Что такое детандер в холодильной машине

Детандер

Полезное

Смотреть что такое «Детандер» в других словарях:

детандер — а, м. détendeur < detendere ослаблять. 1. техн. Клапан, уменьшитель давления. СИС 1954. Редукционный клапан подачи воздуха. ТЭ 1937 3 970. Редукционный клапан. Пищепром. 2. Поршневая машина, работающая на сжатом газе; применяется в холодильной … Исторический словарь галлицизмов русского языка

ДЕТАНДЕР — (фр.). Прибор для распределения пара. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. детандер (фр. detendre уменьшать давление лат. detendere ослаблять) 1) клапан, уменьшитель давления пара; 2) машина для… … Словарь иностранных слов русского языка

ДЕТАНДЕР — (от франц. detendre ослаблять) поршневая или турбинная машина для охлаждения газа за счет его расширения с совершением внешней работы. Используются главным образом в установках для сжижения и разделения газов … Большой Энциклопедический словарь

ДЕТАНДЕР — (Reducing valve) редукционный клапан, устанавливаемый на паровой магистрали для понижения давления пара. Самойлов К. И. Морской словарь. М. Л.: Государственное Военно морское Издательство НКВМФ Союза ССР, 1941 … Морской словарь

детандер — сущ., кол во синонимов: 3 • клапан (25) • манодетандер (1) • турбодетандер (1) … Словарь синонимов

детандер — — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN expansion engine … Справочник технического переводчика

детандер — gas expansion machine, expansion [reducer] valve *Entspannugsmaschine, Expansionsmaschine – 1) Машина для охолодження й скраплення газу. 2) Клапан, зменшувач тиску пари … Гірничий енциклопедичний словник

Детандер — Схема работы детандера Детандер (от франц. détendre ослаблять) устройство, преобразующее потенциальную энергию газа в механическую энергию. При этом газ, совершая работу, охлаждается. Используется в цикле получения жидких газов, таких … Википедия

детандер — (от франц. détendre ослаблять), поршневая или турбинная машина для охлаждения газа за счёт его расширения с совершением внешней работы. Используются главным образом в установках для сжижения и разделения газов. * * * ДЕТАНДЕР ДЕТАНДЕР (от франц … Энциклопедический словарь

детандер — detanderis statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Stūmoklinė arba turbininė mašina, kurioje dujos plėsdamosios atšąla ir atlieka mechaninį darbą. atitikmenys: angl. expander vok. Expansionsmaschine, f rus. детандер, m pranc.… … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

детандер — detanderis statusas T sritis chemija apibrėžtis Stūmoklinė arba turbininė mašina, kurioje plėsdamosi dujos atšąla ir atlieka mechaninį darbą. atitikmenys: angl. expander rus. детандер … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

Источник

Общие сведения и классификация детандеров. Область применения.

ОПР: Детандеры– это расширительные низкотемпературные машины, служащие для производства холода путем расширения рабочего тела с понижением температуры и отдачей внешней работы (энергии). Термин «детандер» происходит от французского слова «dе’tendre», что означает уменьшение давления.

Детандеры или расширительные низкотемпературные машины предназначены для производства холода путем расширения рабочего тела с понижением температуры и отводом энергии (работы). Именно отвод энергии, производимый рабочим теплом при его расширении, позволяет производить холод в детандере более эффективно, чем в других генераторах холода, например в дросселе.

Отличие от энергетических машин.По принципу действия детандеры представляют собой энергетические машины, в которых одновременно с производством холода вырабатывается еще и работа в виде механической и электрической энергии, которую можно использовать в качестве привода различных машин и систем. Однако они отличаются от традиционных энергетических машин (паровых и газовых турбин, двигателей и т.п.), прежде всего температурным уровнем их работы. Если энергетические машины работают при температурах T выше температуры окружающей среды , т. е. , то детандеры работают при температурах T ниже , т. е. . Главным назначением энергетических машин является производство работы, а главным назначением детандеров – производство холода. Это отличие детандеров накладывает на них особые условия работы, конструктивного оформления и эксплуатации.

На практике существует в основном два класса детандеров:

1. расширительные машины объемного действия, типа поршневых, винтовых и ротационных детандеров;

2. кинетического действия, типа турбодетандеров.

В детандерах объёмного действия расширение газа происходит за счет непосредственного изменения объема рабочего тела путем движения поршня, или какого – либо другого устройства.

