Учебная установка для проведения лабораторных работ по технической термодинамике

 

Изобретение относится к учебно-лабораторному оборудованию и может быть использовано в курсе технической термодинамики при проведении лабораторной работы по обратным циклам и процессам, происходящим во влажном воздухе. Изобретение направлено на упрощение конструкции установки, повышение ее надежности и удобств в эксплуатации. Учебная установка состоит из циркуляционного контура 1, содержащего компрессор 2, конденсатор 3, дроссельное устройство 4 и испаритель 5. Элементы контура 1, соединенные последовательно, - испаритель 5, дроссельное устройство 4 и конденсатор 3 - объединены общим кожухом, имеющим u-образную форму, на входе в нисходящий канал 6 которого расположен испаритель 5, а на входе в восходящий канал 7 - конденсатор 3. Установка снабжена измерительными приборами. 1 ил.

Изобретение относится к учебно-лабораторному оборудованию и может быть использовано в курсе технической термодинамики при изучении обратных циклов и процессов, происходящих во влажном воздухе.

Известен учебный стенд "Холодильный цикл", включающий циркуляционный контур, в котором установлены конденсатор, дроссельное устройство, испаритель, компрессор и измерительные приборы.

Данное техническое решение имеет следующие признаки, совпадающие с существенными признаками предлагаемого изобретения: циркуляционный контур, включающий конденсатор, дроссельное устройство, испаритель, компрессор, и измерительные приборы.

Причиной, препятствующей получению требуемого технического результата, является расположение испарителя и конденсатора изолированно друг от друга в разных корпусах и отсутствие однонаправленного потока воздуха через них.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является учебная установка для проведения лабораторных работ по технической термодинамике, содержащая циркуляционный контур, имеющий конденсатор, дроссельное устройство, испаритель, компрессор и измерительные приборы, и общий кожух, в котором последовательно установлены испаритель, дроссельное устройство и конденсатор, при этом в кожухе перед испарителем закреплен источник потока воздуха.

Данное техническое решение содержит следующие существенные признаки, сходные с существенными признаками предлагаемого изобретения: циркуляционный контур, содержащий компрессор, испаритель, дроссельное устройство, конденсатор и измерительные приборы. Элементы общего кожуха испаритель, дроссельное устройство и конденсатор объединены общим кожухом.

В данном техническом решении для создания однонаправленного потока воздуха через кожух предусмотрен источник потока воздуха вентилятор. Его использование влечет неудобство в эксплуатации установки, а именно: создает повышенный шум, требует постоянной регулировки расхода воздуха, ведет к дополнительному расходу электроэнергии. Кроме того, этот узел наименее надежен в установке.

Предлагаемое изобретение направлено на упрощение конструкции установки, повышение ее надежности и удобств при эксплуатации. Так, благодаря форме кожуха и определенному расположению в нем элементов циркуляционного контура, получен следующий технический результат: упростилась конструкция учебной установки (исключен вентилятор), повысилась ее надежность и удобство в эксплуатации (ликвидирован шум, отпала необходимость в регулировке вентилятора, сократился расход электроэнергии). Указанный технический результат достигается благодаря следующим существенным признакам предлагаемого изобретения.

Признаки предлагаемого изобретения, сходные с прототипом: циркуляционный контур, имеющий компрессор, испаритель, дроссельное устройство, конденсатор и измерительные приборы. Элементы циркуляционного контура испаритель, дроссельное устройство, конденсатор расположены в общем кожухе.

Признаки предлагаемого изобретения, отличительные от прототипа, общий кожух выполнен U-образным, при этом испаритель расположен на входе в нисходящий канал, а конденсатор на входе в восходящий канал.

Все эти признаки являются существенными, так как они находятся в причинно-следственной связи с достигаемым техническим результатом, т.е. они влияют на упрощение конструкции установки, увеличение ее надежности и удобств при эксплуатации. Так, выполнение кожуха U-образным с размещением в разных коленах и на разной высоте испарителя и конденсатора способствует появлению термогравитационных сил, которые и создают однонаправленный поток воздуха. Отпадает необходимость в источнике потока воздуха вентиляторе, что упрощает конструкцию установки, делает ее более надежной и удобной в эксплуатации.

На чертеже изображена схема предлагаемой учебной установки.

