Расширитель для отопления закрытого типа: устройство, функции + правила выбора и монтажа в систему

Содержание

Расширительные бачки для системы отопления закрытого типа

Автор Монтажник На чтение 10 мин. Просмотров 56 Обновлено

В подавляющем числе индивидуальных домов собственникам приходится самостоятельно решать проблемы выбора вида и монтажа автономной отопительной системы. Большинство хозяев отдают предпочтение варианту с принудительной циркуляцией теплоносящей жидкости, в котором нашли применение специальные расширительные бачки для системы отопления закрытого типа.

Перед выбором расширительного (накопительного, мембранного) гидробака полезно изучить его принцип действия, правила подбора объема и настройки. Также важно исполнять рекомендации специалистов по монтажу расширительного резервуара, установить его правильно и в нужном месте отопительного контура.

Расширительные бачки для системы отопления закрытого типа - примеры применения и расположения.Расширительные бачки для системы отопления закрытого типа - примеры применения и расположения.

Рис. 1 Примеры применения расширительных бачков

Разновидности бытовых отопительных систем с жидким теплоносителем

Существует множество различных вариантов отопления индивидуальных домов. Помещения можно обогревать электрическими конвекторами, тепловыми насосами, нагревательными электрокабелями, плитами, пленками, получать тепловую энергию при помощи солнечных батарей.

Однако в повседневной реальности в силу ряда причин большинство потребителей используют водонагревательные котлы, теплоноситель от которых направляют в контуры теплых полов или на радиаторные теплообменники. При этом различают следующие два основных вида гидравлических отопительных систем.

Схема гравитационной системы.Схема гравитационной системы.

Рис. 2 Схема гравитационной системы

Самотечная

В самотечных (гравитационных) системах, как следует из названия, циркуляция отопительной жидкости по контуру происходит естественным путем.

Связано это с простым физическим законом, согласно которому нагретая вода имеет более низкую плотность, чем холодная. В итоге, после подогрева в котле, она выталкивается холодными водными массами и поднимается вверх.

Нагретый тепловой носитель заполняет расширительный бачок и растекается вниз по контуру с теплообменными радиаторами. Самотечная система имеет следующие особенности:

  • Накопительный бак для поддержки напора делают с открытой крышкой. В итоге наблюдается постоянное испарение жидкости и ее приходится регулярно пополнять, что создает значительные эксплуатационные неудобства.
  • В открытой системе отопления нельзя использовать недорогую ядовитую незамерзающую жидкость этиленгликоль. В качестве незамерзайки придется применять пропиленгликоль, стоимость которого в два раза выше, или обходиться обычной дистиллированной водой.
  • Рабочий напор в самотечных системах редко превышает показатель в 1 бар и требует для его получения поднятого на высоту в 10 м от котла гидробака. Этого явно недостаточно для длинных отопительных контуров с радиаторными теплообменниками и тем более теплых полов. В итоге в самотечную систему отопления часто устанавливают дополнительный циркуляционный электронасос.
  • Скорость движения теплоносителя в гравитационных контурах невелика, поэтому для обеспечения хорошей теплопередачи требуется использование трубопроводов больших диаметров в 32 или 40 мм.

Бачки гравитационных систем.Бачки гравитационных систем.

Рис. 3 Бачки гравитационных систем

Статья по теме:

Отопление в частном доме из полипропиленовых труб своими рукамиОтопление в частном доме из полипропиленовых труб своими рукамиОтопление в частном доме из полипропиленовых труб – нюансы, расчет. Возможно будет интересно подробнее почитать про организацию системы отопления из полипропиленовых труб в частном доме.

  • Трубопровод в гравитационных системах отходит к теплообменным приборам сверху вдоль стен, что не способствует повышению эстетичного внешнего вида помещений.
  • Если расширительный бак в системе отопления открытого типа находится на чердаке, и он не отапливается, его придется хорошо утеплять для снижения тепловых потерь.
  • Также процесс нагрева воды сопровождается некоторым шумом, что ухудшает комфортность проживания в жилых комнатах.
  • Так как тепловой носитель контактирует с воздухом, он насыщается кислородом. Это приводит к ускоренной коррозии металлических элементов котла, запускает процессы разложения незамерзающих жидкостей.
  • Весомым преимуществом гравитационной системы можно считать возможность ее работы при отсутствии электроэнергии, однако и это утверждение является не совсем корректным, так как большинство нагревательных котлов не могут нормально функционировать при отсутствии электричества.
  • Более важное достоинство заключается в верхнем расположении расширительного бака в открытой системе. Благодаря этому эффективно решается проблема отвода воздуха и можно обойтись без ряда воздухоотводчиков. Это позволяет сэкономить некоторые финансовые средства.

Закрытая схема отопления.Закрытая схема отопления.

Рис. 4 Закрытая схема

Закрытого типа

При рассмотрении открытой системы отопления были приведено довольно много недостатков, которые имеет такая схема подключения. Это привело к широкому использованию другой схемы с закрытым гидробаком и принудительной подачей рабочего тела.

