Hő-és áramlástechnikai gépek segédlet 3

Országok listájaHungaryKecskeméti FőiskolaGépipari és Automatizálási Műszaki Főiskolai KarGépészmérnökiHő-és áramlástechnikai GépekJegyzetekHő-és áramlástechnikai gépek segédlet 3

HQ- és áramlástechnikai gépek
(Segédlet III.)

HqtQgépek

Kompresszoros hqtQgépek

A hqtés fizikai elve: Atmoszférikus nyomáson alacsony (negatív) hQmérsékleten is elpárologni képes folyadék párolgáshQje vonja ki a hqtendQ térbQl a hQmennyiséget.

Nedves üzemet megvalósító hqtQkörfolyamat



ábra
Nedves üzemet megvalósító hqtQkörfolyamat elvi vázlata, T-s és log p-h diagramja

Az ábrán látható elméleti körfolyamat:

1-2 folyamat: adiabatikus kompresszió,
2-3 folyamat: izotermikus kompresszió,
3-4 folyamat: fojtás,
4-1 folyamat: izotermikus expanzió.

A diagramok segítségével látható, hogy az elpárologtatóba po, To állapotú (4 állapot) folyadék és kis mennyiségq gQz kerül. Az elpárologtatóban a 4-1 folyamat során a folyadék elpárolog és a párolgáshQt a környezetétQl vonja el (qo = h1  h4). Az elvont hQmennyiség (qo) 1 kg hqtQközegre vonatkozó fajlagos mennyiség. A folyamat végén lévQ 1 állapotú nedves gQzt szív be a kompresszor és az 1-2 folyamat során p, T állapotú telített gQz állapotba juttatja a hqtQközeget. A 2-3 folyamat során a kondenzátorban a gQz környezetének hQt ad le (Ehhez szükséges, hogy a környezeti hQmérséklet kisebb legyen a T-nél,) a gQz kondenzálódik és telített folyadék állapotba jut (3. állapot). A 3-4 folyamat során, a fojtószelepen és a kapilláris csövön történQ átáramlás során a folyadék 4 állapotba kerül. A fojtás során már megkezdQdik az elpárolgás, ami rontja a hqtQteljesítményt.

Fajlagos hqtQteljesítmény:  EMBED Equation.3 , ahol qo az 1 kg hqtQközeg által elvont hQmennyiség,
W a kompresszor által végzett munka egy körfolyamat során
A hqtQgépeknél cél a fajlagos hqtQteljesítmény növelése. A diagramokból látható, hogy a fojtás veszteséggel jár, mert a fojtóban már megkezdQdik az elpárolgás. Ennek mértékét csökkenteni kell. A kompresszor mqködése szempontjából is káros és termodinamikailag sem kedvezQ a nedves gQz beszívása, ezért célszerq áttérni a száraz üzemre.

Száraz üzemet megvalósító hqtQkörfolyamat



2. ábra
Száraz üzemet megvalósító hqtQkörfolyamat elvi vázlata, T-s és log p-h diagramja

Az ezt megvalósító körfolyamat során a kompresszor telített száraz gQzt szív be (1 állapot) és azt 2 állapotú túlhevített gQzzé komprimálja. A kondenzátorba jutva a túlhevített gQz elQször lehql T hQmérsékletre, majd izotermikusan kondenzálódik. Ezen folyamat során qo = h1-h4 hQt von el a hqtQközeg az elpárolgás során, ami nagyobb, mint nedves üzem esetén.



A fajlagos hqtQteljesítmény javítása utóhqtéssel




3. ábra
UtóhqtQvel ellátott kompresszoros hqtQgép elvi vázlata, T-s és log p-h diagramja


A log p-h diagramból látható, hogy az utóhqtQvel qu = h3 - h3 hQt vonunk el a folyékony telített hqtQközegtQl (3-3 folyamat). A 3 állapotú folyadékot lefojtva az 4 állapotba kerül. Látható, hogy a fojtás végén kevesebb gQzfázis keletkezik, mint utóhqtés nélkül. A hqtendQ térbQl elvont qo = h1-h4 hQmennyiség nagyobb, mint utóhqtés nélkül lenne, ezáltal nQtt a fajlagos hqtQteljesítmény is.