Учебная установка для проведения лабораторных работ по технической термодинамике состоит из циркуляционного контура 1, содержащего компрессор 2, конденсатор 3 дроссельное устройство 4 испаритель 5. Элементы циркуляционного контура 10 соединенные последовательно испаритель 5, дроссельное устройство 4 и конденсатор 3 объединены общим кожухом, имеющим U-образную форму, на входе в нисходящий канал 6 которого расположен испаритель 5, а на входе в восходящий канал 7 конденсатор 3. На выходе нисходящего канала 6 расположен влагосборник 8. На выходе восходящего канала 7 установлена заслонка 9. В установке имеются следующие измерительные приборы: пси-хрометры 10, 11, 12, термопары 13, 14, 15, 16, матонометры 17, 18.

Учебная установка для проведения лабораторных работ по технической термодинамике работает следующим образом.

Включают в работу компрессор 2. При этом хладоноситель начинает циркулировать по контуру 1 в направлении: "конденсатор 3 дроссельное устройство 4 испаритель 5 компрессор 2". При работе компрессора 2 температура поверхности испарителя 5 устанавливается ниже температуры окружающего воздуха, а температура поверхности конденсатора 3 выше ее. Воздух, соприкасаясь с поверхностью испарителя 5, имеющего пониженную температуру, охлаждается, становится более плотным и опускается внутри нисходящего канала 6. Напротив, воздух, соприкасаясь с поверхностью конденсатора 3, имеющего повышенную температуру, нагреваясь, становится менее плотным и поднимается внутри восходящего канала 7. Таким образом, благодаря выполнению кожуха U-образным и расположению испарителя 5 и конденсатора 3 в разных коленах создается за счет термогравитации свободно-конвективное движение газа.

Расположение испарителя 5 на входе в нисходящий канал 6, а конденсатора 3 на входе в восходящий канал 7 обеспечивает наиболее интенсивный процесс свободно-конвективного движения в кожухе. Наличие заслонки 9 на восходящем канале 7 ускоряет выход установки на рабочий режим. При запуске установки заслонка 9 перекрывает канал (положение "закрыто"). В таком положении заслонки 9 движение воздуха в кожухе затруднено, поэтому коэффициенты теплоотдачи α между теплообменными поверхностями конденсатора 3 и испарителя 5 и воздуха в кожухе невелики. И, как следствие, идет более быстро процесс понижения температуры испарителя 5 и нагрева конденсатора 3. После достижения установившегося режима заслонка 9 переводится в положение "открыто".

Воздух, протекая по каналу, образованному кожухом, в области расположения испарителя 5, охлаждается и, достигая точки росы, при дальнейшем охлаждении осушается вследствие выпадения влаги, которая собирается в влагосборник 8. Осушенный и охлажденный воздух направляется в зону конденсатора 3, где он нагревается, из-за чего его относительная влажность понижается.

При изучении обратных циклов фиксируют динамику изменения параметров хладоносителя в циркуляционном контуре. Так термопарой 13 замеряется температура хладоносителя на входе в испаритель 5, а термопарой 14 на выходе из него. Давление в испарителе 5 контролируется манометром 17. В конденсаторе 3 параметры хладоносителя фиксируются термопарой 15 на входе, термопарой 16 на выходе, давление в конденсаторе 3 измеряется манометром 18. По замеренным параметрам хладоносителя графически строится термодинамический цикл холодильной установки в соответствующих координатах.

При изучении процессов, происходящих во влажном воздухе, фиксируют изменение состояния воздуха по тракту. Так на входе в испаритель 5 психрометром 8 измеряется температура и влажность воздуха. Параметры осушенного и охлажденного воздуха фиксируются психрометром 11, расположенным на выходе испарителя 5. Нагретый воздух после конденсатора 3, имеющий низкую относительную влажность, контролируется психрометром 12. По замеренным параметрам в трех состояниях строятся в I-d диаграмме процессы охлаждения, осушки и нагрева осушенного воздуха.

Формула изобретения

УЧЕБНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ ПО ТЕХНИЧЕСКОЙ ТЕРМОДИНАМИКЕ, содержащая циркуляционный контур, имеющий компрессор и элементы контура, объединенные общим кожухом, испаритель, дроссельное устройство, конденсатор и измерительные приборы, отличающаяся тем, что общий кожух выполнен U-образным, при этом испаритель расположен на входе в нисходящий канал, а конденсатор на входе в восходящий канал.

РИСУНКИ

Рисунок 1