В детандерах кинетического действия – турбодетандерах расширение газа происходит за счет силового взаимодействия потока рабочего газа с лопатками рабочего колеса при движении потока газа в специально спрофилированном канале, в котором устанавливается вращающаяся решетка лопаточного аппарата (рабочее колесо). С помощью вращающихся лопаток рабочего колеса внутренняя и кинетическая энергия потока газа преобразуется в механическую энергию вращающейся решетки лопаточного аппарата. Эта механическая энергия затем преобразуется в электрическую или тепловую энергию, а в последнее время передаётся на вращение рабочего колеса нагнетателя или компрессора.

Как детандеры объемного действия, так и кинетического в зависимости от давления рабочего тела, применяемого на входе, подразделяются на детандеры высокого, среднего и низкого давления. Детандеры высокого давления – при давлении на входе ; среднего давления – ; низкого давления .

В соответствии с применяемым рабочим газом они подразделяются на воздушные, азотные, водородные, гелиевые и т.п

В конструктивном отношении и объемные детандеры, и кинетического действия разнообразны.

Каждый из типов детандеров имеет свои границы и области преимущественного применения. Выбор того или иного типа детандеров зависит от ряда причин: условий работы, параметров и эксплуатации низкотемпературных установок, а также от уровня развития современных технологий на фирмах – изготовителях, от традиций этих фирм по созданию тех или иных детандеров.

Детандеры получили широкое распространение в качестве генератора холода в воздухоразделительных установках (ВРУ), в гелиевых и водородных рефрижераторных и ожижительных системах для получения жидких гелия, водорода и других низкотемпературных жидкостей. В последнее время они стали широко применяться в ожижителях природного газа.

Краткая история развития поршневых и турбодетандеров.Идея создания машин для охлаждения газа при адиабатном расшире­нии возникла еще в начале XIX столетия. Но только в 1902 – 1904 гг. французским ученым Жаком Клодом был создан первый работоспособный поршневой детандер. Детандер Клода работал на воздухе при дав­лении 4,0 МПа, предварительно охлажденном до температуры (133 – 138 К) и предназначался для кислородных установок среднего давления.

В 1907 – 1915 гг. в Германии Гейляндт разработал и осуществил уста­новку для ожижения воздуха с поршневой расширительной машиной высоко­го давления. В детандер поступал воздух при давлении примерно 16,0 МПа и температуре, близкой к температуре окружающей среды.

Первый гелиевый низкотемпературный поршневой детандер был создан в 1934 году выдающимся советским ученым, академиком П.Л. Капицей.

Работы Клода, Гейляндта, Капицы по поршневым детандерам явились началом широкого применения их в криогенной технике.

Поршневые детандеры.Принцип работы, основные элементы

Расширение газа в поршневом детандере происходит за счет непосредственного изменения его объема в результате движения поршня в цилиндре и характеризуется рабочим процессом (рабочей диаграммой), которая показывает изменение давления газа в цилиндре при изменении его объема (или в зависимости от хода поршня).

Принцип работы поршневого детандера и основные его элементы поясняются на рис. 1, где представлены теоретическая диаграмма рабочего процесса и схематично основные элементы поршневого детандера.

Основными элементами поршневого детандера являются: 1 – цилиндр; 2 – поршень; 3 – рабочий объем; 4, 5 – клапаны впускной и выпускной вместе с приводом клапанов или механизм газораспределения; 6 – поршневое уплотнение; 7 – шток; 8 – крейцкопф; 9 – шатун; 10 – кривошип; 11 – генератор для отбора мощности. Элементы с 7 по 11 называют также механизмом движения поршневого детандера.

Закрытие и открытие клапанов в поршневых детандерах, как правило, осуществляется принудительно, от специального механизма – привода клапанов. В совокупности клапаны и их привод называются механизмом газораспределения. Однако имеются детандеры и без клапанного газораспределения. Их заменяют специальные окна или отверстия, которые в необходимые моменты перекрываются и открываются при движении поршня или другого механизма. Поэтому под механизмом привода клапанов или механизмом газораспределения будем понимать клапаны и их привод или систему отверстий, окон и клапанов в цилиндре и поршне машины.

Изоэнтропийное или идеальное расширение газа, а поршневом детандере можно реализовать только в случае, если в нем отсутствует вредное пространство, теплообмен газа с окружающей средой, гидравлическое сопротивление в клапанах и обеспечивается полное расширение газа в пределах заданных давлений. Такой детандер можно назвать идеальным. Рабочий процесс идеального детандера представлен диаграммой, изображенной на рис. 1.