BelsQ hQcserélQvel kiegészített kompresszoros hqtQgép



4. ábra
BelsQ folyadék-gQz hQcserélQvel kiegészített kompresszoros hqtQgép elvi vázlata,
T-s és log p-h digaramja


Az ábrán látható elvi vázlat szerint megvalósított körfolyamat során kihasználjuk azt, hogy az elpárologtatóból kijövQ hideg gQz segítségével hqthetjük a kondenzátorból kijövQ meleg folyadékot. Ezt úgy tudjuk a legegyszerqbben megvalósítani, hogy az elpárologtatóhoz vezetQ kapilláris csövet összeforrasztjuk a kompresszor szívócsövével. A hideg telített gQz által a meleg folyadékból elvont hQmennyiség a gQzt túlhevíti T1 hQmérsékletre. A belsQ hQcsere miatt h3-h3 = h1-h1 . A belsQ hQcsere segítségével is megnövekedett a fajlagos hqtQteljesítmény.





Valóságos hqtQkörfolyamat

Az elQzQekben ismertetett hqtQkörfolyamatok elméleti körfolyamatok, a valóságban a folyamat ettQl kissé eltér.

5. ábra
Valóságos hqtQkörfolyamat

A megvalósított valóságos hqtQkörfolyamat a környezettel való hQcsere, áramlási veszteségek és a szerkezeti kialakítások miatt kissé eltér az elméleti körfolyamattól. Az elárasztott rendszerq elpárologtatók használata esetén valósítható meg, hogy száraz telített gQzt szívjon be a kompresszor. Száraz rendszerq elpárologtatók használata esetén az elpárologtatóból kilépQ hqtQközeg kismértékben (3-7 K) túlhevül. A kompresszor szívócsövében az áramlási veszteségek miatt is fellép egy kis túlhevülés és nyomásesés. További nyomásesés történik a dugattyús kompresszor szívószelepében és a szívócsatornában is. A kompresszió a veszteségmentes adiabatikus helyett politropikus állapotváltozással megy végbe. A kompresszió végén a kompresszor belsQ ellenállásai és a hQcsere miatt a kompresszorból kilépQ túlhevített gQz nyomása esik. A kompresszort a kondenzátorral összekötQ nyomócsQben az áramlási veszteség miatt újabb nyomásesés történik. A kondenzátorban és az elpárologtatóban kismértékq nyomásesés van az áramlási veszteségek miatt, de ez elhanyagolható mértékq. Az utóhqtQben is történik nyomásesés az áramlási veszteségek miatt. A veszteségek miatt az elméleti hqtQfolyamathoz képest

megnQ a kompresszió munkaszükséglete,
megnQ a teljesítményszükséglet (azonos hqtQteljesítmény elérése érdekében),
csökken a hqtQgép fajlagos hqtQteljesítménye.

Többfokozatú kompresszoros hqtQgépek

Az elpárolgási hQmérséklet (To) csökkenésével erQsen nQ a szükséges kompresszor mérete, valamint teljesítményfelvétele azonos hqtQteljesítmény mellett. Az elérendQ hqtQteljesítmény érdekében a kompresszió véghQmérsékletét is növelni kell, de ez csak a kompresszorban használt kenQolaj által meghatározott értékig lehetséges. Ezért egy kompresszort csak egy a hqtQközegtQl is függQ hQmérséklet tartományban használhatunk. A hqtQteljesítmény növelése érdekében , a gazdaságosságot is figyelembe véve alkalmaznak két- illetve többfokozatú kompressziót is.



6. ábra
Kétfokozatú kompresszióval, közbensQ hqtéssel és egyfokozatú nyomáscsökkentéssel dolgozó hqtQberendezés elvi vázlata, T-s és log p-h diagramja


A közbensQ hqtés segítségével a 2. kompresszor 3 állapotú, csak kissé túlhevített gQzt szív be és komprimál össze 4 állapotba. A diagramokból látható, hogy a 4 állapotnak megfelelQ T4 véghQmérséklet kisebb a T2 hQmérsékletnél, ami egyfokozatú kompresszió esetén következne be és káros lenne a kompresszor mqködésére. A kétfokozatú kompresszió segítségével csökken a kompresszorméret, ennek mértéke a T-To hQmérsékletköztQl függ.



