Курс лекций по дисциплине «Гидравлические и пневматические системы»

Цикл Отто — термодинамический цикл, описывающий рабочий процесс двигателя внутреннего сгорания с воспламенением сжатой смеси от постороннего источника энергии, цикл бензинового двигателя. Назван в честь немецкого инженера Николауса Отто.
Идеальный цикл Отто состоит из четырёх процессов:


p-V диаграмма цикла Отто

• 
  1—2 адиабатное сжатие рабочего тела;
  
• 
  2—3 изохорный подвод теплоты к рабочему телу;
  
• 
  3—4 адиабатное расширение рабочего тела;
  
• 
  4—1 изохорное охлаждение рабочего тела.
  

КПД цикла Отто ,
где  — степень сжатия,
— показатель адиабаты.
Идеальный цикл лишь приблизительно описывает процессы, происходящие в реальном двигателе, но для технических расчётов в большинстве случаев точность такого приближения удовлетворительна.

Двухступенчатая холодильная машина

Двухступенчатые холодильные машины позволяют получать температуры от - 50 до - 80 С.
Двухступенчатая холодильная машина с неполным внутренним охлаждением используется преимущественно при невысоких холодопроизводительностях, когда повышенный расход энергии в определенной мере компенсируется большей простотой цикла.
Двухступенчатая холодильная машина ХТМФ-235-2000 ( лист 57) с двухступенчатым турбокомпрессором ТКФ-235, работающим на фреоне-12, отличается от описанной выше наличием устройств для промежуточного отсоса пара.
Абсорбционно-резорбционная водоаммиачная двухступенчатая холодильная машина ( лист 208) дает холод на двух температурных уровнях - в испарителе 6, где кипит жидкий аммиак, и в дегазаторе 12, где кипит крепкий водоаммиачный раствор. В этих аппаратах давление устанавливается в соответствии с заданными температурами охлаждения.
Характеристики двухступенчатого холодильного агрегата. 1 - компрессора ступени в. д., г - ступени н. д., у0а / Соз при i const, 3 - ступени з. д., QK2 / 0 г при t i const, 4 - холодильного агрегата. Двухступенчатую холодильную машину можно условно рассматривать как каскадную, состоящую из двух одноступенчатых каскадов, прячем промежуточный сосуд условно является конденсатором-испарителем.
Цикл двухступенчатой холодильной машины показан на фиг.
Принципиальные схемы одноступенчатых холодильных машин. а - аммиачной. б - фреоновой с теплообменником пар - жидкость. Особенностью двухступенчатых холодильных машин ( за исключением схемы а на рис. 2) является разное количество агента, сжимаемого в отдельных ступенях компрессора.
Цикл двухступенчатой холодильной машины показан на фиг.
В двухступенчатой холодильной машине можно получить одну или две температуры кипения, что позволяет снабжать потребителей холодом двух параметров. Цикл холодильной машины с двухступенчатым сжатием характеризуется последовательным сжатием паров в цилиндре низкого давления ( ЦНД) и цилиндре высокого давления ( ЦВД) с-промежуточным охлаждением паров водой или кипящим хладагентом, а также возможностью ступенчатого дросселирования жидкого холодильного агента с промежуточным отводом пара. Практическим пределом применения двухступенчатых машин принята температура кипения - 80 С, при более низких температурах применяют трехступенчатое сжатие.
В двухступенчатой холодильной машине можно получить одну или две температуры испарения, что позволяет снабжать потребителей холодом двух параметров.
Г-8. Двухступенчатая компрессионная холодильная машина. В двухступенчатой холодильной машине степени сжатия в цилиндрах низкого и высокого давления значительно ниже, чем в одноступенчатой, поэтому объемный коэффициент полезного действия компрессора соответственно выше.
В двухступенчатой холодильной машине степени сжатия в цилиндрах низкого и высокого давления значительно ниже, чем в одноступенчатой.

В двухступенчатой холодильной машине степени сжатия в цилиндрах низкого и высокого давления значительно ниже, чем в одноступенчатой, поэтому объемный коэффициент полезного действия компрессора соответственно выше.