В закрытой системе отопления тепловой носитель не имеет контакта с окружающей средой, что позволило получить следующие ее особенности:

  • Теплоносителем может являться вода или любой вид ядовитых незамерзаек – они не могут покинуть пределы контура.
  • Применение для перемещения теплового носителя циркуляционного насоса позволило регулировать скорость потока и соответственно варьировать время обогрева помещений. Связано это с тем, что практически каждый циркуляционник имеет 3 положения переключения скоростей.
  • Получение любого давления в системе не вызывает каких-либо сложностей. В контур просто нагнетают жидкость с рабочим напором, который контролируют манометром.
  • Закрытый гидробак имеет гибкую и эластичную мембрану, что существенно снижает последствия гидравлических ударов.
  • Нагрев теплоносящей жидкости в контуре не сопровождается повышенными шумами.
  • Так как трубопровод отходит от котла снизу и не поднимается вверх, его можно прокладывать под полом или снизу вдоль стен. Это не портит внешний эстетичный вид помещений в отличие от гравитационных систем.
  • Считается, что система с принудительной циркуляцией не может работать при отсутствии электроэнергии. Однако выходом из положения может быть использование бензиновых генераторов, которые способны длительное время вырабатывать электроток при его отсутствии, потребляемый в основном работающими электронасосами.

Конструкция расширительного бачка для системы отопления закрытого типа.Конструкция расширительного бачка для системы отопления закрытого типа.

Рис. 5 Конструкция и материалы изготовления отопительных гидробаков

Зачем нужен расширительный бак

Не стоит путать бак для системы отопления с гидравлическим аккумулятором, который нашел применение в системах индивидуального водоснабжения, невзирая на то, что они выполняют примерно одинаковые функции. Разница между этими приборами заключается и в их названии: первый вид собирает расширившуюся в объеме рабочую среду, а второй ее аккумулирует (накапливает) в своем резервуаре.

Расширительный бак для систем отопления играет следующую роль:

  • Общеизвестно, что при нагревании вода становится менее плотной, что при сохранении той же массы приводит к ее увеличению в объеме. Если нагреть 100 литров воды с температурой в 20 °С до 90 °C, то ее объем вырастет на 3,5 литра. Именно сбор увеличившейся в объеме жидкости – главное назначение расширительного бака.
  • Как и гидравлический аккумулятор в водопроводной магистрали, расширительный бак препятствует повреждению оборудования, трубопроводов, арматуры от гидроударов.
  • Закрытый расширительный гидробак стабилизирует давление во всем контуре при различных температурных параметрах рабочего тела, препятствует его резким перепадам.

Устройство и функционирование мембранного бачка.Устройство и функционирование мембранного бачка.

Рис. 6 Устройство и функционирование мембранного бачка

Устройство расширительного бака и принцип его работы

Чтобы не вводить покупателя в заблуждение, расширительные баки выпускают красного цвета. Приборы от некоторых производителей и зарубежных поставщиков иногда имеют другие цвета – белый, серый, черный.

Типовой расширительный бак конструктивно выполнен в виде двух запрессованных друг с другом половинок, основной материал изготовления которых – углеродистая сталь, покрытая эпоксиполиэфиром или иными лакокрасочными материалами.

Между ними расположено эластичное полотно (мембрана), выдерживающая температурные нагрузки до 100 °С. Материалом изготовления большинства мембран выступает EPDM (этилен-пропилен-диеновый термополимерный каучук).

Конструкция бака может быть разборной или не разборной в зависимости от производителя. Поэтому у не разборных моделей при повреждении мембраны резервуар придется менять.

В зависимости от емкости, гидробаки имеют конструктивное исполнение для подвешивания на стену или установки в напольное положение на ножки. Их объем может колебаться в довольно широких пределах от нескольких единиц до многих сотен литров.

Спереди типового резервуара находится резьбовой штуцер (обычно размером 3/4 дюйма), посредством которого производят подключение расширительного бака к системе отопления. Сзади емкости расположен ниппель, из которого производится закачка или спуск воздуха.

Также на рынке можно встретить конструкции в виде двух приплюснутых половинок, их подсоединительный штуцер и ниппель размещаются сбоку на одной стороне.

Принцип работы расширительного бака довольно прост. Увеличившаяся в объеме, как результат нагревания, жидкость затекает в бак и давит на мембрану. Она прогибается внутрь и обеспечивает таким образом постоянный напор в системе. Охлаждаясь, теплоноситель уменьшается в объеме и выдавливается мембраной обратно в контур.

Характеристики и размеры расширительных бачков для системы отопления бренда Valtec.Характеристики и размеры расширительных бачков для системы отопления бренда Valtec.

Рис. 7 Расширительные бачки для системы отопления закрытого типа бренда Valtec их характеристики и размеры

Статья по теме:

Давление в системе отопленияДавление в системе отопленияКаким должно быть давление в системе отопления, как поднять или снизить. Чтобы было тепло в доме теплоноситель должен постоянно циркулировать по системе отопления, а если в системе низкое давление, то батареи будут холодными. Почитайте в отдельной статье про давление в системе отопления, и способы его увеличить!

Расширительные бачки для системы отопления закрытого типа – правила выбора

При покупке мембранного расширительного бака руководствуются следующими соображениями.

Главным критерием его выбора служит объем резервуара. Так как нагретая вода расширяется примерно на 3,5%, при заполнении измеряют количество залитой в контур жидкости и из этих данных находят требуемую емкость гидробака.

Следует учитывать и то, что расширительный бачок для увеличения срока службы мембраны не должен заполняться в полном объеме. Также при использовании незамерзаек их тепловое расширение немного выше, чем у обычной дистиллированной воды.

Поэтому общепринято подбирать объем гидробака в 10% от количества теплового носителя.

Не стоит забывать и о том, что некоторые котлы оснащены внутренним небольшим расширительным бачком. В этом случае внешний мембранный бак выбирают чуть меньшей емкости с учетом внутреннего котлового.