7. ábra
Kétfokozatú kompresszió kétfokozatú nyomáscsökkentéssel (Kompound kapcsolás)

Az elQzQekben tárgyalt egyfokozatú fojtással, kétfokozatú kompresszióval és atmoszférikus hqtQközeggel történQ visszahqtéssel dolgozó hqtQberendezés állapotábráiból látható, hogy a visszahqtött 3 állapotú gQz hQmérséklete még tovább csökkenthetQ, hogy ezáltal a 2. kompresszor telített száraz gQzt szívjon be. A 7. ábrán látható egy lehetséges megoldás arra, hogy a 2. kompresszor egy közbeiktatott közbensQ edény segítségével telített száraz gQzt szívjon be a 2. kompresszor. Látható, hogy ez a megoldás úgy fogható fel, mint két sorbakapcsolt egyfokozatú berendezés, amelyet a közbensQ edény köt össze. Az alsó fokozat 1. kompresszora a To elpárolgási hQmérsékleten dolgozó elpárologtatóban a hqtendQ közegbQl elvont qo hQmennyiség hatására elpárolgott 1 állapotú hqtQközeget komprimálva 2 állapotú túlhevített gQzállapotban a ^t¦ÎÒþ ò F
H
J
L
N
P
þ
L
N
Ø

Ú

à

â

ô




D
" . 0 8 : B D z | $&(Üޚ68pr˜šùôïçãßÛãïÖǺïÖã¶ã¶±¶±¶­¶­©¤©¤©¤©¤© œ œ˜œ”¶”Œˆyj)/K
h)CJ UVaJ h)jh)Uh› HhÀXGh=crh8\Ÿ hv7ûH*hv7ûhœt& h­{
H*h­{
jh'h'>*Ujh'>*UmHnHu hø@x>*h}ôhŸöhÁ0ÁhŸöhÁ0Á>* hÁ0Á>* hÁ0Á5

h®’5>*.<\^rt¤¦ð ò F
H
N
P
Z
ü
þ
N
P
ž
ì
÷ïïçßßßßßßß×Ïļ¼ßß±±
$
&
Fa$gd­{
$a$gdÁ0Á
$
&
Fa$gdÁ0Á $a$gdø@x $a$gd' $a$gdÁ0Á $a$gd}ô $a$gd®’ $a$gd}ô L~þþì


`

b

8:

¦¨üþº¼ŒŽòôöüôôììììßìììì×ÏÏÏÏÇÇÇÇÇ¿ $a$gdÅb $a$gdð6, $a$gda N $a$gdì{


„x„ˆð^„x`„ˆðgd) $a$gd­{

$
&
Fa$gd­{
šœž®°


¤¦¨þ¨ÒÔÜÞâäTVŠŒŽòöøúüþòêæáæÝæÒÎÊÆÁ²¥Á¡šÆ–‘–‘–‘––Æ–ˆƒ~obƒˆjÂFhÅbhÅb>*UjhÅb>*UmHnHu hF>,>* hð6,>* hoœ>*hÀXG hð6,H*hð6,

ha Nha Nhì{
jÓþhì{
hì{
>*Ujhì{
>*UmHnHu ha N>*ha Nh­{
h%MOh)h)B*phÿÿÿh› H h)H*h)jh)Ujrüh)h)EHèÿU$üþ °²´Ê-Ì-: < B D T ø *!,!.!‚%„%†%ˆ%¾%À% &÷ïïêâââââÚâÒÒÒÊÊÊÊÊÊÊÊÊ $a$gdÁ0Á $a$gd%@M $a$gd‡@â $a$gd¨)gdð6, $a$gdð6, $a$gdoœþ

