Нетрадиционные методы в производстве компрессоров и теплообменных элементов
Компрессор является одним из наиболее распространенных изделий используемых современной промышленностью. При огромном разнообразии методов сжатия, в конструкциях компрессоров используется только процесс механического воздействия на газ. Теория сжатия газа полностью описывается известной формулой термодинамики pV=kT или p=kT/V.
Поскольку коэффициент k- величина постоянная и зависит от свойств газа то, как видно из формулы для изменения давления газа можно менять как объем, так и температуру. Однако для производства сжатого газа распространение, по ряду причин исторических и технических, получила техника использующая изменение объема.
Сегодня эта техника представляющая собой громадный парк компрессоров всевозможного вида и назначения хорошо отработана и успешно используется во многих отраслях промышленности. Конструкция любого компрессора представляет собой сложное механическое устройство с большим количеством разнообразных деталей требующих высокотехнологичного производства.
Тем не менее, иногда может оказаться значительно дешевле получать высокое давление не механическим, а тепловым воздействием на газ. Представленный в патенте на ПМ № 58675. вариант оборудования позволяет получить газ высокого давления, использует только тепловое воздействие.
Для этого используется несколько замкнутых сосудов, в которых организуется колебание температуры, а находящийся в них газ, перемещаясь однонаправленными клапанами из одного баллона в другой, повышает давление до необходимого уровня.
Метод предполагает циклический нагрев и охлаждение не только газа, но и сосудов, в которых он находится и его применение для промышленного производства газа представляется нерентабельным вследствие значительных тепловых потерь.
Но часто требуется малое количества газа высокого давления получение, которого традиционным методом нецелесообразно, и такой метод, не требующий сложного оборудования, может оправдать непроизводительные потери тепла.
Другая предложенная схема роторного теплового компрессора по заявке на ПМ № 2010111963 с использованием вытеснителя, хотя и является более сложной конструкцией, но в ней исключается колебательный нагрев сосуда, что позволяет значительно снизить тепловые потери.
Принцип работы схемы напоминает машину Стирлинга, в которой аналогичный вытеснитель циклически перемещает газ к горячему или холодному концу цилиндра. Отличительными особенностями роторного теплового компрессора от машины Стирлинга характеризующийся замкнутым рабочим контуром, является то, что это не двигатель, а компрессор.
Т.е. в нем отсутствует силовой поршень, а тепловую энергию компрессор преобразовывает в механические свойства сжатого газа. При этом циклическое изменение температуры газа совершается не с помощью возвратно поступательного движения поршня, а под действием сбалансированного роторно-поршневого механизма.
Второй нетрадиционный метод предлагается для техники теплообмена. Известно, что энергия электрическая или механическая, за редким исключением, получается путем преобразования тепловой энергии заключенной в первичном энергоносителе.
Как правило, это раскаленные газы, получаемые при сжигании углеводородного топлива или нейтронное излучение в атомном реакторе. Однако, для эффективной работы турбины, полученную тепловую энергию обычно превращают в энергию водяного пара. Теплопередачу от предыдущих носителей к водяному пару выполняют теплообменные трубки, расположенные в парогенераторе.
Современные теплообменные трубки, используемые для тепловых и атомных электростанций, производятся из качественной стали диаметром около 40мм. Традиционным методом увеличить мощность парогенератора в единичном объеме Q=kS(T1-T2) затруднительно, поскольку коэффициент теплопередачи и разность температуры находятся на пределе и дальнейшему увеличению практически не поддаются.
Вследствие этого мощность, а значит эффективность парогенератора, можно увеличить только изменением теплообменной поверхности S. Сформулированное в заявке на ПМ № 2010114115 предложение, предполагает использовать тонкие спиральные трубки, которые, поддерживая друг друга перекрывающимися кольцами спиралей, обеспечивают механическую прочность конструкции при значительном снижении диаметра трубки.
При этом теплообменная поверхность увеличивается обратно пропорционально диаметру теплообменных трубок, а пропорциональное снижение толщины стенки не влияет на величину допустимого внутреннего давления. В результате конструкция представляется как прочный моток легко проницаемой снаружи и изнутри проволоки.
Сопротивление внешнему потоку определяется плотностью наполнения трубками заданного объема, а внутреннему потоку параллельным соединением теплообменных трубок стандартной длины. Изготовленный из качественного теплостойкого материала, теплообменный элемент из тонких спиральных трубок, выдерживая высокое давление и температуру, может в десятки раз превосходить теплообменную поверхность традиционных парогенераторов. В настоящее время ООО МедСпецТруб разработала и внедрила технологию производства тонкостенных трубок диаметром до 0,45мм, на основе которых предполагается создание универсальных теплообменных элементов различного назначения для широкого круга технических средств в энергетике и холодильной технике