Схема правильного монтажа мембранного гидробака.Схема правильного монтажа мембранного гидробака.

Рис. 8 Схема правильного монтажа мембранного гидробака

Как установить расширительный бак в системе отопления

Перед тем, как подключить расширительный бак, необходимо выставить правильное давление воздуха внутри его емкости относительно напора в отопительном контуре.

Для этих целей руководствуются следующим алгоритмом действий:

  • По паспортным данным находят максимум давления отопительной жидкости в котле. К примеру, если оно равно 3 бара, то в системе отопления закрытого типа должен поддерживаться напор приблизительно в 2 раза ниже, то есть 1,5 бара. Соответственно в гидробаке внутреннее давление воздуха на мембрану должно быть на 10 – 15% ниже, то есть необходима его настройка примерно на 1,3 бара.
  • Давление воздуха внутри бака проверяют измерительным прибором, для чего откручивают защитную крышку с заднего ниппеля и приставляют к нему манометр. Если нужно, воздух спускают или подкачивают его ручными автомобильным, велосипедным насосом.

Установка расширительного бака в системе отопления должна осуществляться по следующим правилам:

  • Резервуар располагают в месте, удобном для его демонтажа, техобслуживания и проведения ремонтных работ.
  • Основной вариант, куда крепить бачок – близлежащая стена, вдоль которой проложен трубопровод.
  • Напольные приборы не должны располагаться вплотную к стене.

Правильное месторасположение мембранного бака – непосредственно перед циркуляционным электронасосом и как можно ближе к нему.

  • Сам циркуляционник следует подключать в линию обратки. Таким образом, насос непосредственно всасывает жидкость из накопительного резервуара и проталкивает ее далее по контуру.
    Преимущества такого расположения – одинаковое давление на любых участках отопительного контура, а также более высокий эксплуатационный срок оборудования из-за пониженной температуры рабочей среды. Стоит отметить, что если монтаж расширительного бака системы отопления произведен после циркуляционного электронасоса, напор теплового носителя на разных участках отопительной магистрали может отличаться.
  • Расположение расширительного бачка строго по вертикали резьбовым подсоединительным патрубком вниз наиболее предпочтительно. Это предотвратит собирание в нем жидкости и увеличит эксплуатационный срок, снизит вероятность засорения проходного канала грязью.
  • Для ремонта и обслуживания мембранного бака с возможностью его снятия, прибор в систему отопления подключают через отсечной шаровой вентиль.

Стоимость и разновидности баков.Стоимость и разновидности баков.

Рис. 9 Стоимость и разновидности баков

Расширительные бачки для системы отопления закрытого типа играют важную роль в любой закрытой отопительной системе. На рынке реализуют широкий ряд подобных приборов различных объемов, нужные параметры которых довольно просто рассчитать самостоятельно. При монтаже следует установить давление воздуха внутри расширительного резервуара чуть ниже напора в контуре отопления и соблюдать пару простых правил при расположении прибора на трубопроводе и в пространстве.

Установка расширительного бака 🌡 в системе отопления закрытого типа

Одно из преимуществ автономной системы отопления — это возможность поддерживать комфортную температуру в доме, вне зависимости от сроков начала и завершения отопительного сезона, и экономить на оплате счетов за коммунальные услуги. Схематично она состоит из нагревательного котла и контура, по которому циркулирует горячий теплоноситель. В качестве теплоносителя обычно используется вода. Важную роль в отопительном оборудовании играет система оборота горячей воды, которая состоит из нескольких частей. Правильность ее работы во многом зависит от такого элемента конструкции, как расширительный бачок.

Отопление с расширительным бакомОтопление с расширительным баком Пример обустройства отопления с расширительным баком

Сравним системы отопления закрытого и открытого типа

Функционирование открытой системы отопления основано на законах термодинамики, за счет которых осуществляется движение теплоносителя. Из области высокого давления и соответствующей температуры на выходе котла вода перемещается по трубам в область более низкого давления, и ее температура при этом понижается. Охлажденный теплоноситель направляется обратно в котел, и процесс повторяется. Таким образом, происходит естественная циркуляция жидкости, согласно законам физики.

Так как при нагревании воды происходит увеличение ее объема, в конструкции открытой системы отопления предусмотрен расширительный бачок. Для эффективного движения теплоносителя открытого типа расширительный бачок устанавливают в самой высокой точке системы, а нагревательный котел – в самой низкой. Монтаж на чердаке расширительного бака представляется оптимальным вариантом. Устройство его не отличается сложностью.

Отопление открытого типаОтопление открытого типа Схема отопления открытого типа

С течением времени происходит испарение воды, поэтому ее уровень необходимо своевременно восполнять. При перерывах в использования отопления и при отрицательных температурах окружающей среды воду нужно сливать, иначе она замерзнет в трубах и разорвет их. Открытая система отопления имеет следующие преимущества:

  • независимость от источников электрической энергии;
  • отсутствие шума;
  • простоту обслуживания;
  • быстрый запуск и остановку.

В закрытой системе отопления испарения воды не происходит, так как она герметична. Движение теплоносителя осуществляется с помощью нагнетательного или циркуляционного насоса, с которым можно ознакомиться в статье «Какой циркуляционный насос выбрать для системы водяного отопления частного дома, технические характеристики». При этом для эффективной работы также необходим расширительный бак, изготовленный из прочного металла. Закрытая система отопления состоит из нагревательного котла, циркуляционного насоса, трубопроводной сети, радиаторов и расширительного бака. Замкнутая система отопления имеет следующие преимущества:

  • отсутствие необходимости постоянного контроля уровня теплоносителя;
  • возможность использования антифриза;
  • регулировка внутреннего давления;
  • возможность подключения дополнительных приборов.

