SU1444870A2 - Учебный стенд по технической термодинамике - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к учебно- лабораторному оборудованию по термо- . Целью изобретени   вл етс  расширение демонстрационных возможностей путем пр мой и обратной циркул ции жидкости одновременно. Стенд позвол ет моделировать пр мой цикл Карно в области насыщенного влажного пара и циклы различных трансформаторов тепла на основе гид- роаналогии температуры и потока энтропии . Стенд имеет два аналогичных замкнутых гидравлических контура (основной и дополнительный), св занных между собой трубопровод ми с запорными вентил ми. Контур содержит гидравлические имитаторы парового нагнетател , теплоотдатчика, паровой турбины (или турбодетандера), тегшопри- емника. Контуры отличаютс  друг от друга пор дком включени  имитирующих элементов, соотношением мощности гидравлических машин и расположением емкостей дл  подачи и отвода жидкостей. Включа  определенным образом основной и вспомогательный контуры, обеспечивают работу стенда в различных режимах: в режиме моделировани  тепловой электростанции или режиме моделировани  повышающего, понижающего, комбинированного термотрансформатора. 2 3.п, ф-лы, 7 ил. с S (Л

Description

ни.

4 00

|

о

14)

Изобретение относитс  к,учебно-лабораторному оборудованию по термоди- намике, а более конкретно к таким устройствам, в которых тепловые про цессы замен ютс  некоторыми аналогичными процессами, имеющими иную физи ческую природу, и может быть использовано при проведении зан тий в лаборатори х общей физики, теплотехники, технической термодинамики, энергетических установок электростанций.

Цель изобретени  - расширение демонстрационных возможностей путем пр мой и обратной циркул ции жидкости одновременно,,

На фиг, представлена принципиальна  схема предлагаемого стенда; на фиг, 2 - моделируемый цикл повышающего термотрансформатора; на фиг.З - условна  схема установки, реализующей этот цикл; на фиг, 4 - цикл понижающего термотрансформатора; на фиг, 5 - условна  схема установки, реализующей этот цикл; на фиг, 6 - комбинированный цикл термотрансформатора; на фиг, 7 - условна  схема установки, реализующей этот цикл.

Стенд имеет два аналогичных замкнутых гидравлических контура: основной и дополнительный. Основной контур содержит имитатор 1 парового нагнетател  (им  вл етс  гидравлический насос), имитатор 2 теплоприемника (им  вл етс  конфузор), имитатор 3 пдровой турбины (им  вл етс  гидравлическа  турбина), имитатор 4 тепло отдатчика (им  вл етс  диффузор),

Над и под основным контуром расположены емкости 5 и 6, одна дл  по- дачи и друга  дл  отвода жидкости. Емкости 5 и 6 посредством систем параллельных трубок 7 и 8 соединены соответственно имитаторами 4 и 2, Между имитаторами 1 и 2 установлен об- Гатный клапан 9, На входе емкости 5 и на выходе емкости 6 установлены отградуированные в единицах потока энтропии расходомеры 10 и 11 и регулируемые Гидравлические сопротивлени  12 и 13, Имитатор 1 парового нагнетател  кинематически св зйн с электродвигателем 14, а имитатор 3 п.аровой турбины - с электрогенератором 15,

Дополнительный гидравлический контур содержит соединенные последова- тапьно имитатор 16 турбодетандера (им  вл етс  гидравлическа  турби

0

5

5

с

0

дО

30

35

45

50

55

на),имитатор 17 теплоприемника (им  вл етс  конфузор), имитатор 18 парового нагнетател  (им  вл етс  гидравлический насос), имитатор 19 теплоотдАчика (им  вл етс  диффузор). Дополнительный контур имеет также вспомогательное регулируемое гидрав- лическое сопротивление 20,

Под и над дополнительным контуром расположены емкость 21 дл  подачи и емкость 22 дл  отвода жидкости. Емкости 21 и 22 посредством систем параллельных трубок 23 и 24 соединены соответственно с имитаторами 17 и 19, На входе емкости 21 и на выходе емкости 22 установлены отградуированные в единицах потока энтропии расходомеры 25 и 26 и регулируемые гидравлические сопротивлени  27 и .8,

Имитатор 16 турбодетандера кинематически св зан с электрогенератором 29, который электрически св зан с электродвигателем 14, Имитатор 18 парового нагнетател  кинематически св зан с электродвигателем 30, который электрически св зан с электрогенератором 15, Электрические св зи на фиг.1 не показаны.

Емкость 21 соединена с емкостью 6, а емкость 22 - с емкостью 5 трубопроводами , оснащенными запорными вентил ми 31 и 32 соответственно.

Дополнительный гидравлический контур отличаетс  от основного пор дком включени  имитирующих элементов, соотношением мощностей гидравлических машин (в нем насос мощнее турбины , а в первом контуре наоборот), обратным расположением емкостей дл  подачи и отвода жидкости.

Стенд работает следующим образом.

