Материал: 2293

части турбодетандера. Расширение насыщенного потока на входе в детандер адиабатное от давления р0 = 0,24 МПа и р0 = 0,18 МПа до р2 = 0,1 МПа при Д = 0,85. С правой стороны рис. 4.17, в показана равновесная температура ТР , которая установится после завершения предельно неравновесного процесса кристаллизации СО2 для различных р0 и gС .

На рис. 4.18 приведен совмещенный график изменения температуры потока ПСТ для различных процессов расширения. Линия АБВ характеризует изменение температуры в равновесном процессе расширения, линия АГЗД – в неравновесном и линия АГЕЖ – в предельно неравновесном процессе. Следует отметить, что линия БВ в равновесном процессе расширения несколько ниже линии ЗД в неравновесном. После завершения процесса кристаллизации СО2 равновесная температура в неравновесном процессе расширения ниже, чем в предельно неравновесном, но выше, чем в равновесном процессе, то есть ТРВ < ТРД < ТРЖ . Это хорошо будет видно на рис. 4.22 для процесса расширения от давления р0 = 0,8 МПа при gС = 0,05.

90

Зависимости рис. 4.17 и 4.18 позволяют построить графики изменения температуры потока и определить место спонтанной кристаллизации СО2 в турбодетандере (осевом или радиальном) при известном законе распределения давления в проточной части.

Пример. Определить месторасположение скачка кристаллизации СО2 из продуктов сгорания топлива в турбодетандере с Д = 0,85 при известном законе распределения давления вдоль проточной части (рис. 4.19). Расширение насыщенных паров ПСТ с gС = 0,2 происходит от давления р0 = = 0,24 МПа до р2 = 0,1 МПа.

По исходным данным и рис. 4.18 определяем, что скачок кристаллизации происходит при отношении давлений р / р2 = 1,68 или давлении

92

р = 0,168 МПа. По найденному давлению р и известному закону распределения давления в проточной части исследуемого детандера (см. рис. 4.19) определяем координату (х ~ 50 мм) места скачка кристаллизации и начало возможного эрозионного износа проточной части. Следует отметить, что при КПД детандера выше 0,85 месторасположение скачка кристаллизации располагается выше по потоку, а при Д < 0,85 – ниже по потоку.

На рис. 4.20 показаны обобщенные зависимости относительной температуры Т / Т0 потока ПСТ для равновесного, неравновесного и предельно неравновесного процессов расширения от относительного давления р / р0 . Зависимости получены для области давлений р0 = 1,8 2,4 МПа и р2 = 0,1 МПа и gC = 0,05 0,20. Здесь линия АГЕ характеризует изменение температуры потока в проточной части детандера в предельно неравновесном процессе, линия АБВ – в равновесном для gC = 0,05 и линия АГЗД – в неравновесном для Д = 1,8 2,4. После завершения расширения в предельно неравновесном процессе происходит кристаллизация СО2 , и ПСТ переходят в равновесное состояние. Например, при р / р0 = 0,1 / 0,24 = 0,415 и gС = = 0,05 это процесс ЕЖ.

Представленные зависимости позволяют построить графики изменения температуры потока и определить место спонтанной кристаллизации СО2 в турбодетандере (осевом или радиальном) при известном законе распределения давления в проточной части.

Пример. Определить месторасположение скачка кристаллизации СО2 из продуктов сгорания топлива в турбодетандере с Д = 0,85 при известном законе распределения давления вдоль проточной части (рис. 4.21). Расширение насыщенных паров ПСТ с gС = 0,05 происходит от давления р0 = 0,18 МПа до р2 = 0,1 МПа.

93

По исходным данным и рис. 4.18 определяем, что скачок кристаллизации происходит при отношении давлений р / р0 = 0,62 или давлении р = р0 (р / р0) = 0,112 МПа. По найденному давлению р и известному закону распределения давления в проточной части рассматриваемого детандера (см. рис. 4.21) определяем координату (х ~ 53 мм) места скачка кристаллизации и начало возможного эрозионного износа проточной части.

Как было отмечено в подразд. 4.2, на начальной стадии проектирования проточной части или при отсутствии надежных теоретических и экспериментальных данных существующих детандеров распределение давления в элементах можно принять прямолинейным (см. рис. 4.10). Для конкретного случая его можно построить, зная степень реактивности детандера.

Аналогичные результаты получены по температурам потока ПСТ при равновесном, неравновесном и предельно неравновесном процессах расширения для более высоких значений начального давления (рис. 4.22). При расчете неравновесного процесса принималось, что в области давлений от 0,4 до 0,8 МПа критическая разность температур ТКР = 12,5 13 К. Эта разность получена при расчете процесса кристаллизации СО2 в проточной части детандера в области давлений от 0,1 до 0,24 МПа, и для области повышенных давлений к ней следует относиться с определенной долей осторожности.

94