Отопление закрытого типаОтопление закрытого типа Система отопления закрытого типа

При грамотном монтаже отопительного оборудования оба варианта будут работать отлично. Выбор между ними определяется условиями эксплуатации и особенностями размещения. Между двумя системами имеются следующие различия:

  • В открытой системе отопления расширительный бачок располагается в наивысшей точке. В закрытой отопительной системе он может располагаться практически в любом месте.
  • Вероятность образования воздушных пробок в закрытой системе отопления значительно ниже. Это обуславливается повышенным внутренним давлением и отсутствием прямого контакта с атмосферой.
  • Для функционирования открытой системы отопления необходимы трубы большого диаметра. Монтажные работы осложняются необходимостью учитывать правила гидравлики при распределении потоков, выполнении поворотов, уклонов и так далее.
  • Используемые в закрытой системе отопления трубы небольшого диаметра удешевляют ее стоимость. Здесь важно грамотно установить циркуляционный насос, чтобы при его работе создавалось как можно меньше шума.

Устройство и функции расширительного бака в отопительном контуре

Функцией расширительного бака в открытом отопительном контуре является прием излишков воды при ее расширении, вследствие нагревания, и возврат в систему при понижении температуры. Емкость не является герметичной, и теплоноситель напрямую контактирует с окружающей средой, поэтому в открытой системе отопления происходит испарение воды. Устройство отличается несложностью конструкции, при необходимости его можно сделать своими руками.

Бак открытого типаБак открытого типа Расширительный бак открытого типа

К недостаткам открытой системы можно отнести необходимость постоянного контроля уровня воды, так как она испаряется, опасность замерзания жидкости в расширительном бачке, невозможность использования антифриза в качестве теплоносителя. Кроме того, попадающий в систему воздух вызывает образование воздушных пробок, коррозию внутренних частей и их кавитацию.

В закрытом отопительном контуре расширительный бак изготавливается из металла повышенной прочности. Устройство состоит из двух половинок, герметично завальцованных друг к другу. В конструкции предусмотрен приемный клапан и внутренняя мембрана. При повышении температуры теплоносителя клапан открывается, и в расширительный бачок поступают излишки увеличившегося объема жидкости.

Диафрагма, изготовленная из жаростойкой высокопрочной резины, разделяет его на две части. В верхнюю часть герметичной емкости закачивается газ, в нижнюю часть поступает горячий теплоноситель, сжимающий мембрану и расположенную за ней газовую среду. При остывании рабочей жидкости, вследствие расширения газовой среды, диафрагма выдавливает ее обратно в отопительный контур.

Бак открытого типаБак открытого типа

Устанавливать мембранный бак можно горизонтально или вертикально в любом положении.

Бак закрытого типаБак закрытого типа Устройство расширительного бака закрытого типа

Работоспособность расширительного бака закрытого типа не зависит от его ориентации в пространстве, чего нельзя сказать о сроке службы. Для продления эксплуатационного периода мембранного бака его лучше располагать таким образом, чтобы воздушная камера оказалась сверху. С течение времени в диафрагме появляются трещины, и пока их размер и количество не достигнет критического уровня, система будет исправно работать при вертикальном размещении емкости. При горизонтальном положении (в случае появления трещин в диафрагме) воздух со своей половины будет быстро проникать в теплоноситель и наоборот, в связи с чем потребуется срочная замена бака.

К чему приводит недостаточный объем встроенного бака котла

Недостаточный объем встроенного бака котла может привести к сбоям в работе системы отопления. При нагревании жидкость расширяется, и ее излишки поступают в расширительный бачок. Если его объем недостаточен, происходит переполнение емкости, и клапан аварийного сброса давления стравливает теплоноситель в дренаж. Остатки остывшего теплоносителя возвращаются в отопительный контур.

Давление в системеДавление в системе Давление в системе при недостаточном объеме расширительного бака

В результате уменьшения его количества происходит снижение внутреннего давления в системе. Если оно уменьшается на небольшую величину, котел будет функционировать, при значительном снижении давления работа отопительного оборудования будет блокирована.

Бак открытого типаБак открытого типа

Если своевременно не восполнить уровень теплоносителя до нормального, система может разморозиться, поэтому не следует допускать возникновения подобных аварийных ситуаций.

Расчет необходимого объема мембранного бака

Необходимый объем мембранного бака рассчитывается по несложной формуле. Его величина составляет десять процентов от общего количества теплоносителя, циркулирующего по системе, в том случае, если в этом качестве выступает вода. Общий объем теплоносителя можно определить по показаниям водяного счетчика при заполнении системы отопления.

Более точную цифру получаем суммированием объема всех труб, емкости котла и батарей. Считается, что на один киловатт мощности котельного оборудования требуется пятнадцать литров теплоносителя, то есть общий объем жидкости определяется умножением паспортной мощности котла на пятнадцать. Это значение будет лежать в пределах допустимой погрешности.

