Содержание к диссертации
Введение
1 Анализ существующих систем охлаждения и колебательных явлений газа в поршневом компрессоре 7
1.1 Основные причины применения системы охлаждения в поршневых компрессорах 7
1.2 Анализ преимуществ и недостатков применяемых систем охлаждения поршневых компрессоров
1.2.1 Воздушное охлаждение 13
1.2.2 Жидкостное охлаждение
1.2.2.1 Контактные системы охлаждения 16
1.2.2.2 Бесконтактные системы охлаждения 19
1.2.3 Анализ принципиальных схем поршневых гибридных энергетических машин объемного действия 25
1.3 Анализ колебательных явлений компримируемого газа в полостях поршневой гибридной энергетической машины объемного действия 27
1.4 Анализ существующих методов расчета рабочих процессов в полостях и соединительных коммуникациях поршневой гибридной энергетической машины объемного действия 34
1.5 Анализ конструктивных схем поршневых гибридных энергетических машин объемного действия 47
1.6 Постановка цели и задач исследования 54
2 Математическая модель рабочих процессов поршневой гибридной энергетической машины на основе использования колебаний давления газа в линии нагнетания 57
2.1 Система принимаемых допущений 57
2.1.1 Система принимаемых допущений при моделировании рабочих процессов в компрессорной секции 57
2.1.2 Система принимаемых допущения для расчета течения жидкости в трубопроводах и рубашечном пространстве насосной секции 60
2.2 Математическая модель рабочих процессов в полостях переменного и постоянного объема компрессорной секции 61
2.2.1 Уравнение сохранения энергии 62
2.2.2 Уравнение сохранения массы 64
2.2.3 Уравнение динамики запорного органа самодействующего клапана 65
2.2.4 Уравнение состояния газа 68
2.2.5 Определение внешнего теплообмена между компримируемым газом и стенками рабочей камеры 69
2.3 Математическая модель течения газа в соединительных коммуникациях компрессорной секции 72
2.3.1. Система основных нестационарных уравнений и метод их решения 72
2.3.2. Постановка начальных и граничных условий 76
2.4 Математическая модель рабочих процессов в насосной секции поршневой гибридной энергетической машины 78
2.4.1 Расчет течения жидкости в рубашечном пространстве, насосной секции и соединительных трубопроводах поршневой гибридной энергетической машины 79
2.4.1.1. Уравнение Бернулли для расчета неустановившегося течения потока вязкой жидкости 79
2.4.1.2 Уравнение движения неустановившейся вязкой жидкости 81
2.4.1.3. Определение потерь напора на трение 83
2.4.2 Расчет рабочих процессов в ресиверах насосной секции 86
2.4.3 Уравнение динамики запорного органа самодействующего клапана насосной секции 91
2.5. Особенности реализации математической модели 93
3 Экспериментальное исследование поршневой гибридной энергетической машины объемного действия на основе использования колебаний давления газа на нагнетании 95
3.1 Описание экспериментального стенда 95
3.2. Описание конструкции поршневой гибридной энергетической машины объемного действия на основе использования колебания давления в линии нагнетания 98
3.3. Методика измерений основных термодинамических и расходных параметров
3.3.1. Измерение мгновенного давления 103
3.3.2. Измерение температуры поверхности стенок рабочих камер поршневой гибридной энергетической машины объемного действия
3.3.3 Измерение расхода газа 108
3.3.4 Измерение расхода жидкости
3.4 План экспериментальных исследований 113
3.5 Оценка погрешности основных измеряемых величин 115
3.6 Экспериментальное исследование и верификация математической модели поршневой гибридной энергетической машины объемного действия
3.6.1 Экспериментальное исследование 118
3.6.2 Верификация математической модели 121
4 Параметрический анализ влияния основных геометрических и эксплуатационных параметров на эффективность и экономичность работы поршневой гибридной энергетической машины объемного действия 127
4.1 Анализ физических аспектов движения газа и жидкости в поршневой гибридной энергетической машине 133
4.2 Анализ влияния отношений давлений нагнетания и всасывания на рабочие процессы ПГЭМОД 138
4.3 Анализ влияния угловой скорости вращения коленчатого вала на рабочие процессы ПГЭМОД 146
4.4 Анализ влияния длины и диаметра соединительного газового трубопровода на рабочие процессы ПГЭМОД 157