Рис. 1. Теоретическая диаграмма рабочего процесса и основные элементы

поршневого детандера: 1 – цилиндр; 2 – поршень; 3 – рабочий объем;

4 – впускной клапан; 5 – выпускной клапан; 6 – поршневое уплотнение;

7 – шток; 8 – крейцкопф; 9 – шатун; 10 – кривошип; 11 – генератор для

Он состоит из трех отдельных процессов: 1’–2′ – процесса наполнения, который протекает при постоянном начальном давлении и постоянной начальной температуре . Поршень в это время двигается вправо, увеличивая рабочий объем; 2’–4′ – изоэнтропийного расширения от и до конечных давления и температуры , поршень продолжает движение в право; 4’–5′ – процесса выталкивания расширенного и охлажденного газа при постоянных конечных давлении и температуры , поршень в это время двигается в обратном направлении. При идеальном процессе впускной клапан открывается в момент, соответствующей на диаграмме точке 1′, и закрывается в момент, соответствующей точке 2′. Расширение газа в процессе 2’–4′ происходит при закрытых клапанах. Выпускной клапан открывается в момент, соответствующей точке 4′, после чего поршень 2 начинает движение в обратном направлении и выталкивает расширенный и охлажденный газ из цилиндра через открытый выпускной клапан в трубопровод. В момент, соответствующий точке , выпускной клапан закрывается и одновременно открывается впускной клапан, после чего рабочий процесс идеального детандера повторяется.

Реальные процессы в поршневом детандере существенно отличаются от идеального. На рис. 1 показана также теоретическая диаграмма клапанного поршневого детандера, имеющего вредный объем , который от объема , описываемого поршнем, составляет от 4 до 12 % в клапанном детандере, т. е.

Полный рабочий объем равен сумме :

Описываемый объем поршнем определяется внутренним диаметром цилиндра d и ходом поршня S.

.

Холодопроизводительность детандера численно равна работе расширения газа.

1. Детандеры с клапанным газораспределением, имеющие впускной и выпускной клапаны, которые в свою очередь, можно подразделить на:

— детандеры с внешним приводом клапанов;

— детандеры с внутренним приводом клапанов;

— детандеры с самодействующими клапанами;

2. Детандеры с бесклапанным газораспределением, имеющие впускные и выпускные окна;

3. Детандеры со смешанным газораспределением, имеющие впускной клапан и выпускные окна, или наоборот, впускные окна и выпускной клапан.

Каждый из перечисленных способов газораспределения имеет свои преимущества и недостатки и характеризуется своей теоретической и рабочей диаграммой.

Модуль 3 «Нагнетатели кинетического действия»

Источник

Теоретический цикл газовой холодильной машины с детандером

Газовые холодильные машины

Газовые холодильные машины по принципу получения низких температур делятся на два типа: машины, в которых эффект охлаждения получается вследствие расширения газа с отдачей внешней полезной работы в расширительной машине – детандере, и машины, в которых эффект охлаждения получается в результате расширения без отдачи полезной работы – в вихревой трубе.

В газовой холодильной машине в отличие от паровой холодильной машины работа детандера лишь несколько меньше работы компрессора, а удельная холодопроизводительность, в основном, определяется работой детандера. Поэтому при замене в газовой холодильной машине детандера дроссельным вентилем, не только значительно возрастает работа цикла вследствие потери работы детандера, но уменьшается и удельная холодопроизводительность, так как в этом случае холодопроизводительность определяется только эффектом дросселирования, который для газов очень мал.

Газовые холодильные машины с детандером более выгодны, чем машины, в которых используется вихревой эффект.

В машине с детандером происходит охлаждение всего потока, причем охлаждение сопровождается отдачей работы.

Теоретическим циклом газовой холодильной машины будем считать цикл, в котором все внутренние процессы обратимы, а разность температур между источниками теплоты и газом при выходе из теплообменных аппаратов равна 0. Следовательно, процессы сжатия и расширения являются изоэнтропными, а процессы в аппаратах – изобарными.

Газовая холодильная машина состоит из следующих основных элементов: компрессора К; промежуточного холодильника ПХ; детандера Д и теплообменного аппарата ТО. На рис. 14 показаны схема и цикл газовой холодильной машины.

Рис. 14. Схема и цикл газовой холодильной машины

Рабочее тело сжимается в компрессоре и направляется в промежуточный холодильник, в котором теплота от рабочего тела отводится в окружающую среду. Затем рабочее тело поступает в детандер, где в результате совершения работы температура понижается. Далее в теплообменном аппарате к рабочему телу подводится теплота от источника низкой температуры, при этом температура рабочего тела повышается, после чего снова направляется в компрессор.

В теоретическом цикле принято, что в промежуточном холодильнике рабочее тело охлаждается до температуры окружающей среды , а в теплообменном аппарате нагревается до температуры источника низкой температуры .

В S–Т диаграмме изображен теоретический цикл рассматриваемой машины при сжатии и расширении рабочего тела с .

,

что соответствует площади .

Теплота, отведенная в промежуточном холодильнике:

,

что соответствует площади .

,

что соответствует площади .