Иллюстрация изменения объема в баке при колебаниях давления в системе

Например, если для работы обогревательного оборудования необходимо триста литров воды, то объем мембранного бака должен составлять тридцать литров. Этот параметр увеличивается на пятьдесят процентов при использовании в качестве теплоносителя незамерзающей жидкости, то есть в данном случае величина необходимого объема будет составлять сорок пять литров. Кроме того, надо учитывать возможность утечек и увеличить расчетное значение еще приблизительно на три процента. При правильном определении величины мембранного бака клапан аварийного сброса давления не срабатывает.

Устанавливаем оптимальное давление в бачке

Перед тем, как подключить расширительный бачок и заполнить его теплоносителем, в его воздушной камере необходимо установить оптимальное давление, соответствующее данному параметру в отопительной сети. Для выполнения этой процедуры с воздушного отсека снимается пластмассовая крышка, под которой находится ниппель, такой же, как в автомобильных покрышках. Измеренное манометром давление подгоняется под нужное значение подкачкой при помощи насоса или стравливанием при нажатии на шток ниппеля.

Группа защитыГруппа защиты Группа защиты контролирует давление в системе

Оптимальное давление в бачке получается корректировкой в меньшую сторону внутреннего давления в закрытой системе отопления. Делается это для того, чтобы резиновая диафрагма была поджата со стороны теплоносителя. В противном случае, при его остывании произойдет затягивание воздуха сквозь автоматические отводчики, чего допускать ни в коем случае нельзя. Например, если внутреннее давление в сети составляет 1,2 атмосферы, то его оптимальная величина в расширительном бачке составит одну атмосферу. После установки этого значения можно открывать кран и заполнять систему теплоносителем.

Бак открытого типаБак открытого типа

С периодичностью в шесть месяцев в компенсационной емкости закрытого типа нужно проверять давление и производить визуальный осмотр на наличие механических повреждений.

При резком изменении внутреннего давления и температуры в отопительной сети существует риск повреждения мембраны, и в таком случае потребуется ее замена. Для этого необходимо выполнить следующие манипуляции:

  • расширительный бак отсоединить от магистрали;
  • стравить в нем давление, нажав на шток золотника;
  • снять поврежденную мембрану, слить излишки воды и установить новую;
  • установив оптимальное давление, прикрепить емкость на место.

Выбираем место установки расширительной емкости

Монтаж расширительного бака зависит от типа системы отопления и назначения самого резервуара. Компенсационную емкость закрытого типа лучше устанавливать на возвратной магистрали перед нагревательным котлом и циркуляционным насосом.

Размещение расширительного бакаРазмещение расширительного бака Варианты размещения и монтажа расширительного бака

При ее расположении на подающей магистрали срок службы мембраны уменьшится вследствие постоянного воздействия более высокой температуры теплоносителя. Кроме того, в этом случае при возникновении аварийной ситуации в расширительную емкость может проникнуть пар, в результате чего диафрагма перестанет компенсировать давление теплоносителя, так как смесь воздуха и пара является сжимаемой средой.

Подключение расширительного бачка осуществляется через отсекающий шаровой кран. Это делается для того, чтобы при необходимости можно было быстро заменить компенсационную емкость, не дожидаясь, пока произойдет остывание теплоносителя. Установка второго крана дает возможность предварительно слить горячую воду из бака.

Как правильно установить своими руками закрытый расширительный бак

Схема подключения не отличается особенной сложностью. Правильно монтировать закрытый расширительный бак своими руками можно, соблюдая следующую схему подключения. Предварительно нагревательный котел обесточивается, перекрывается подача теплоносителя, вода из радиаторов сливается.

Если для монтажа применяются полипропиленовые трубы, потребуется специальный паяльник для их монтажа. Понадобятся также муфты и уголки. Из фитингов лучше использовать «американку», так как она дает возможность без затруднений снимать емкость для проведения профилактических работ и ремонта. Ниже приводится последовательная схема действий по монтажу расширительного бака.

Бак11Бак11

  1. На резьбовую часть штуцера бака наматывается уплотнительная нить.
  2. На штуцер заворачивается переходник для установки крана.
  3. На резьбовую часть переходника наматывается уплотнительная нить.
  4. На переходник устанавливается запорный кран.
  5. На резьбовую часть «американки» наматывается уплотнительная нить. «Американка» заворачивается в кран с помощью пассатижей и разводного ключа.
  6. На резьбовую часть уголка наматывается уплотнительная нить. Уголок заворачивается в «американку».
  7. На корпус бака надевается хомут для крепления бака, который входит в комплект поставки.
  8. На противоположной стороне бака находится ниппель для закачки воздуха, на который накручена пластиковая крышка.

Бак12Бак12

После размещения расширительного бачка в выбранном месте проверяется качество всех соединений, и в систему осуществляется подача теплоносителя. После того, как внутреннее давление в батареях достигнет расчетных значений, из них стравливаются воздушные пробки, и отопительная система запускается на полную мощность. Компенсационная емкость устанавливается так, чтобы ее удобно было обслуживать, то есть между ней и стеной оставляется свободное пространство.

Уплотнять все соединения нужно герметиками, стойкими к воздействию высоких температур, иначе неизбежно возникновение протечек. Мембранный расширительный бак в закрытой системе отопления устанавливается со стороны подачи холодной воды. При выполнении всех манипуляций необходимо соблюдать требования техники безопасности.

Бак12Бак12

Уважаемый читатель! Ваши замечания, предложения или отзыв послужат наградой автору материала. Спасибо за внимание!

Следующий видеоролик тщательно подобран и поможет разрешить оставшиеся вопросы.

Поделитесь с друьями!

