Temat: Skraplarka La Rouge a i skraplarka Gersza. Karol Szostak Inżynieria Mechaniczno Medyczna

Transkrypt

1 Praca z przedmiotu: Techniki niskotemperaturowe w medycynie Wykładowca - dr inż. Waldemar Targański Temat: Skraplarka La Rouge a i skraplarka Gersza Karol Szostak Inżynieria Mechaniczno Medyczna

2 SPIS TREŚCI 1. Skraplarka La Rouge a Bilans cieplny skraplarki La Rouge a Skraplarka Gersza Bilans cieplny skraplarki Gersza Literatura... 6

3 1. Skraplarka La Rouge a Kolejnym rodzajem skraplarek służących do skraplania gazów kriogenicznych np. wodoru, tlenu jest skraplarka La Rouge a. Skraplarka ta składa się ze sprężarki, dwóch wymienników ciepła, zaworu dławiącego, zbiornika na ciekły kriogen oraz turbiny. Zasada działania polega na tym, że (rys. 1.1): gaz kriogeniczny trafia do sprężarki (Sp), w której zostaje sprężony do ciśnienia ok. 20 MPa; sprężony gaz wędruje do dwóch szeregowo połączonych wymienników ciepła (WC1 oraz WC2), gdzie zostaje schłodzony; ochłodzony gaz po przejściu przez zawór dławiący (ZD) zostaje skroplony i zbierany w zbiorniku cieczy (ZbC) przy ciśnieniu 0,6 Mpa; skroplona część gazu jest przekazywana poza układ za pomocą zaworu regulującego; część gazu, która nie została skroplona przekazywana jest do drugiego wymiennika ciepła (WC2), w którym zostaje ogrzana do temperatury 210 K; gaz o tej temperaturze zostaje rozprężony w turbinie (T) do ciśnienia zbliżonego do atmosferycznego; gaz ten zostaje ogrzany w pierwszym wymienniku ciepła (WC1) i powraca do przewodu ssawnego sprężarki (Sp) gdzie miesza się z zasysanym powietrzem uzupełniającym obieg. Rys Skraplanie powietrza metodą La Rogu a Przemiany zachodzące podczas działania skraplarki La Rouge a (rys. 1.2): sprzężenie izotermiczne, izobaryczne chłodzenie, izobaryczne chłodzenie, dławienie izentalpowe, skraplanie izotermiczne, skraplanie izotermiczne, izobaryczne ogrzewanie, rozprężanie izentalpowe, izobaryczne ogrzewanie, powrót do obiegu pod stałym

4 ciśnieniem (izobara) Rys Schemat obiegu La Rouge a na wykresie T-s 1.1. Bilans cieplny skraplarki La Rouge a Aby określić bilans cieplny skraplarki La Rouge a należy zanalizować zyski i straty występujące w układzie. Wśród zysków wyróżnić można: 1. entalpia gazu w pkt. 1 - H 1 2. moc generowana przez sprężarkę - P Sp 3. strumień ciepła pobranego od otoczenia - Q zew Do strat zaliczane są: 1. straty entalpii gazu wprowadzonego do skraplacza - H x 2. straty entalpii gazu, który uległ skropleniu - H c 3. moc generowana przez turbinę - P T Na tej podstawie bilans cieplny skraplarki La Rouge a przedstawia się następująco: H P Q H H P 1 Sp zew x c T

5 2. Skraplarka Gersza Podobnie jak skraplarka La Rouge a tak skraplarka Gersza stosowana jest do skraplania gazów kriogennych takich jak np. tlen, wodór. Skraplarka Gersza składa się z dwóch sprężarek, dwóch wymienników ciepła, zaworu dławiącego, zbiornika na ciekły kriogen oraz turbiny. Zasada działania tej skraplarki: gaz kriogeniczny, który jest wprowadzany do obiegu przechodzi kolejno przez pierwszą sprężarkę (Sp1) i drugą sprężarkę (Sp2) gdzie jest sprężany; gaz następnie przemieszcza się do turbiny (T), w której zostaje rozprężony; następnie zostaje on ogrzany w pierwszym wymienniku ciepła (WC 1) pod stałym ciśnieniem 10 atmosfer; potem jest on ponownie wprowadzony do obiegu tuż po pierwszym etapie sprężania gazu w pierwszej sprężarce (Sp1), gdzie następuje mieszanie się gazu sprężonego i rozprężonego; po osiągnięciu ciśnienia 200 atmosfer gaz zostaje ochłodzony w dwóch połączonych szeregowo wymiennikach ciepła (WC1 i WC2); następnie gaz kriogeniczny zostaje przeprowadzony przez zawór dławiący (ZD) do zbiornika cieczy (ZbC), gdzie następuje jego skroplenie. powstającą cieczą kriogeniczną napełniane są butle; gaz który nie uległ skropleniu kierowany jest do dwóch wymienników ciepła (WC1 i WC2), gdzie ulegają ogrzaniu; na koniec następuje oddanie gazu poza układ lub ponowne wykorzystanie nieskroplonego gazu w układzie. Przemiany zachodzące podczas działania skraplarki Gersza: 1-2 izotermiczne sprężanie gazu 2-3 izotermiczne sprężanie gazu 3-4 rozprężanie izentalpowe 4-2 izobaryczne ogrzewanie (P=10at)

6 3-5 izobaryczne chłodzenie (P=200at) 5-6 izobaryczne chłodzenie (P=200at) 6-7 dławienie izentalpowe 7-8 skraplanie izotermiczne 8-9 izobaryczne ogrzewanie 9-10 izobaryczne ogrzewanie 7-11 izotermiczne skraplanie 2.1. Bilans cieplny skraplarki Gersza Aby określić bilans cieplny skraplarki Gersza należy zanalizować zyski i straty występujące w układzie. Wśród zysków wyróżnić można: 1. entalpia gazu w pkt. 1 - H 1 2. moc generowana przez pierwszą sprężarkę - P Sp1 3. moc generowana przez drugą sprężarkę - P Sp2 4. strumień ciepła pobranego od otoczenia - Q zew Do strat zaliczane są: 4. straty entalpii gazu wprowadzonego do skraplacza - H x 5. straty entalpii gazu, który uległ skropleniu - H c 6. moc generowana przez turbinę - P T Na tej podstawie bilans cieplny skraplarki Gersza przedstawia się następująco: H P P Q H H P 1 Sp1 Sp2 zew x c T

7 3. Literatura Wesołowski A.: Urządzenia chłodnicze i kriogeniczne oraz ich pomiary cieplne. Wyd. Naukowo Techniczne, Warszawa 1980