійснюючи процес стискування РТ, у процесі стискування РТ постійно пропускається витискувачем (6) через контур термічної стабілізації (охолоджувач (4) і витискувач (6)), відводячи теплоту, що утворюється в процесі стискування охолоджувачу, охолонувшим повертається до робочого об'єму, утвореного днищем поршня, стінками і кришкою циліндра, частина теплоти також відводиться через охолоджуючу рубашку, по досягненні РТ необхідного тиску нагнітальний клапан відкривається і починається процес виштовхування, у процесі виштовхування контур термічної стабілізації працює, додатково охолоджуючи РТ, по досягненні поршнем ВМТ процес виштовхування закінчується, нагнітальний клапан закривається і компресор приходить у вихідний стан Зробимо порівняльний розрахунок роботи стискування для компресора, що має водяну рубашку охолодження і компресора, обладнаного додатково контуром термічної стабілізації ВИХІДНІ дані Умовни позн Та Рв Рн R п Розмірність Чисел,знач к 300 105 Дж/кгК 8-105 287* 1,225** Па Па ресором, що має і водяну рубашку охолодження і контур термічної стабілізації залежить від кратності циркуляції робочого тіла, через цей контур, при кратності циркуляції робочого тіла через контур термічної стабілізації, що наближається до безкінечності, робота стискування буде наближатися до ізотермічной У першому наближенні роботу компресора, що має контур термічної стабілізації можна оцінити як роботу багатоступінчастого компресора з проміжним охолодженням із КІЛЬКІСТЮ ступенів рівним m =w+ 1 flew- кратність циркуляції робочого тіла, m - КІЛЬКІСТЬ ступенів стискування Нехай w = 1, тоді m = 1 + 1 = 2 Робота стискування двоступінчастого компресора розраховуємо за формулою я-l 1,225-1 U24 1.225-1 810"iO5 1,225 Робота, що витрачається на стискання комп (см Вакулович М П , Новиков И И Термодинамика -М Машиностроение, 1972, стор 545) 47484 1,225-1 2 5 - -287-300 1,225-І Таким чином, відношення ly/Ln - 0,905 показує, що робота, яка витрачається на стискування одноступінчатим компресором з контуром термічної стабілізації, приблизно, на 10% менше, ніж одноступінчатим компресором без контуру термічної стабілізації, із збільшенням кратності циркуляції через контур термічної стабілізації, робота стискування знизиться ще більше ФІГ.1 ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна ( 0 4 4 ) 4 5 6 - 2 0 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71