Материал: 2293

Разность температур потока на входе Т0 и равновесной ТР на выходе из турбодетандера Т = Т0 – ТР при расширении в двухфазную область меньше, чем при расширении "сухих" продуктов сгорания топлива ТС = = Т0 Т2С вследствие нагрева потока выделившейся теплоты кристаллизации диоксида углерода: Т = 8,6 К; ТС = 32 К. Удельный выход твердого СО2 составил gТ = 0,0366, а степень вымораживания gT / gС = 0,0183.

Таким образом, для процесса течения ПСТ в проточной части турбодетандера характерны следующие особенности:

1)метастабильность процесса расширения. Срабатывание большей части теплоперепада в проточной части машины не приводит к заметному развитию процесса кристаллизации – поток перенасыщен;

2)скачок кристаллизации происходит на относительно малой длине и заканчивается в пределах проточной части детандера (в рабочем колесе), при этом перенасыщение резко снижается;

3)процесс расширения приближенно разделяется на три зоны: первая – расширение "сухой" парогазовой смеси и рост переохлаждения; вторая – спонтанная кристаллизация паров СО2 при максимальном переохлаждении; третья – рост частиц при малом переохлаждении.

130

ваются на 900 и устанавливаются в положение, указанное на рис. 5.1 пунктирной линией.

16

1 9

Атмосферный воздух

Рис. 5.1. Схема экспериментальной установки: 1 – турбонагнетатель; 2 – теплообменник; 3 – компрессор; 4 – камера сгорания; 5 – газовая турбина; 6 – котелутилизатор; 7 – влагоотделитель; 8 – блок регенераторов; 9 – турбодетандер;10 – сепаратор СО2 ; 11 – электродвигатель; 12 – мультипликатор; 13 – байпасная линия; 14, 15 – регулирующий и дроссельный вентили; 16, 17 – клапанные коробки

Байпасная линия 13, регулирующий 14 и дроссельный 15 вентили с электрическими приводами позволяют разгрузить электродвигатель 11 при запуске нагнетателя, раскрутить ротор газотурбогенератора до номинальных оборотов запуска и вывести установку из режима возможного помпажа турбонагнетателя. Перед запуском установки открываются вентили 14,

132

15 и осуществляется пуск турбонагнетателя. После выхода его на номинальную частоту вращения вентиль 15 закрывается, и воздушный поток по байпасной линии 13, минуя газотурбогенератор, направляется в холодильную часть установки. В случае возникновения помпажа турбонагнетателя, что иногда наблюдалось в начальный период после пуска установки, вентиль 15 приоткрывался. По мере "захолаживания" установки, т.е. при понижении температуры потока в регенераторах и турбодетандере вентиль 15 прикрывался, а далее закрывался полностью.

Асинхронный двигатель 11 осуществляет дополнительный подвод мощности к нагнетателю, что позволяет поддерживать постоянный режим его работы при снижении температуры потока газов перед турбодетандером. Кроме того, электродвигатель позволяет осуществить запуск газотурбогенератора потоком сжатого воздуха от турбонагнетателя и обеспечить в целом ускоренный выход ТХЭА на рабочий режим.

При запуске газотурбогенератора вентиль 14 прикрывался, и воздушный поток направлялся в тепловую часть установки, раскручивая ротор газотурбогенератора. При частоте вращения ротора 60 100 Гц включалась система зажигания, и в камеру сгорания подавалось топливо (керосин). Топливо воспламенялось, и ротор газотурбогенератора раскручивался до рабочей частоты вращения.

Для получения характеристик турбодетандера на воздухе с температурой на входе в ступень Т0 = 330 370 К, исключающих процесс конденсации водяного пара, горячий поток воздуха после турбонагнетателя направляется через теплообменник 2 по обводной линии 13 в регенеративный теплообменник с отключенным механизмом переключения и далее в детандер. Для получения температур с Т0 до 293 К в теплообменник 2 подается охлаждающая вода. При испытании детандера с Т0 до 283 К газотурбогенератор желательно демонтировать, а на его место установить патрубок. В этом случае поток воздуха из нагнетателя через теплообменник по патрубку направляется в котел-утилизатор, где с помощью регулирования подачи холодной воды можно обеспечить необходимую Т0 . Для получения температур Т0 ниже 283 К в работу необходимо включать механизм переключения регенераторов.

Необходимую степень расширения в детандере можно устанавливать дроссельным вентилем 15, а температурный режим – нагревательными элементами, установленными в сепараторе твердого диоксида углерода и имитирующими тепловую нагрузку в холодильной камере.

Для уменьшения теплопритоков из окружающей среды регенеративный теплообменник, турбодетандер, влагоотделитель и трубопроводы, их соединяющие, следует теплоизолировать стекловолокном, пенопластом, поролоновыми матами с гидроизоляцией полиэтиленовой пленкой.

133

134