В крупных одноступенчатых и двухступенчатых холодильных машинах применяются в основном турбокомпрессоры. Холодильные машины такого типа обычно комплектуют кожухотрубными испарителями непосредственного кипения, предназначенными для охлаждения жидких хладоносителей.
Указанные преимущества двухступенчатой холодильной машины достигаются применением охлаждения пара между ступенями сжатия и промежуточным отбором пара при ступенчатом дросселировании.
Для компрессоров двухступенчатых холодильных машин расход электроэнергии, потребляемой компрессорами, определяется раздельно-для I и II ступени.
Наиболее простой является двухступенчатая холодильная машина с водяным промежуточным охлаждением и одноступенчатым дросселированием. Цифры на схеме соответствуют точкам на диаграмме.
Уже указывалось, что двухступенчатые холодильные машины могут комплектоваться из двух одноступенчатых компрессоров. При этом один используют в качестве компрессора низкого давления, а другой - высокого. Такие агрегаты носят название АДС - аммиачные ( табл. 43) и ФДС - фреоновые.
Промежуточные сосуды применяют в двухступенчатых холодильных машинах для охлаждения перегретых паров хладагента, нагнетаемых компрессором низкого давления. Одновременно в аппарате переохлаждается жидкость перед регулирующим вентилем и отделяется масло, уносимое парами из компрессора низкого давления.
На рис. 155 изображена схема двухступенчатой холодильной машины с одноступенчатым компрессором /, работающим на t0 - 12 С, и двухступенчатым ЦНД и ЦВД, работающим на 0 - 30 С. С, пар отсасывается ЦНД двухступенчатого компрессора, сжимается от р0 до промежуточного давления рщ и через обратный клапан 2 и маслоотделитель 3 нагнетается в промежуточный сосуд 5 для охлаждения. Остальная жидкость проходит через змеевик ПС, переохлаждается в нем жидкостью, окружающей змеевик, и поступает в коллектор регулирующей станции 8, откуда распределяется по испарительным системам.
На рис. 2 изображены варианты схем двухступенчатых холодильных машин. Вспомогательные аппараты не показаны.
Компрессор типа АДК-65 / 40 представляет собой двухступенчатую холодильную машину. Образовавшиеся в испарителе пары аммиака поступают в цилиндр I ступени и после сжатия охлаждаются в промежуточном сосуде кипящим аммиаком. Цилиндр II ступени засасывает охлажденные пары от компрессора низкой ступени, пары, образовавшиеся при кипении жидкого аммиака и пары, полученные в результате дросселировании в регулирующем вентиле.
Для чего служит промежуточный сосуд в двухступенчатой холодильной машине.
Предположим, что имеется одно - или двухступенчатая холодильная машина, работающая без эжектора, причем характеристика этой машины известна.
К кипения холодильного агента в испарителе применяют двухступенчатые холодильные машины с неполным или полным промежуточным охлаждением.
Цикл двухступенчатой компрессионной холодильной машины. На рис. 16 - 5 показана схема двухступенчатой холодильной машины.

На рис. 15 - 7 показана схема двухступенчатой холодильной машины. Пары хладоагента сжимаются в цилиндре низкого давления ( ЦНД) до промежуточного давления рпр. В этом сосуде, барботируя через слой жидкого хладоагента, пары охлаждаются до температуры, соответствующей насыщению при давлении Рпр. Охлаждение паров достигается за счет испарения некоторого количества жидкого хладоагента в промежуточном сосуде.

Принципиальная схема автоматизации двухступенчатой холодильной. На рис. 144 представлена принципиальная схема автоматизации двухступенчатой холодильной машины на фреоне-22, предназначенной для получения охлажденной жидкости.
Коэффициент подачи и индикаторный к. п. д. т инд холодильных компрессоров. На рис. 15 - 7 показана схема двухступенчатой холодильной машины. Пары хладоагента сжимаются в цилиндре низкого давления ( ЦНД) до промежуточного давления рпр. В этом сосуде, барботируя через слой жидкого хладоагента, пары охлаждаются до температуры, соответствующей насыщению при давле нии Рпр. Охлаждение паров достигается за счет испарения некоторого количества жидкого хладоагента в промежуточном сосуде.
Переохладители, для охлаждения кипящим хладагентом используют в двухступенчатых холодильных машинах и выпускают двух типов: двухтрубные и кожухозмеевиковые. В межтрубном пространстве протекает кипящий хладагент, в трубах переохлаждается жидкий.
Каскадные циклы осуществляются последовательным включением одно - или двухступенчатых холодильных машин; при этом конденсатор нижней ветви каскада охлаждается испарителем верхней ветви ( фиг.
Схема компрессионной холодильной машины. 1 - конденсатор. 2 - компрессор. 3 - испаритель. 4 - дроссель ( регулирующий вентиль. На рис. 172 приведена схема, иллюстрирующая работу двухступенчатой холодильной машины. Образовавшиеся в испарителе низкого давления пары засасываются компрессором низкой ступени и проходят охладитель, где охлаждаются при этом давлении водой, а затем фреоном в промежуточном сосуде до более низкой температуры.
Значение коэффициента теплопередачи ft в аммиачных переохладителях в зависимости от количества аммиака Ga и воды G, отнесенных к одной секции.| Переохладитель с непосредственным испарением типа труба в трубе ( ЦКВХМ. Переохладители с непосредственным охлаждением кипящим агентом применяют в двухступенчатых холодильных машинах для переохлаждения жидкости перед регулирующим вентилем.
Принципиальная схема аммиачной двухступенчатой холодильной машины с элементами автоматизации. На рис. 100 показана расстановка средств автоматизации в схеме аммиачной двухступенчатой холодильной машины.
Полное промежуточное охлаждение пара после ступени низкого давления в двухступенчатой холодильной машине достигается в промежуточном сосуде в результате кипения в нем жидкости при промежуточном давлении. Вследствие кипения той же жидкости переохлаждается проходящий по змеевику хладагент перед регулирующим вентилем. Промежуточные сосуды со змеевиком ( теплообменником) применяют в схемах двухступенчатого сжатия с полным промежуточным охлаждением и одноступенчатым дросселированием. Уровень жидкости в сосуде поддерживается регулятором уровня. На сосуде устанавливают также приборы автоматической защиты компрессора от гидравлического удара.

