Рис. 2. Термодинамический цикл га-
зового каскада ТН в общем виде:
1
0
— вход в компрессорную ступень; 2
0
и 3
0
— вход из выход из ТО и вход в
регенератор; 4
0
и 5
0
— вход и выход из
детандерной ступени, вход в К-ПТО; 6
0
— выход из К-ПТО, вход в регенератор;
7
0
— выход из регенератора
Как следует из таблицы, ми-
нимальные энергозатраты достига-
ются при использовании в конту-
ре смеси гелий–ксенон. По сравне-
нию с ксеноном, аргоном и крипто-
ном при прочих равных условиях
смесь газов имеет б´ольшую тепло-
емкость, меньший расход (а следо-
вательно, и меньшие гидропотери
в контуре) и меньший диаметр ра-
бочего колеса компрессора.
При этом б´oльшая эффектив-
ность теплообменного оборудова-
ния может достигаться при исполь-
зовании гелия или неона.
Однако гелий не годится в каче-
стве рабочего тела, поскольку име-
ет окружную скорость на рабочем колесе компрессора больше допу-
стимой, ограниченной для титановых колес значением 500 м/с.
Основные характеристики рабочих тел и газового контура с их
использованием
Параметр
Гелий Неон Смесь He + Xe Аргон Криптон Ксенон
Молекулярная масса
4 20
28
40
83,8 131,2
Теплоемкость,
кДж/(кг
∙
K)
5,192 1,031
0,74
0,523 0,251 0,162
Расход, кг/с
1,288 6,495
7,398
12,7 26,61 41,14
Окружная скорость на
рабочем колесе, м/с
709,5 315,9
268,7
226,8 157,4 125,13
Частота вращения, 1/с 1167 347
300
209,6 120,9 86,7
Диаметр рабочего ко-
леса компрессора, м 0,193 0,29
0,285
0,344 0,414 0,459
Мощность двигателя,
кВт
249,6 249,4
204
248 247,6 245,5
Неон имеет большую теплоемкость, чем смесь He + Xe, но энерге-
тические и массогабаритные показатели неоновой турбомашины не-
сколько хуже, чем для варианта с предлагаемой смесью.
Таким образом, для рассматриваемого типа ТН в качестве опти-
мального рабочего тела может быть рекомендована смесь гелия и ксе-
нона (11,6% масс. Не и 88,4% масс. Хе,
M
= 28
).
Статья поступила в редакцию 27.06.2012
148
1,2 3