Устройство и принцип действия поршневого детандера.

Поршневой детандер – тепловая машина объемного действия, в которой периодически происходит расширение хладагента в цилиндре при перемещении поршня. Энергия сжатого газа превращается в механическую работу, а энтальпия хладагента снижается.

Поршневой детандер состоит из картера с размещенным в нем механизмом движения, цилиндра и поршня, а также органов газораспределения, управляющих рабочим процессом. Действие машины сводится к наполнению цилиндра, расширению с совершением работы, выталкиванию и сжатию оставшегося хладагента. Совокупность этих процессов, последовательно повторяющихся при каждом обороте вала, можно назвать циклом поршневого детандера (ПД).

Рассмотрим отдельные процессы цикла ПД. Когда поршень приближается к мертвой точке, происходит открытие впускного клапана в точке 6 (рис. 3.1), при этом газ высокого давления р_вх заполняет мертвое пространство, и давления в цилиндре и трубопроводе выравниваются (процесс 6–1). Клапан впуска остается открытым на части хода поршня, и происходит наполнение цилиндра (процесс 1–2). В точке 2 закрывается впускной клапан и вследствие увеличения объема газа, заключенного в цилиндре, при движении поршня уменьшаются плотность, давлений и температура хладагента. В точке 3 происходит открытие выпускного клапана, давления в цилиндре и выпускном трубопроводе выравниваются. Процесс 3–4 называем процессом выхлопа. Выпускной клапан остается открытым на части обратного хода поршня, и происходит выталкивание (процесс 4–5). В точке 5 закрывается выпускной клапан, и оставшийся в цилиндре хладагент (газ) сжимается до давления в точке 6.

Цикл ПД состоит из последовательности термодинамических процессов, протекающих с постоянной или переменной массой.

Управляют циклом поршневого детандера органы газораспределения, которые включают клапаны, открывающиеся при определенном положении поршня, и механизм управления клапанами. Роль механизма газораспределения поршневого детандера состоит в обеспечении оптимального режима и возможности регулирования расхода хладагента.

В процессе работы ПД происходит выделение механической энергии, которую необходимо отводить. Наиболее распространен отвод энергии через электрогенератор в сеть, но также встречаются машины, в которых работа расходуется на сжатие хладагента (детандер-компрессоры), на перекачку жидкости. В последнее время для отвода энергии в детандерах используются электромагнитные тормоза.