4.5 Анализ влияния диаметра выходного отверстия для подачи газа к потребителю на рабочие процессы ПГЭМОД 169
4.6 Анализ влияния объемов ресиверов и диаметра соединительных жидкостных трубопроводов на рабочие процессы ПГЭМОД 178
Заключение 188
Библиографический список
- Анализ принципиальных схем поршневых гибридных энергетических машин объемного действия
- Система принимаемых допущения для расчета течения жидкости в трубопроводах и рубашечном пространстве насосной секции
- Уравнение движения неустановившейся вязкой жидкости
- Анализ влияния отношений давлений нагнетания и всасывания на рабочие процессы ПГЭМОД
Введение к работе
Актуальность темы
Одним из основных путей повышения эффективности работы поршневых компрессоров и поршневых насосов является объединение их в единый агрегат, получивший название «Поршневая гибридная энергетическая машина объемного действия» (ПГЭМОД). В известных конструкциях поршневых гибридных энергетических машин в надпоршневой полости сжимается и нагнетается газ, а в подпоршневой полости сжимается и подается потребителю капельная жидкость. За счет наличия в подпоршневом пространстве капельной жидкости происходит интенсивное охлаждение сжимаемого газа, практически полное уплотнение цилиндро-поршневой группы и уменьшение сил трения в ней. В результате наблюдается увеличение индикаторного и полного КПД, коэффициента подачи компрессорной секции, а также за счет поддавливания жидкости через поршневое уплотнение увеличивается кавитационный запас в процессе всасывания в насосной секции. К недостаткам данной группы конструкций следует отнести невысокую угловую скорость коленчатого вала, достаточную сложность конструкции и существующую вероятность смешивания газа и жидкости, что приводит к ухудшению расходных и энергетических характеристик ПГЭ-МОД и требует дополнительного оборудования и энергетических затрат на их отделение. Кроме того, необходимо отметить, что периодическая подача сжатого газа вызывает колебания газа в линии нагнетания, что может приводить к уменьшению индикаторного КПД и коэффициента подачи. Вследствие этого, представляется целесообразным создать ПГЭМОД простой конструкции с высокой угловой скоростью, у которой подача жидкости в насосной секции осуществляется за счет использования скачка давления газа в линии нагнетания компрессорной секции и контакт газа при сжатии газа и жидкости отсутствует. Разработке и исследованию такого типа ПГЭМОД и посвящена настоящая работа, что позволяет ее считать актуальной и своевременной.
Разработанные в процессе проведения данного исследования теоретические положения и результаты экспериментов явились частью исследований, поддержанных Минобрнауки РФ, уникальный идентификатор проекта -RFMEFI57414X0068.
Цель исследования
Разработка конструкции и исследование рабочих процессов поршневой гибридной энергетической машины объемного действия на основе использования колебаний давления газа в линии нагнетания.
Задачи исследования
-
Разработать комплексную математическую модель рабочих процессов протекающих в газовых полостях постоянного и переменного объема компрессорной секции, нагнетательного газового трубопровода, а также в объемах и трубопроводах насосной секции.
-
Создать экспериментальный образец поршневой гибридной энергетической машины объемного действия на основе использования колебаний давле-
ния газа в линии нагнетания для проведения комплекса экспериментальных исследований.
-
Провести комплекс экспериментальных исследований, направленный на проверку работоспособности, разрабатываемой ПГЭМОД, получение новых результатов и верификацию разработанной математической модели.
-
Провести параметрический анализ влияния основных геометрических и эксплуатационных параметров на рабочие процессы и энергетические характеристики исследуемой ПГЭМОД.
-
Внедрить полученные результаты при проектировании и конструировании высокоэффективных ПГЭМОД.
Научная новизна
-
На основе анализа рабочих процессов поршневых компрессоров, поршневых насосов и существующих конструкции поршневых гибридных энергетических машин разработана принципиально новая конструкция, использующая колебания давления газа в линии нагнетания.