Работа цикла равна разности работ компрессора l_К и детандера l_Д, поэтому к машине подводится работа от приводного двигателя.

Холодильный коэффициент машины:

.

Считая газ идеальным , можно записать:

, ,

.

Цикл газовой холодильной машины в условиях постоянных температур внешних источников и необратим, так как теплообмен между рабочим телом и источниками совершается при конечных разностях температур. Обратимый цикл будет изображен точками .

Степень обратимости цикла:

.

Массовый расход газа определяется заданной холодопроизводительностью

.

Необратимые потери в циклах газовых холодильных машин могут достигать 50 % и более. Степень необратимости можно уменьшить путем снижения степени сжатия или осуществлении в компрессоре многоступенчатого сжатия с промежуточным охлаждением и многоступенчатым расширением в детандере с промежуточным подводом теплоты. Однако в действительных циклах эти методы приводят к большим гидравлическим потерям, что не дает возможности достигнуть значительного повышения холодильного коэффициента.

Достоинством газовой холодильной машины является то, что в качестве рабочего вещества применяется воздух. Воздух может подаваться прямо в охлаждаемое помещение и только на воздухе можно осуществить циклы с теплообменом без промежуточных теплообменников, снизить металлоемкость машины и сделать её более простой в эксплуатации.

Источник

ДЕТА́НДЕР

Том 8. Москва, 2007, стр. 585

Скопировать библиографическую ссылку:

ДЕТА́НДЕР (от франц. détendre – ос­лаб­лять, сни­жать дав­ле­ние), ма­ши­на для ох­ла­ж­де­ния га­за пу­тём его рас­ши­ре­ния с со­вер­ше­ни­ем (от­да­чей) внеш­ней ра­бо­ты. Ис­поль­зу­ет­ся в ус­та­нов­ках для ох­ла­ж­де­ния и сжи­же­ния га­зов и раз­де­ле­ния га­зо­вых сме­сей, в крио­ген­ных реф­ри­же­ра­то­рах и ожи­жи­те­лях. В Д. энер­гия сжа­то­го га­за, пре­вра­ща­ясь в ме­ха­нич. ра­бо­ту, со­про­во­ж­да­ет­ся по­ни­же­ни­ем темп-ры это­го га­за; наи­боль­шее ох­ла­ж­де­ние мо­жет быть по­лу­че­но при ис­клю­че­нии по­терь в ок­ру­жаю­щую сре­ду (см. Адиа­ба­ти­че­ский про­цесс ). По прин­ци­пу дей­ст­вия Д. раз­де­ля­ют на порш­не­вые и тур­бин­ные (тур­бо­де­тан­де­ры). Порш­не­вые Д. – ма­ши­ны объ­ём­но­го пе­рио­дич. дей­ст­вия, в ко­то­рых внутр. энер­гия га­за при его рас­ши­ре­нии пре­об­ра­зу­ет­ся во внеш­нюю ра­бо­ту, пе­ре­ме­щая пор­шень. При­ме­ня­ют­ся в ус­та­нов­ках с хо­ло­диль­ны­ми цик­ла­ми вы­со­ко­го (15–20 МПа) и сред­не­го (2–8 МПа) дав­ле­ния. Тур­бо­де­тан­де­ры – ма­ши­ны ки­не­тич. дей­ст­вия, в ко­то­рых по­ток га­за про­хо­дит че­рез не­под­виж­ные на­прав­ляю­щие ка­на­лы (со­пла), пре­вра­щая внутр. энер­гию га­за в ки­не­ти­че­скую, и сис­те­му вра­щаю­щих­ся меж­ло­па­точ­ных ка­на­лов ро­то­ра, где энер­гия по­то­ка пре­об­ра­зу­ет­ся в ме­ха­нич. ра­бо­ту, в ре­зуль­та­те че­го по­ни­жа­ет­ся темп-ра га­за. Тор­мо­же­ние тур­бо­де­тан­де­ра осу­ще­ст­в­ля­ет­ся элек­тро­ге­не­ра­то­ром, гид­ро­тор­мо­зом или на­гне­та­те­лем. Тур­бо­де­тан­де­ры при­ме­ня­ют­ся для хо­ло­диль­ных цик­лов низ­ко­го (0,4–0,8 МПа), сред­не­го и вы­со­ко­го дав­ле­ния с объ­ём­ны­ми рас­хо­да­ми га­за 1,5–40 м 3 /ч. Эти ма­ши­ны ха­рак­те­ри­зу­ют­ся ма­лы­ми раз­ме­ра­ми (диа­метр ра­бо­че­го ко­ле­са 10–40 мм) и вы­со­кой час­то­той вра­ще­ния ро­то­ра (100000–500000 об/мин).

Источник