В первом режиме имитируетс  работа тепловой электростанции. Дл  этого вьгаод тс  из работы второй контур и принадлежагше ему гидравлические и электрические элементы стенда. Это достигаетс  закрытием  апорньпс вентилей 31 и 32 и отключением электрических машин 29 и 30, К клеммам электрогенератора 15 подключаютс  электродвигатель 14 и имитатор потребител  электроэнергии (электрическа  лампочка , на схеме не показана). Таким образом , в работе остаютс  первый контур и принадлежащие ему гидравлические и электрические элементы стенда;

3IA

моделируетс  только пр мой цикл Кар- но во влажном паре.

Жидкость под действием собственного веса перетекает из емкости 5 в емкость 6 через трубки 7, имитаторы 2 - 4 и трубки 8, привод  в действие имитатор 3 паровой турбины, который приводит в действие электрогенератор 15, питающий имитатор потребите- л  электроэнергии (лампочку) и электродвигатель 14, рлектродвигател1 14 приводит в действие имитатор 1, который обеспечивает циркул цию жид

кости по основному замкнутому гидрав- is чий источник ограничен и поэтому от- лическому контуру. За счет разности дает тепло только в пр мом цикле, а расходов жидкости через имитаторы 3 в обратном цикле тепло отнимаетс  и 1 мощность, вьфабатываема  генера- от окру;кающей среды (фиг.2 и З). тором 15, превышает мощность, потреб- Дл  этого вентиль 32 должен быть л емую двигателем 14, а полезна  раз-20 закрыт, а вентиль 31 - открыт; пос- ность этих мощностей идет на питание редством регулировани  сопротивле- имитатора потребител  электроэнергии. ний 13 и 27 создаетс  одинаковый

Разность уровней жидкости в емкост х 5 и 6 имитирует разность температур гор чего и холодного источников тепла, а разность, расходов жидкости через имитаторы 3 и 1, измер ема  любым из расходомеров 10 или 11, имитирует разность потоков энтропии через паровую турбину и через паровой комп- ЗО температуру искусственного гор чего рессор объекта. Произведение этих источника Т у.

Расход через сопротивление 28, измер емый расходомером 26, имитирууровень в емкост х 6 и 21. Этот уровень имитирует TeNmepaTypy окружаю- 25 щей среды TQ. Уровень в емкости 5 имитирует TeNmepaTypy естественного гор чего источника Тр, а уровень в емкости 22 - более высокую (в этом смысле повьтающего трансформатора)

разностей дает площадь цикла в координатах температура - поток энтропии и измер ет работу 11икла в единицу времени.

Во втором, третьем и четвертом режимах моделируютс  циклы различных трансформаторов тепла. Дп  этого вводитс  в действие дополнительный замкнутьй гидравлический контур и принадлежащие ему элементы. Клеммы электрогенератора 15 замыкаютс  на клеммы электродвигател  30 а клеммы электродвигател  1 4 - на клеммь электрогенератора 29.

Основной контур работает в прежнем режиме и реализует пр мой цикл, но теперь электрогенератор I5 питает не потребитель электроэнергии, а электродвигатель 30, который приводит в действие имитатор 18. В результате жидкость перекачиваетс  из емкости 21 через трубки 23, имитаторы 17 - 19 и трубки 24 в емкость 22. Циркул 1щ  жидкости по дополнительному замкнутому гидравлическому контуру обеспечиваетс  стеканием чдсти ее через вспомогательное сопротивление 20 и имитатор 16, которьй

ет поток энтропии к искусственному

25 гор чему источнику, а произведение этого расхода на уровень в емкости 22 имитирует полезное тепло, отданное в единицу времени искусственному гор чему источнику (без затраты

40 какой-либо энергии). Произведение этого расхода на разность уровней в емкост х 22 и 21 (т.е. площадь обратного цикла на фиг.2) дает ту работу , котора  была бы затрачена в

45 тепловом насосе, если бы задача создани  искусственного гор чего источника с температурой решалась без повышающего трансформатора.

В третьем режиме моделируетс  та50 кой случай понижающего термотрансформатора , когда естественный холодный источник ограничен и поэтому отнимает тепло только в пр мом цикле, а в обратном цикле тепло отдаетс  окруgt жающей среде (фиг. 4 и 5).

Дл  этого вентиль 31 должен быть закрыт, а вентиль 32 - открыт; пос- редством регулировани  сопротивлений I2 и 28 создаетс  одинаковый уровень

приводит п действие электрогенератор 29, питающий электродвигатель 14, кинематически св занный с имитатором 1 .

Таким образом, техническа  работа, произведенна  основным контуром, в конечном счете потребл етс  дополнительным контуром, который реализует обратный цикл в составе бинарного цикла трансформатора тепла.

Во втором режиме моделируетс  такой случай повьтающего термотрансформатора , когда естественный гор температуру искусственного гор чего источника Т у.

