Введение
1. Поршневые детандеры. Состояние вопроса. цель и задачи работы 13
1.1. Расширительные машины. Области рационального применения 13
1.2. Поршневые детандеры. Конструкции. Современное состояние 24
1.3. Моделирование рабочих процессов в детандерной ступени 30
1.4. Формулировка решаемых проблем. Основные задачи 35
2. Моделирование рабочих процессов в детандерной ступени с поршнем двойного действия 41
2.1. Основные допущения 43
2.2. Математическая модель 44
2.2.1. Расчетная схема 44
2.2.2. Определение текущего удельного объема рабочей камеры 45
2.2.3. Определение текущей энтропии газа в рабочей камере 47
2.2.4. Расчет процессов теплообмена 51
2.2.5. Расчет свойств реальных газов 53
2.2.6. Моделирование работы органов газораспределения 62
2.2.7. Моделирование рабочих процессов в уплотнительных узлах детандерной ступени с поршнем двойного действия 73
2.2.8. Расчет интегральных характеристик детандера 75
2.3. Блок-схема, алгоритм и программа расчета 77
3. Экспериментальный стенд. Методика эксперимента. Контрольные испытания детандерной ступени 92
3.1. Цель и задачи эксперимента 92
3.2. Характеристика экспериментального стенда 93
3.3. Методика эксперимента и порядок пуска агрегата 102
3.4. Подготовка и проведение контрольных испытаний 103
3.4.1. Этап 1. Одноклапанное газораспределение. Изменение предварительного натяга пружин 103
3.4.2. Этап 2. Одно- и двухклапанное газораспределение. Изменение величины мертвого объема ступени 108
3.5. Анализ результатов контрольных испытаний 117
4. Расчетный анализ. Методика проектирования детандерных ступеней с поршнем двойного действия 118
4.1. Расчетный анализ рабочих циклов детандерной ступени 118
4.2. Особенности рабочих процессов в уплотнении поршня 127
4.2.1. Динамика потока газа в уплотнении дискового поршня 127
4.2.2. Оптимизация конструкции уплотнительного узла 136
4.3. Анализ интенсивности теплообмена в ступени детандера 141
4.3.1. Влияния герметичности впускного клапана на интенсивность процесса теплообмена 143
4.3.2. Влияние температуры стенок рабочей камеры на интенсивность процессов теплообмена 145
4.3.3. Анализ процессов теплообмена при переменной частоте вращения вала 148
4.4. Работа детандерной ступени на режимах отличных от номинального 153
4.5. Анализ способов регулирования параметров детандерной ступени 156
4.6. Обоснование выбора диаметра патрубков и объема впускных и выпускных полостей 169
4.7. Методика проектирования ступени детандера с поршнем двойного действия 176
4 4.8. Анализ процессов теплообмена на основе расчетных циклов в координатах T—s 180
5. Оценка напряжений и деформаций в элементах детандерной ступени 190
5.1. Метод конечных элементов и программа расчета ANS YS 190
5.2. Расчет элементов самодействующих клапанов 194
5.2.1. Типы клапанов и их применяемость 194
5.2.2. Расчет седла многокольцевого впускного клапана 196
5.2.3. Расчет контактной пары "пластина - седло" кольцевого клапана 200
5.2.4. Расчет пластины сферического клапана 204
Заключение 209
Список литературы 212
Приложения 222