Расширительный бак закрытого типа. Секреты устройства

 

расширительный бак закрытого типа

Расширительный бак для отопления закрытого типа  на сегодня общепризнанно считается самым удачным вариантом отопительной системы для частного дома. Её преимущества очевидны при сравнении с аналогичной системой открытого типа, значительным недостатком которой является непосредственность контакта с атмосферой, в результате чего в теплоносителе присутствует воздух в виде пузырьков, с течением времени вызывающих коррозию металлических элементов отопительной системы и «шумность» самого теплоносителя. Правильный выбор – а именно, приобретение и установка закрытой конструкции — предотвратит возникновение этих проблем.

Особенность расширительного бака закрытого типа

Согласно напрашивающемуся на основе выше изложенной информации выводу, система закрытого типа с расширительным баком по своей структуре является полностью изолированной от окружающей среды и её негативного воздействия и может быть изготовлена своими руками.

Состав системы представлен баком и несколькими клапанами различного целевого назначения. В конструкции присутствуют также радиаторы, вентиль, насос и фильтр, манометр.

расширительный бак для отопления закрытого типа

Эффективность циркуляции теплоносителя существенно повышается при применении насоса, что, однако, выглядит не так идеалистически, как может показаться на первый взгляд: прерывание подачи электроэнергии (или же изначальное её отсутствие) делают невозможным полноценное функционирование отопления с расширительным баком для отопления закрытого типа. Прибегнув к использованию «помпы», можно полностью компенсировать недостатки – жилое помещение может быть оснащено дополнительными обогревательными системами, например, тёплым полом.

Область размещения насоса, ответственного за циркуляционный процесс, — обратная труба, называемая также «обраткой», где осуществляется также монтаж расширительного бака. В итоге это даёт плюс в возможности некритичного отношения к диаметру применяемых в процессе монтажных работ труб и к уклону, являющемуся непременным для открытой системы.

Достоинства расширительного бака для отопления закрытого типа

К несомненным достоинствам стоит причислить небольшой расход времени, требующегося на установочные работы, и значительную экономию используемых материалов. Однако увлекаться и игнорировать определённые нюансы явно не стоит: так, например, соблюдение уклона при отключении электричества обеспечит в той или иной степени функционирование системы, без угрозы размораживания.

Несмотря на то, что самое определение закрытости для отопительной системы означает изолированность от проникновения воздуха, не стоит надеяться на абсолютную её герметичность: воздух может наличествовать в трубах, как следствие того, что совершают доливание теплоносителя, что влечёт за собой его скопление в верхних точках. Устранить излишнее содержимое можно, прибегнув к такому устройству, как кран Маевского. С этой же работой успешно справятся поплавковые отводчики, функционирующие «на автомате». Будучи растворённым в воде, воздух подвергается окончательному удалению посредством воздействия на него сепараторов, которые устанавливаются непосредственно в трубопроводе.

Для данной системы характерна также широта диапазона топлива, пригодного для её функционирования. В качестве такового можно выбрать как газ, так и электричество, а также дизельное или твёрдое топливо.

Большое значение имеет такой показатель котла, как его мощность. Так, для помещения высотой до трёх метров эта величина равна 1кВт на 10 квадратных метров. Данное значение очень является крайне относительным, так как здесь непременно нужно принять во внимание ряд многих других факторов, к которым относятся различные характеристики здания.

Почему нужно использовать расширительный бак?

Целесообразность использования расширительного бака для отопления  закрытого типа заключается в том, что его функционирование позволяет создать баланс, компенсирующий тепловое расширение, то есть увеличение применяемого теплоносителя в объёме, что само по себе чревато повреждениями, наносимыми как котлу, так и трубопроводу.

Основное отличие бака данного типа от обычного – в наличии в нём диафрагмы, произведённой из такого материала, как резина пищевая, в то время, как в баке для отопительной системы используется диафрагма из резины технического типа.

Что касается объёма расширительного бака для отопления закрытого типа, то он составляет от 15% до 20% от объёма всей системы. Давление в баке составляет 1,5 бара

Выбор расширительного бака закрытого типа 

Читайте так же:

Схема и правила установки расширительного бака в системе отопления

При запуске внутридомовой тепловой сети из холодного состояния, вода, циркулирующая по бойлеру котла, начинает нагреваться, при этом подъем температуры сопровождается расширением объема.

Для того чтобы не создавалось чрезмерное давление внутри корпуса, которое может вызвать разрыв труб и котла, «лишнюю воду» сбрасывают.

Для этой цели нужно установить расширительный бак в системе отопления закрытого типа, который будет выполнять роль демпфера давления в магистрали.

СодержаниеПоказать

Устройство и виды расширительного бака

Расширительные баки выпускаются открытого и закрытого типа. Первые имеют доступ к атмосфере, а вторые — нет. Открытые расширители устанавливаются в схемы, работающих по принципу естественной циркуляции. Лишняя вода просто вытекает на улицу либо в канализацию, а подпитку контура после охлаждения, проводят в ручном режиме через подпиточный кран.

Закрытые системы расширительных баков наиболее применимы в системах отопления. Конструктивно они состоят из 2-х камер: водяной и воздушной. Компенсация лишнего давления производится таким способом: избыток теплоносителя наполняет водяной сектор, создавая давление на эластичную мембрану, установленную между камерами. При этом воздух или специальный газовый наполнитель, имеющийся в воздушном секторе, сжимается. В противоположность воде, он может подвергаться сильному сжатию, при этом увеличение давления в сосуде не происходит.