-
Используя основные законы сохранения энергии, движения, массы и уравнения состояния разработана математическая модель рабочих процессов ПГЭМОД, включающая расчет термодинамических параметров компрессорной и насосной секций.
-
На основании разработанной математической модели проведен параметрический анализ влияния основных режимных параметров (отношение давления нагнетания к давлению всасывания, угловая скорость вращения коленчатого вала) и геометрических размеров ПГЭМОД на рабочие процессы, расходные и энергетические характеристики.
Практическая значимость
-
Разработан экспериментальный образец поршневой гибридной энергетической машины объемного действия на основе использования колебаний давления в линии нагнетания и доказана ее работоспособность.
-
Проведён комплекс экспериментальных исследований ПГЭМОД в результате, которого получены новые результаты, подтверждена адекватность разработанной математической модели рабочих процессов и подтверждены основные выводы проведенного параметрического анализа по влиянию эксплуатационных и геометрических параметров на расход охлаждающей жидкости в насосной секции.
-
Полученные результаты по исследованию ПГЭМОД на основе использования колебаний давления газа в линии нагнетания внедрены у индустриального партнера ОмГТУ при выполнении соглашения №14.574.21.0068 по теме «Создание перспективных и конкурентоспособных конструкций гибридных энергетических машин объёмного действия нового типа с повышено интенсивным теплообменом в зоне рабочих органов».
Методы исследования. В работе используются методы теоретического и экспериментального исследования. В рамках теоретического исследования используются: метод математического моделирования; методы численного анализа, включающие методы численного решения нелинейных алгебраических
уравнений, систем дифференциальных уравнений в полных производных, систем дифференциальных уравнений в частных производных, численного интегрирования; метод термодинамического анализа. При проведении экспериментальных исследований использовались: методы планирования эксперимента; методы оценки погрешности проведения экспериментальных исследований; методы обработки результатов экспериментальных исследований.
Объект исследования
Поршневая гибридная энергетическая машина объемного действия на основе использования колебаний давления газа в линии нагнетания.
Предметом исследования являются рабочие процессы и интегральные характеристики исследуемой ПГЭМОД.
Основные положения, выносимые на защиту:
-
Принципиально новая схема ПГЭМОД на основе использования колебаний давления газа в линии нагнетания.
-
Математическая модель процессов, протекающих в полостях и трубопроводах компрессорной и насосной секций ПГЭМОД.
-
Результаты теоретических и экспериментальных исследований разработанной ПГЭМОД.
Достоверность результатов
Достоверность теоретических исследований и в частности разработанной математической модели рабочих процессов подтверждена комплексом экспериментальных исследований. Максимальное расхождение в определении мгновенных термодинамических параметров в рабочих полостях ПГЭМОД не превышает 20%, а в определении интегральных расходных и энергетических характеристик не превышает 5%. Необходимо отметить, что достоверность экспериментальных исследований подтверждается использованием современного высокоточного оборудования, имеющего минимальную приборную погрешность.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на 5-й международной научно-практической конференции «Техника и технология нефтехимического и нефтегазового производства» (Омск, 2015 г.), на научно-технической конференции «Гидравлика» (Москва, 2015 г.), а также на кафедральных семинарах кафедры «Гидромеханика и транспортные машины» и межкафедральных семинарах ОмГТУ.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 3 статьи в изданиях рекомендованных ВАК России, причем 1 из них в издании, индексируемом базой данных «Scopus».
Структура диссертации. Диссертационная работа состоит из оглавления, введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 84 наименований, 1 приложения. Общий объем диссертации - 199 страниц, 107 рисунков, 3 таблицы.
Анализ принципиальных схем поршневых гибридных энергетических машин объемного действия
Рассматривая принцип действия поршневой ГЭМОД, легко прийти к выводу, что работа ее газовой части (полости-секции), абсолютно не отличается от работы поршневого компрессора [9]. В связи с этим, применяемые на сегодняшний день виды систем охлаждения у поршневых компрессоров без каких либо ограничений могут быть использованы для охлаждения газовой части ГЭМОД.