уровень в емкост х 6 и 21. Этот уровень имитирует TeNmepaTypy окружаю- щей среды TQ. Уровень в емкости 5 имитирует TeNmepaTypy естественного гор чего источника Тр, а уровень в емкости 22 - более высокую (в этом смысле повьтающего трансформатора)

ет поток энтропии к искусственному

гор чему источнику, а произведение этого расхода на уровень в емкости 22 имитирует полезное тепло, отданное в единицу времени искусственному гор чему источнику (без затраты

какой-либо энергии). Произведение этого расхода на разность уровней в емкост х 22 и 21 (т.е. площадь обратного цикла на фиг.2) дает ту работу , котора  была бы затрачена в

тепловом насосе, если бы задача создани  искусственного гор чего источника с температурой решалась без повышающего трансформатора.

В третьем режиме моделируетс  такой случай понижающего термотрансформатора , когда естественный холодный источник ограничен и поэтому отнимает тепло только в пр мом цикле, а в обратном цикле тепло отдаетс  окружающей среде (фиг. 4 и 5).

Дл  этого вентиль 31 должен быть закрыт, а вентиль 32 - открыт; пос- редством регулировани  сопротивлений I2 и 28 создаетс  одинаковый уровень

14AAS70

в емкост х 5 и 22, Этот уровень тирует температуру окружаюп1вй среды ТОР о Уровень в емкости 6 имитирует температуру естественного холодного источника Tg, а уровень в емкости 21 - более низкую (в этом смысл пон.- жающего трансформатора) температуру искусственного холодного источника Ти

Расход через сопротивление 275из- мер емый расходомером 25, имитирует, поток энтропии от искусственного хо лодного источника, а произведение этого расхода на уровень в емкости 21 имитирует полезное тепло, отн тое в единицу времени от искусственного холодного источника (без затраты какой-либо энергии), т.е. имитирует произведенный холод. Произведение этого расхода на разность уровней в емкост х 22 и 21 (т«ев площадь обратного цикла на фиг,4) дает ту работу , котора  была бы затрачена в холодильной машине, если бы задача создани  искусственного холодного источ ника с температурой. Т {4. Т g решалась без понижающего трансформатора. Проводитс  сравнение этих вариантов.

В четвертом режиме {фиг 6 и. 7) моделируетс : такой случай, когда, располага  естественной разностью температур Tg, требуетс  получить одновременно два искусственных истот ника (гор чий и холодный)-с перепадом температур между ними jT -JTge Дд  этого перекрываютс  оба запорных вентил  (32 и 31).

Положительный эффекУ предлагаемого технического решени  заключаетс  в возможности моделировани  на одном стенде как одноконтурных циклов Кар но во влажном паре так и бинарных циклов различных трансформаторов теп ла (повышающего, понижающего, комбинированного ), а также в возможности 01равнени  разных путей получени  искусственных температур, что позвол ™ ет повысить обучающий эффект основного изобретени .

ормула

6

и 3 о б

р е т е н и  

g

5

0

Claims (3)

1.Учебный стенд по технической термодинамике по , № 1309073, отличающийс  тем, что, с целью расширени  демонстрационных возможностей путем пр мой и обратной циркул ции жидкости одновременно , он снабжен дополнительным, аналогичным ocHOBHOi-iy, замкнутым гидравлическим контуром, содержащим последовательно расположенные и fитaтopы теплоприемника и теплоотдачика, вы- полненные соответственно в виде диффузора и конфузора, и две гидравлические машины дл  имитации турбоде- тандера и парового нагнетател ,электрогенератором , кинематически св занным с имитатором турбодетандера, и электродвигателем, кинематически св занным с имитатором парового нагнетател  расположенными над и под гидравлическим контуром емкост ми дл  отвода и подачи жидкости, одна из которых с. системой параллельных трубок соединена с имитатором теплоприемника , а друга  - с имитатором теп- лоотдатчика,, при этом емкость дат  отвода жидкости дополнительного гидравлического контура трубопроводом соединена с емкостью дл  подачи жидкости основного гидравлического кон- тура, а емкость дл  подачи жидкости с емкостью дл  отвода жидкости,

2.Стенд по п,1,. отличающий с   тем, что трубопроводнусое- дин ющие емкости дл  подвода и отвода жидкости дополнительного и основного гидравлических контуров, оснащены запорными вентил ми,

3.Стенд поп,1,отличаю- щ и и с   тем, что электродвигатель и электрогенератор дополнительного гидравлического контура электрически св заны соответственно с электрогенератором и электродвигателем основного гидравлического контура.

П iO

iXH326 28

25 27 4ZHXb

Фае.

L

Фие.г

Г Гос

IUL

I I

-у

I

/У/ yV/ Х/У X// /X/ X

Q)0m6

Т

J

Фиа.

r / x/x /X/ /// X// УХ/ /

/x/ /// //y //X /xv

zt. «f

/// xVx /X/ /хх /vv /vv

Фив.6

$

У/ / Х УХ X/V

/// /У //77

ХХ/ У

ui(/nff.

Фи9.7

xvv x/v xvv Хх