В торговой сети реализуются два типа, которые хорошо интегрируются в группу безопасности для отопления с расширительным баком:

  • С мембраной тарельчатого типа;
  • с грушевидной мембраной.

Принцип действия оборудования для закрытой системы

При нагреве сетевой воды в отопительном замкнутом контуре она расширяется, при этом соответственно растет давление в каждой точке сети, в том числе и в расширительном баке. Из-за этого начинает растягиваться мембрана, при этом сжимая воздух. В том момент, когда температура теплоносителя достигает максимального значения, давление в сети стабилизируется и система начинает функционировать с рабочими параметрами.

После отключения отопительного котла, начинает снижаться температура в сети, и объем воды. Напор на мембрану падает и ранее принятый объем воды выталкивается воздухом в сеть, таким образом, происходит ее подпитка. Необходимо отметить, что результативная работа расширителя в схеме теплоснабжения возможна при профессиональном расчете и настройке.

Установка расширительного бака в закрытой отопительной сети

Монтаж расширительного бака отопления закрытого типа выполняют так, чтобы ниппель воздушной камеры устройства смотрел вниз. Крепление бака-расширителя в закрытых отопительных системах с настенным двухконтурным котлом выполняется с использованием специальных фитингов – «американки». Перед его установкой необходимо установить кран, для проведения ремонта и технического обслуживания.

Перед запуском котлоагрегата проверяют работоспособность бачка, для чего закрывают вход рабочего агента в него. Затем открывают систему, пока давление на манометре не достигнет единицы. После чего открывают вентиль на резервуар, и контролируют показание давления по манометру. Если бак-расширитель функционирует исправно, давление поднимется на 0.2 атм, поскольку из него в систему поступит дополнительная жидкость. Расширительный сосуд закрепляется к стенке. Для того чтобы подключать его, к корпусу прикреплены специальные монтажные планки, с отверстиями для крепежа, положение корпуса устанавливают по уровню.

Расчет объема бака

Наиболее доступный метод расчета бачка в системе теплоснабжения:

Умножают на 0.08 объем теплоносителя в системе. Его определяют путем умножения 15 литров на 1 кВт тепловой нагрузки. Для системы 15 кВт, для жилого домовладения 150 м2 потребуется расширительный бак емкостью:

15 кВт Х 15 л Х 0.08 = 18 литров.

Можно также установить минимальный объем по формулам:

Объем расчетного сосуда V = (Vсум x Eрас)/Dм, где:

  • Vсум — общий объём сети.
  • Ерас — коэффициент, учитывающий тепловое расширения среды
  • Dм — эффективность бака-расширителя.

Например, для объекта с 300 м2, высотой системы отопления 5 м и тепловой мощностью 44 кВт, объем гидроаккумулирующей емкости составит:

  • Vос = 30 x 15 = 450 л.
  • P м = 2.5 бар
  • P о = 0.5 бар

D = (2.5 — 0.5)/(2.5 + 1) = 0.57

Vрб = 450 x 0.04/0.57 = 31.57 литров

Также можно выполнить расчет с помощью применения онлайн калькуляторов:

например для жилого дома — 150 м2, начальным давлением в сети — 1.5 бар, максимальным давлением — 3.0 бар, программа определяет объем бака — 17 литров.

Подбор модели

После того как будет установлен необходимый минимальный объем расширительного бачка, по каталогам производителей в интернете или магазине сантехнике выбирают нужную модель.

Баки выпускаются стандартных размеров, очень редко, расчетный объем в точности совпадает со стандартным типоразмером. По этой причине, полученный результат округляют в большую сторону.

Например, если нужно выбирать расширитель из модельного ряда «ROZ-NAVI», для примера онлайн калькулятора :

  • 8 л;
  • 12 л;
  • 24 л;
  • 35 л;
  • 50 л.

При расчетном показателе — 18 литров выбирают модификацию ROZ-NAVI 35.


Для больших тепловых объектов, расчетные объемы гидроаккумулятор имеют показатели, когда они не проходят в стандартные двери. В таком случае одну емкость можно заменить на несколько менее объемных, выполнив их соединение последовательно. При этом важно, чтобы их общий объем равняться или был выше расчетного.

Способы подключения

Монтажная схема гидроаккумулирующей емкости зависит от вида отопительной системы: открытая или закрытая и модификация бака. Очень важно правильно установить емкость, чтобы она могла надежно компенсировать удельное расширение теплоносителя. Во внутридомовой системе отопления могут быть установлены не один, а несколько баков.

При установке расширителя в открытой системе в чердачном помещении придерживаются таких правил:

  1. Бак размещают над котлом по прямому стояку подающей магистрали.
  2. Корпус бака требуется тщательно теплоизолировать.
  3. Должен быть выполнен монтажный перелив в канализацию.

Самым универсальным вариантом установки гидроаккумулирующего бака закрытой системе отопления — включение его на подачу, перед всасывающим патрубком центробежного насоса. Такая схема обеспечивает внутридомовую систему теплоснабжения устойчивым режимом работы.

В закрытых системах отопления, использующих незамерзающий антифриз, объем бака увеличивают на 15% от общего объема, поскольку он имеет высокий коэффициент теплового расширения.

Первый запуск

Для того чтобы правильно выполнить подключение расширительного бака нужно тщательно изучить заводскую инструкцию, в которой прописываются предельные параметры работы по давлению и температуре среды, схема и инструкция подключения.