4®°²´"$,2:x"\^–˜šøú---
-$-2-4-È-Ê-Ì-Î-8 : < > @ D R T (!*!,!.!P!z$|$Ê$Ì$ùòîùîêîæîáîáîáîÝîÙîÝÕÝÙÐÙÐÙÐÝÙÕÙîÙËÆÁ¼­ Ɯ•œŽ‰æ•œ„œ„ h%@MH* hÁ0Á>*

hÁ0Áh­{


h%@Mh%@Mh%@Mj£Ðh‡@âh‡@â>*Ujh¯23>*UmHnHu h‡@â>* h¨)>* h%@M>* hF>,>* h¨)H*h -Ph¨)hu(¡ hð6,H*hF>,ha Nhð6,

hð6,ha N

hð6,hð6,4Ì$Ð$Ö$Ü$Þ$â$æ$~%€%‚%ˆ%Š%À% &¢&¤&´&æ&è& '¢'*Ä*ã*–-Ô-B.T.’.6080|1È1æ122666 6"6$67P7R7T7V7’7–7Â8Ä8ø8ü8Ò9~:€:ü÷ü÷ü÷üóüóîéóáÝÙÕÙÕÑÕÍÉÍÅÍÁÅÁÕÁ¼Á¸³¸Á¯§£¯£É£Ÿ¯›É›–›–›’ h

yŒH*h

yŒ h¥{ØH*h¥{Øh¹Wh-Çj—h?ÈUh?È heC¹H*heC¹ hð"½>*hð"½hu(¡h}ôh©:4h–hÌxdh

hF>,j#˜hg^¦U h€kJ>* hF>,>*h€kJ h%@MH*h%@M7 &¤&´&è&ê&80:0†01z1|1Æ1È166"6$646R7T7V7´:÷ïïçççÜÜÜÔÔÔÔÔÌÄÄÄļ¼ $a$gd¹W $a$gd-Ç $a$gd?È $a$gdð"½
$
&
Fa$gdð"½ $a$gdÌxd $a$gd

$a$gdg^¦€:²:´:¶:¸:h;Ô=x?z?h@j@A
AâAXx\Â]ì^î^$_È_Ê_ð_ò_ô_ö_ø_ú_ü_þ_`¸`Ò`æ`è`jc&d(dZd\dØdrevešeœeže eüøôìüèäàäÛäÛäÙäÕÑÍÑÉÁɲ¥ÁÉüÉ¡™¡•‘•‘ˆˆ„€„¡|w hCò>*h$#MhSlRh¢tÔ hl H*hl hS(¦h£Eøjœ
h(nUhœj
h8hœEHòÿUj2CK
hœCJ UVaJ jh8Uh8h}ôh’whé2qU haQ±H*hXöhaQ±hÄÕj‰ç hlUhlh¹Wh

yŒ.´:¶:º:¼:Ì:f;h;ú_ü_þ_``´`¶`¸`œežeÌeÎeÐeÔeäe÷ï÷çççßßß×ÏÏÏÏÇÇÇÇÇ¿· $a$gdæEµ $a$gdpqÍ $a$gdœ $a$gdœ $a$gd(n $a$gd

yΠ$a$gd

yŒ $a$gdl $a$gd¹WközbensQ edény folyadékszintje alá juttatja. A folyadékon átbuborékoló túlhevített gQz elvileg visszahql a nyomásnak megfelelQ 5 telítési állapotra és közben túlhevítési hQjének leadása útján elpárologtatja a folyadék egy részét. A közbensQ edény gQzterébQl a felsQ fokozat 2. kompresszora 5 állapotban szívja el az 1. kompresszor által szállított és visszahqtött gQzmennyiséget és a közbensQ nyomású elpárologtatóban keletkezett gQzt is. Ez az elpárologtató a környezetétQl hQt von el, ez lehetQvé tesz egy magasabb hQmérsékleten történQ hqtést (pl. a normáltér hqtését). A 2. kompresszort elhagyó 6 állapotú túlhevített gQz a kondenzátorban lecsapódva, majd az utóhqtQbQl kikerülve a fojtás után 9 állapotú nedves gQz állapotba kerül. A nedvesgQz 5 állapotú gQzfázisát a 2. kompresszor szállítja el, míg a 3. állapotú folyadékfázisa az újabb fojtás után 4 állapotú nedvesgQz állapotban kerül az elpárologtatóba. Az elpárolgási és kondenzációs nyomások alapján a közbensQ nyomás szokásos értéke  EMBED Equation.3 .