Как было отмечено ранее, охлаждение поршневых компрессоров, в первой степени, связано с экономичностью производства сжатого газа, которая в свою очередь зависит от степени приближения процесса сжатия к изотермическому [1,2, 15].
Другими весьма важными причинами применения систем охлаждения обусловлены увеличением производительности, надежности и срока службы компрессорных машин. Улучшение вышерассмотренных показателей достигается за счет отвода тепла от сжимаемого газа, элементов компрессорной установки, масла, находящегося в системе смазки, а также за счет снижения теплонапряженности элементов компрессора.
Для обеспечения экономичной и надежной работы компрессора, различают, по виду теплоносителя, два типа охлаждения компрессорных машин [10-12]: - воздушное; - жидкостное. В свою очередь, жидкостные системы охлаждения компрессоров подразделяются на: - рекуперативные - бесконтактные (через разделительную стенку); - смесительные (впрыск охлаждающей жидкости). С целью оценки рассмотренных типов систем охлаждения следует проанализировать преимущества и недостатки, каждой из приведенных выше систем охлаждения.
Воздушное охлаждение Воздушное охлаждение представляет собой внешнее охлаждение в качестве теплоносителя, которого выступает охлаждающий газ (воздух). Воздушное охлаждение применяется преимущественно у поршневых компрессоров малой производительности. Интенсификация теплообмена с применением данных систем достигается путем увеличения площади наружных поверхностей цилиндра – оребрением (рисунок 1.2.1) [1, 13].
Подача охлаждающего воздуха к цилиндрам компрессора осуществляется дутьевыми вентиляторами. Исходя из требования к вентиляторам - обеспечивать высокие расходы охлаждающего воздуха (в некоторых случаях превышающих производительность самого компрессора в 10-ки раз) наибольшее распространение получили осевые вентиляторы.
В охлаждающих системах компрессоров малой мощности (до 400кВт) используется, как правило, один вентилятор. Для компрессоров большой мощности ввиду необходимости больших значений расхода охлаждающего воздуха применяют либо низкочастотные большие вентиляторы, либо несколько малых вентиляторов установленных в блок охладителя.
Несмотря на то, что использование одного вентилятора большой производительности требует меньшего количества таких составляющих как электродвигатель, диффузор, опора, однако ему дополнительно необходим редуктор для уменьшения частоты вращения. Кроме того, в вентиляторах большого диаметра отсутствует возможность консольной его установки из-за большой массы рабочего колеса. Плавность регулирования производительности вентилятора требует использования дорогостоящих электродвигателей, либо поворотных лопастей, что усложняет и удорожает систему воздушного охлаждения в целом [12].
В компрессорных установках средней производительности используются системы непосредственного воздушного охлаждения [10, 11, 14]. В качестве охлаждающей среды используемой в газоохладителе 1 и маслоохладителе 2 выступает окружающий воздух, прокачиваемый через теплообменники вентилятором 3. На рис. 1.2.2. приведена схема непосредственного воздушного охлаждения компрессора.
К основным достоинствам систем воздушного охлаждения компрессорных установок следует отнести то, что они в сравнении с жидкостными, не требуют подготовки к использованию теплоносителя отводящего теплоту от элементов компрессора и имеют большой ресурс работы [10-12].
Система принимаемых допущения для расчета течения жидкости в трубопроводах и рубашечном пространстве насосной секции
Как отмечается в работе [3] качество математической модели и, соответственно, правильность описания моделируемого объекта зависит от принятых допущений при разработке математической модели. Практика разработки математических моделей рабочих процессов поршневых компрессоров показала, что система принимаемых ниже допущений позволяет считать, что качество разрабатываемых математических моделей вполне удовлетворительное и разработанные математические модели адекватно описывают протекаемые физические процессы. Моделируемые процессы обратимы и равновесны Проведенные исследования Н. Д. Хаскиндом позволили установить, что явления внутреннего трения и теплопроводности в процессе сжатия приводят к ничтожно малым отклонением характеристик от равновесных значений, что позволяет считать, что процессы сжатия и расширения обратимы.