Масла группы III предназначены для использования в одно - и двухступенчатых холодильных машинах; при температурах кипения ниже - 55 С применяют в основном углеводородные и синтетические масла.

Часть аппаратов применяется как в одноступенчатых, так и в двухступенчатых холодильных машинах: отделители жидкости, маслоотделители, маслосборники, ресиверы, переохладители, воздухоотделители, грязеуловители, фильтры, обратные клапаны. Другие вспомогательные аппараты, например промежуточные сосуды, используются исключительно в двухступенчатых и многоступенчатых холодильных установках.
Принципиальная двухступенчатая схема сжижения хлора комбинированным методом при давлении 3 0 - 105 - 3 5 - 105 Па. В современных условиях, применяя при сжижении хлора двух-стадийную конденсацию и двухступенчатые холодильные машины, удается достигнуть 98 - 99 8 % степени сжижения. Глубина сжижения в значительной мере зависит от количества газовых примесей в хлоре и, в частности, от количества водорода.
Испаритель кожухотрубный для метанольной воды ( лист 234) использован в двухступенчатой холодильной машине фирмы Лурги. Поэтому теплообменник выполнен с большим числом ходов по метанольной воде, что потребовало особого расположения перегородок в крышках испарителя. Для устранения уноса жидкого аммиака с паром вследствие высокой интенсивности кипения установлено два сухопарника значительного объема. Учитывая высокое давление метанольной воды - около 2 2 МПа, в крышках предусмотрены фланцы со стыковой сваркой.
Как было указано выше, в процессах изотермического хранения сжиженных газов наиболее общеупотребительными можно считать двухступенчатые холодильные машины. К такому случаю и приурочены приводимые ниже методические рекомендации.
Др рк - / V в верхней ступени применяется один из вариантов одно - или двухступенчатой холодильной машины.
В связи с тем что на i, Igp-диа грамме значение / отнесено к единице массы хладагента ( I кг), а в двухступенчатой холодильной машине массовый поток GI больше массового потока GI, это должно быть учтено при расчете характеристик цикла с помощью диаграммы.
Принципиальная двухступенчатая схема сжижения хлора комбинированным методом. В этом случае хлор компри-мируют до давления 0 17 - 0 2 МПа и охлаждают на первой ступени до - 35 - 40 С, на второй ступени до - 70 - 80 С с помощью хладонов в двухступенчатых холодильных машинах.
Принципиальная схема двухступенчатой холодильной машины с полным промежуточным охлаждением. Согласно ГОСТу 6492 - 53 при степени сжатия более 8 применяют двухступенчатое сжатие и двухступенчатое дросселирование холодильного агента в машине. Двухступенчатой холодильной машиной можно создать одну или две разных температуры кипения холодильного агента; последнее дает возможность охлаждать два помещения, поддерживая в них разные температуры.
Сложность коммуникаций для распределения масла способствовала развитию и применению комплексных агрегатов ( компрессор - конденсатор-испаритель), в которых каждый испаритель обслуживается отдельным компрессором. В двухступенчатых холодильных машинах с компаунд-компрессорами возврат масла осложняется тем, что в картерах компрессоров обычно поддерживаются разные давления. Одна из применяемых в этом случае схем циркуляции масла приведена на фиг. В масляный ресивер высокого давления сливается масло из обоих маслоотделителей в количестве большем, чем выбрасывает компрессор высокого давления. Масло из испарителя отводится обычным образом и поступает в масляный ресивер низкого давления.
Этановый контур - обычный одноступенчатый с газо-жидкостным 4 и газогазовым 10 теплообменниками. Аммиачный контур представляет собой обычную двухступенчатую холодильную машину, работающую с полным промежуточным охлаждением.