8. ábra
Kétfokozatú, kaszkád-kapcsolású hqtQberendezés elvi vázlata és log p-h diagramja


Az ábrán az ún. Kaszkád - kapcsolás látható. A lényege az, hogy az egyes fokozatokat alkotó zárt hqtQkörfolyamatok egymással sorba vannak kapcsolva. Az alacsonyabb fokozat kondenzátorát a magasabb fokozat elpárologtatója hqti. A rendszer fQ elQnye, hogy mindegyik fokozatban a hQmérsékletviszonyoknak legjobban megfelelQ hqtQközeg alkalmazható. A felületen keresztül történQ hQátadás következtében az alsó fokozat kompresszora a közbensQ Tk hQmérséklethez tartozó pk telítési nyomásnál kissé magasabb nyomásra kell komprimálni. A felsQ fokozatban viszont a kompresszió a közbensQ nyomásnál kissé alacsonyabb nyomásról indul.



Abszorpciós hqtQgépek



9. ábra
Folyamatos mqködésq abszorpciós hqtQgép elvi vázlata

Összehasonlítva a 9. ábrán látható hqtQkörfolyamatot az 1. és 2. ábrán láthatóakkal, megállapíthatjuk, hogy csupán egy különbség van a kettQ között, hogy az abszorpciós hqtQgépben a kompresszor helyett egy más egységet, egy ún. termikus kompresszort alkalmaznak. Az abszorpciós hqtQgép egy a hqtQközeg elnyeletésére alkalmas oldó közeget használ (pl. NH3 hqtQközeg H20-ban oldva). Mivel a abszorpciós hqtQgépeknél a hqtQközeg gQze mindig tartalmaz valamennyi oldószert, ezért az elpárologtatóban a rendszer két komponensq, ezért az elpárolgás itt növekvQ hQmérséklet mellett történik. Hasonló jelenség zajlik le a kondenzátorban, a kétfázisú közeg miatt a kondenzáció csökkenQ hQmérséklet mellett megy végbe. Az elpárologtatóból kijövQ 8 (po, T8) állapotú gQzfázisú hqtQközeget az o oldó (vagy elnyeletQ) edénybe juttatjuk az oldó folyadékon keresztül átbuborékoltatva. Az oldóban lévQ oldószer hqtésével tudjuk fokozni az elnyelQképességet, így gazdag oldatot kapunk. A gazdag oldatot az Sz oldatszivattyú segítségével juttatjuk a ka kazánba (vagy kiqzQbe). A kazánban az oldatot fqtjük és az oldattal közölt hQ segítségével az oldatból kiqzzük az elnyeletett hqtQközeget, mivel a folyadék gázoldó képessége a hQmérséklet növelésével csökken. A hQközlés hatására a kazánban lévQ hqtQközeg gQz 5 (p,T5) állapotba kerül. Ezt vezetjük be a k kondenzátorba, ahol a gQz lecsapódik, 6 (p,T6) állapotú folyadék keletkezik, ami a fojtáson keresztül vezetve 7 (poT7) kerül be az e elpárologtatóba.




10. ábra
Entalpia-koncentráció (h-x) diagram

Az abszorpciós hqtQkörfolyamatok ábrázolására a h-x diagram a legmegfelelQbb, mert alkalmas közvetlenül hQ-és anyagmennyiségek meghatározására. Az ábrán látható, hogy a függQleges tengelyre az entalpiaértékek, a vízszintes tengelyre a koncentráció értékek vannak feltüntetve (NH3-H20 hqtQközeg  oldószer párosra). A diagram egy adott p nyomásra érvényes. Több nyomás esetén a vonalakra ráírják a nyomásértéket. A kondenzációs vonal az adott p nyomáson a különbözQ x koncentrációkhoz tartozó telített gQzállapotokat jelentQ pontokat köti össze. A x = 0 vonalon lévQ pontja p nyomású száraz telített vízgQzt, míg a x =1 vonalon fekvQ pontja p nyomású száraz telített ammóniagQzt jelent. A forrásvonal p nyomáshoz tartozó telítési hQmérsékletq különbözQ koncentrációjú folyadék állapotokat jelentQ pontokat köti össze. A kondenzációs és forrásvonal közötti területen nedvesgQz van, a kondenzációs vonal felett túlhevített gQz, a forrásvonal alatt túlhqtött folyadék vagy szilárd halmazállapot található. Az azonos hQmérsékletq pontokat összekötQ izotermákat szaggatott vonalak jelzik. Az izotermák felfelé haladva növekvQ hQmérsékletértékeket jelentenek. A diagram segítségével az entalpia különbségekbQl meghatározhatók a hQmennyiségek illetve a kétfázisú mezQben a fordított karok szabályát alkalmazva a fázismennyiségek.