В настоящее время с развитием ЭВМ и пакетов прикладных программ типа ANSYS CFX и др. широко внедряются в расчетную практику решение многомерных нестационарных задач течение капельной жидкости и газа. Однако, необходимо отметить, что те же проведенные Хаскиндом Н.Д. исследования позволили установить, что при скоростях поршня (4-5 м/с) отклонение от неравновесного характера температур и давлений в рабочей камере компрессора весьма малы и ими можно пренебречь. Рабочее тело (среда) непрерывно
Рабочее тело можно считать непрерывным, если выполняется следующее неравенство В диапазоне давлений и температур, характерных для исследуемой поршневой гибридной энергетической машины объемного действия (Т = 273…600К и р = (1…20)105Па), величина свободного пробега молекул l 10-7м. Характерный размер контрольных объемов исследуемого объекта составляет величину L = 0,05м. Учитывая значения величин l и L изложенных выше, условие (2.1) конечно же, выполняется. Гомогенность и состав рабочего тела
Это допущение предполагает, что компримируемый газ не содержит капель жидкости, масла и твердых включений. В реальности, конечно же сжимаемый газ будет содержать примеси масла, воды и охлаждающей жидкости, так как он взаимодействует с ней в ресивере, однако их Необходимо также отметить, что в сжимаемом воздухе содержатся также пары воды, масла и охлаждающей жидкости, если это не вода. Содержание их также пренебрежимо мало и можно, с достаточной степенью точности, считать, что компримируемый газ - сухой воздух. Изменение потенциальной и кинетической энергии газа пренебрежимо мало В уравнении сохранения энергии, которое записывается в виде первого закона термодинамики тела переменной массы, в общем случае необходимо учитывать потенциальную энергию положения и кинетическую энергию движения газа. Необходимо отметить, что не учет значений этих энергий приводит к ошибке менее 1% [3]. Это позволяет пренебречь влиянием этих энергий. Течение газа значение весьма мало их содержанием в газе можно пренебречь.
в трубопроводах и соединительных коммуникациях рассматривается как одномерное и нестационарное
Учитывая, что основное перемещение газа осуществляется вдоль оси трубопровода, то принятие данного допущения является полностью оправданным. Теплота трения поршневых колец о цилиндр не подводится газу
Это допущение справедливо для компрессоров низкого и среднего давления [3], что как раз и справедливо для разработанной поршневой гибридной энергетической машины объемного действия. Рабочее тело представляет собой идеальный газ
В соответствии с исследованиями, проведенными в [3], учет сжимаемости воздуха необходимо учитывать при давлениях нагнетания более 10МПа. Вследствие того, что рабочее давление нагнетания газа в разрабатываемой машине менее 10 МПа, то принятое допущение является вполне обоснованным. Теплообмен рабочего тела со стенками рабочих камер компрессорной секции осуществляется только конвекцией
В работе [3] показано, что величина передаваемой теплоты изучение пренебрежимо мала и необходимо учитывать только конвективный теплообмен. Внешний теплообмен описывается гипотезой Ньютона-Рихмана [1] При моделировании массовых потоков через клапаны и неплотности уплотнений камеры сжатия принимаются также распространенные допущения при разработке математических моделей с сосредоточенными параметрами: - течение газа одномерное и изоэнтропное; - для описания течения используется зависимости для установившегося потока; - используются коэффициенты расхода, полученные при стационарных продувках; - течение газа через канал сложной геометрии может рассматриваться как течение через простое круглое отверстие без трения с одинаковой эквивалентной площадью. Необходимо отметить, что выше были приняты и обоснованы основные допущения, принимаемые при разработке математической модели.
Уравнение движения неустановившейся вязкой жидкости
С целью выбора оборудования для измерения расхода газа необходимо было провести анализ известных на сегодняшний день способов измерения расхода газа. Следует отметить, что, в общем, все приборы, с помощью которых можно оценить производительность рассматриваемой ПГЭМОД по газу можно разделить на два класса: - приборы для измерения расхода газа - расходомеры; - приборы для измерения количества газа - счетчики. Одними из самых известных расходомеров являются расходомеры переменного перепада давления. Данные расходомеры достаточно простые по устройству и не имеет подвижных частей, что сказывается на их надежности и сроке службы. Однако в нашем случае необходимо измерять расход пульсирующего потока газа а, как известно одним из условий использование рассматриваемых расходомеров является измерение расходов в установившемся потоке вещества, т. е. должно обеспечиваться равенство скорости и давления в рассматриваемом сечение [78-80].