11. ábra
Folyamatos mqködésq abszorpciós hqtQgép állapotváltozási diagramja

A diagramban látható 7-tQl 5-ig tartó vastag függQleges vonal ábrázolja a hqtQfolyamat állapotváltozásait. Az 1-2, 3-4-1 vastag vonallal ábrázolt folyamat az oldat körfolyamata. Az oldóban lévQ xg koncentrációjú, T4 hQmérsékletq és po nyomású gazdagoldat a 4 állapotnak felel meg. Az oldatszivattyúban az oldat hQmérséklete az 1 állapotnak megfelelQ T1 hQmérsékletre melegszik, majd a kazánba jutva az 1 állapotú gazdagoldat a kívülrQl közölt hQ hatására elQször a p kazánnyomás és a T5 telítési hQmérsékletre melegszik, majd gQzfázis válik ki belQle (5 állapot) miközben a folyadék hQmérséklete tovább emelkedik, koncentrációja pedig csökken (2 állapot). Látható, hogy az 5-nek megfelelQ gQzkoncentráció kisebb 1-nél, azaz oldószert (vizet) tartalmazó nedvesgQzt kaptunk. A gQzbQl a kazán felsQ részében található ún. rektifikáló oszlop segítségével választjuk le a vizet. A 2 állapotú szegény oldat fojtása állandó entalpia érték mellett történik, ezért a fojtóból kikerülQ 3 állapot a 2 ponttal egybeesik az ábrán, de az oldóba érve nyomása és hQmérséklete lecsökken, 4 állapotba kerül.
A kazánból távozó 5 (p, T5) állapotú, xh koncentrációjú gQz a kondenzátorban kondenzálódik és a rendelkezésre álló hqtQközeg 6 állapotba kerül. A fojtáson átjutva a folyadék eléri az elpárologtatóban a 7-nek megfelelQ (po,T7) állapotot. Mivel a fojtás állandó entalpia értéken történik, ezért a 6 és a 7 pontok egybeesnek. Az elpárologtatóban a hqtendQ közegbQl elvont hQ hatására a hqtQközeg a 8 állapotba kerül. Az elpárologtatóból az oldóba érkezQ 8 állapotú gQz elnyeletQdik és 4 állapotú gazdagoldat keletkezik.
Az ábrából láthatóak az alábbiak:

qo = h8  h7
q = h5  h6






12. ábra
Folyamatos mqködésq abszorpciós hqtQgép az oldatok hQcseréjét biztosító hQcserélQ alkalmazásával

A fajlagos hqtQteljesítmény növelése érdekében az abszorpciós hqtQkörfolyamatban a hideg szegény-és meleg gazdagoldat között célszerq hQcserélést végezni. Ezáltal a gazdagoldatot elQmelegítjük és a szegényoldatot utóhqtjük.

13. ábra
Kétfokozatú abszorpciós hqtQgép elvi vázlata

Abszorpciós hqtQgépeknél is szükséges a nyomásviszony növelése érdekében kétfokozatú abszorpciós hqtQgép alkalmazása. Az ábrán látható, hogy kétfokozatú abszorpciós hqtQgép 2 db egyfokozatú sorbakapcsolásával készíthetQ.
PAGE 


PAGE 9

Hasonló témájú dokumentumok

Hozzászólások

6. 9. adatgyűjtés antropológiatörténet anyagszerk ásványtan biztonságpolitika bme dm doc fejlődéslélektan finnek folyami duzzasztómű függvényelemzés gazd.töri tétel6 gépgyártás gyak gyakorlódolg hidraulika idegenforgalom idősorok katalízis kép konzultáció környezettechnikai műveletek középkor középkori európa kőzet kőzetek kurzusleírás lakoma magánjog mechanika3 zh merőpiac mikroökonómia mintavizsga móricz mri művtöri órai előadás öko 1 pénzügy polgár polgári jog prácser tamás sejtbiosz szöveg szte trendszámítás üzleti terv