Другими достаточно известными приборами для измерения расхода является расходомеры постоянного перепада давления - ротаметры. В отличие от предыдущих ротаметры имеет хорошую наглядность измерений, а также их применение сопровождается незначительными потерями давления потока. Однако ротаметры требуют градуировки. Также их показания зависят от трения между трубкой и поплавком, что сказывается на точности измерения особенно в диапазоне малых расходов [78-80]. Кроме того ротаметры так же как и предыдущий тип расходомеров требовательны к установке в системе.
В отличие от предыдущих турбинные расходомеры имеют широкий диапазон измерений и обладают малой погрешностью измерений [78-80]. Однако данные расходомеры имеют хоть и незначительную инерционность измерения, однако ее наличие, существенно сказывается на погрешности измерения малых расходов пульсирующего потока. Ввиду вышеприведенного недостатка использование турбинных расходомеров в нашем случае является не приемлемым.
Индукционные расходомеры в сравнении с турбинными отличаются отсутствие инерционности измерений, к тому же они не требовательны к установке в системе, т.е. могут устанавливаться под любым углом в связи, с чем очень удобны в плане монтажа. Основным существенным недостатком данных расходомеров является ограниченность их использования для квазистационарных потоков, что объясняется поляризацией измерительных электродов, которая в свою очередь сопровождается изменением сопротивления датчика, что искажает показания прибора [78-80].
Ионизационные расходомеры отличаются высокой чувствительностью и малой инерционностью. Однако к их недостаткам относятся влияние параметров среды (температуры и давление) на величину ионизации. Исключения влияния этих параметров усложняет и удорожает конструкцию, что не всегда приемлемо [78-80].
Термоанемометры получили узкую область применения, в связи с тем, что эти приборы реагируют не только на скорость потока, но и на температуру и давление [78-80].
Высокой точностью большим диапазоном измерения и возможностью измерения расхода пульсирующих потоков обладают калориметрические расходомеры. Однако у данных расходомеров относительно сложные в изготовлении их приемные устройства а, также данный тип расходомеров отличается нестабильностью особенно при измерении в загрязненных средах из-за коррозии приемных устройств и осаждения на них различных частиц переносимых потоком [78-80].
Еще одним типом расходомеров являются ультразвуковые расходомеры. Данные расходомеры позволяет проводить измерения малых и больших расходов, стационарных и нестационарных потоков вещества. Однако они применяются для измерения расходов чистых жидкостей в трубопроводах малых сечений, а также имеют температурные погрешности и погрешности, обусловленные асимметрией параметров ультразвуковых каналов [78-80].
Как отмечалось выше, кроме расходомеров применяются также счетчики количества газа. Следует отметить, что счетчики отличаются высокой точностью измерений и простотой использования. Они способны измерять как стационарные, так и нестационарные потоки газа, в связи, с чем активно используются при экспериментальных исследованиях различных агрегатов [78-80]. Таким образом, в качестве прибора для оценки производительности ПГЭМОД по газу был выбран счетчик количества газа.
Для измерения расхода газа на выходе из ресивера РС1 (см. рис. 3.3.1) применялся газовый счетчик (ГС1 рис. 3.3.1) СГК-4, с паспортной погрешностью измерения ±1,5%. Данный счетчик имеет следующие характеристики: - диапазон измеряемого расхода – 0,04 - 6 м3/ч; - максимальное рабочее давление – 0,5МПа; - цена деления – 0,001 м3. Производительность газовой части ПГЭМОД в интервале частот вращения коленчатого вала 500 – 3000 об/мин предполагается 0,67 – 4 м3/ч, что укладывается в диапазон измеряемого расхода счетчика СГК-4. Таким образом, можно утверждать, что счетчик подобран, верно. При обработке полученных экспериментальных данных производительность газовой части ПГЭМОД определялась по выражению (3.3.2): W2 -W1 Q= , (3.3.2) Dt где Q – расход газа; W1, W2 – показания счетчика в начале и конце отсчета соответственно; – интервал времени отсчета. Время измерения определялось с помощью электронного цифрового секундомера «Vogel» с ценой деления 0,01 с. 110 При проведении экспериментов по определению производительности ПГЭМОД по газу осуществлялся ряд опытов с интервалами времени измерений 10 минут каждый.
Анализ влияния отношений давлений нагнетания и всасывания на рабочие процессы ПГЭМОД
Соединительный трубопровод между полостью нагнетания и газовой полостью ресивера 6 очевидно оказывает значимое влияние на колебательные процессы в полости нагнетания и в полости ресивера 4 и следовательно на работу насосной секции.
Рассмотрим влияние длины и диаметра соединительного трубопровода на рабочие процессы ПГЭМОД. На рисунке 4.27 (а) и (б) представлены значения мгновенных давлений в рабочей полости компрессорной секции и в полости нагнетания от угла поворота коленчатого вала при разных значениях длины соединительного трубопровода.
С увеличением длины трубопровода частота колебаний газа в полости нагнетания сокращается, при этом амплитуда колебаний остается практически на прежнем уровне, как в рабочей полости компрессорной секции, так и в полости нагнетания. Изменение частоты колебаний газа изменяет форму индикаторной диаграммы в компрессорной секции, что приводит к незначительному сокращению относительных потерь давления относительных потерь работы в процессе нагнетания. Представленные на рисунке 4.28 зависимости мгновенного давления в полостях ресивера 4 и 6 от угла поворота коленчатого вала при разных длинах соединительного трубопровода позволяет сделать следующие выводы: 1. При длине 0,2 метра наблюдается значительный угла поворота от где давление в ресивере 4 (pн2) превышает давление в ресивере 6 (pн3). На этом участке скорость жидкости V 3 = 0, а скорость жидкости V 2 достигает максимального значения в начале процесса нагнетания (2,3 -10 2 м/с) и затем постепенно затухает (рисунок 4.29 (а)), затем следует переходный период от р = 1,5 до ср=3,14 где наблюдается знакопеременная разница между pн2 и pн3 с постепенным превышением давления p н3 над p н2, затуханием скорости V2 и увеличением скорости V . На участке 3,14 0 5,85 давление pн3 однозначно превышает давление pн2, значение V2w = 0, а значение скорости V достигает максимума почти 1,5-10 2 м/с .
Зависимости мгновенного давления в ресиверах 4 и 6 от угла поворота коленчатого вала. 2. При 9=0,8м на всем диапазоне изменения угла поворота коленчатого вала (рисунок 4.28 (б)) наблюдается знакопеременная разница между давлением рн2 и рн3. Это приводит к значительным колебаниям скоростей V. и V. на протяжение угла поворота коленчатого вала с затуханием скорости И после процесса нагнетания и возрастанием амплитуды скорости V. (рисунок 4.29 (б)).
Таким образом, увеличение длины соединительного газового трубопровода приводит к падению средних скоростей течения жидкости (рисунок 4.30) I/ и I/ примерно на 20% и на такую же величину расхода WCp 3 WCp охлаждающей жидкости (рисунок 4.31). Необходимо отметить, что зависимость средних скоростей жидкости К и К и расхода от длины трубопровода нелинейная, что обусловлено сложными нелинейными колебательными процессами.
С увеличением длины трубопровода ухудшается подача газа к потребителю, что хорошо видно на рисунке 4.32 (а) и (б). При длине 9 =0,2м (см. рисунок 4.32 (а)) с угла #? = 5,85 до =3,14 наблюдается только положительная подача газа к потребителю, т.е. обратное течение газа отсутствует. При длине 9= ОДм на всем протяжении угла поворота вала наблюдается как прямое, так и обратное течение газа, что приводит к уменьшению производительности компрессорной секции ПГЭМОД. Вследствие колебаний подачи газа и колебаний расхода охлаждающей жидкости наблюдается колебание отношения GIG. В диапазоне от 9=0,2м до 9=0Дм величина Gw/Gг уменьшается с 59,1 до 48,4 а затем увеличивается до 71,86 при 9 =0,6м и далее.