После выполнения монтажных работ до заполнения емкости рабочей средой, в нее через воздушный ниппель насосом накачивают воздух, и контролирую показания по манометру. Иногда фирма-производители реализуют сосуды, уже заполненные воздухом либо аналогичной средой с рабочими параметрами.

Первоначальное давление должно быть на 0.2 бар больше статических показателей в сети, это выполняется, чтобы снизить риск создания вакуумной среды.

После этого открывают подпиточный вентиль и набирают систему вместе с сосудом до начального давления свыше 0.3 бар от первоначального давления в воздушном секторе. В техдокументации котла обозначено самое низкое давление контурной воды, ниже которого агрегат не сможет включиться.

Далее, запускают котел в работу и нагревают теплоноситель до допустимой рабочей температуры. В процессе нагрева удаляют воздух из сети, и контролируют давление. Останавливают электронасос и открывают подпиточный кран и доводят давление в горячей системе до рабочего показателя.

Техника безопасности при установке

Исходя от конструкции гидроаккумулирующего бака и используемых материалов, фирмы устанавливают некоторые ограничение в работе систем теплоснабжения.

Обычно, это касается коррозионной активности жидкой среды в системе. К примеру, ограничивается процент содержание этиленгликоля.

Условия использования таких устройств прописаны в заводских инструкциях, к общим требованиям безопасности относятся:

  1. Эксплуатация бачка при давлениях, выше допустимого размера.
  2. В точке монтажа емкости к системе теплоснабжения, необходимо размещение группы безопасности, срабатывающей при превышении давления в сети.
  3. В автономных системах отопления применяют сборники с предельным давлением не менее 3.0 бар.

Расширительный бак своими руками

Все виды работ, связанные с установкой, подсоединением и наладкой расширительного бачка, не относятся к особо сложным и могут выполняться домашними мастерами самостоятельно.

Тем более, для них этот опыт будет полезным, потому что в процессе эксплуатации расширителя потребуется знать, как в нем корректировать показатель давление. Кроме того расценки на такие работы довольно высокие.

Для того чтобы выполнить гидроаккумулирующую емкость небольшого объекта отопления, подойдет сосуд 10-12 литров, в зависимости от полученного расчетного результата по объему.

Источник фото: youtube.com/watch?v=LaQG2wtFzbk

Можно расширитель выполнить из  листовой стали. Выполняют разметку стального листа, предварительно выполнив карту раскроя из бумаги. Такой метод поможет вырезать детали с меньшими потерями металла. При стыковке листов, в обязательном порядке, учитывают толщину круга шлиф машинки, которая сможет «съесть» пару миллиметров. Все операции выполняют скрупулезно с дальнейшей зачисткой кромок.

Корпус сосуда складывается из 5 или 6 прямоугольников, исходя из необходимости изготовления крышки. При надобности можно верхнюю часть крышки поделить на 2 детали таким образом, приварить одну часть к основанию, а вторую — на завесы.

Вырезанные детали устанавливают под 90 градусов и приваривают. Метод сварки: газосварка хорошо подходит для 2-х мм стали, а 4 мм нужно соединять электросваркой.

В днище корпуса выполняют отверстие для патрубка подающего теплоносителя. В конструкцию емкости устанавливают врезки для подпитки системы и аварийного дренажа, выше максимального допустимого уровня заполнения сборника, с тем, чтобы избежать перелива воды.

После выполнения сварочных работ и обвязки с трубами отопления, емкость утепляют, чтобы вода не замерзла.

Сквозь просвет в крышке вода из сборника испаряется и в систему отопления поступает воздух. Это может привести к перегреву труб и низкой скорости циркуляции в системе отопления.

Для того, чтобы разрешить данную проблему, специалисты советуют залить в бак незначительное количество масла. Жировая пленка защитит теплоноситель от проникновения воздуха.

Таким образом, подводя итог можно подчеркнуть, что расширительный бак в системе отопления частных домов — обязательное защитное устройство, для стабилизации давления в сети во время запуска ее из холодного состояния.

Чтобы обеспечить надежную защиту, потребуется выполнить расчет необходимого объема емкости, и сделать выбор модели по каталогам в интернете или в торговой сети.

 

Экспандеры для органической технологии цикла Ренкина

В целом расширительные машины классифицируются в зависимости от характера их работы. Они широко классифицируются как турбомашины или машины объемного типа. Турбомашины в данном случае относятся к турбинам динамического или скоростного типа. Они преобразуют динамическое давление или импульс высокоскоростной жидкости в механическую энергию при прохождении через серию лопастей. Выходящая жидкость обычно имеет низкое давление, и при прохождении через машины происходит общее падение энтальпии.Турбомашины чаще используются для средних и крупных приложений и хорошо известны своей более высокой эффективностью. При меньшей выходной мощности (<50 кВтэ) часто предпочтительным выбором являются волюметрические машины.

Машины объемного типа также известны как машины прямого вытеснения. Они работают по принципу приложения силы к подвижному механическому компоненту для извлечения энергии. Жидкость под давлением вводится в камеру, и объем камеры увеличивается по мере того, как сжатая жидкость прикладывает чистую силу.Когда камера достигает максимального объема расширения, жидкость под низким давлением выходит из расширителя. Волюметрические машины часто оснащены клапанами для управления потоком жидкости на входе и выходе и синхронизации с расширяющейся камерой. Объемные расширители подходят для меньшей выходной мощности и часто являются производными от компрессоров отопления, вентиляции, кондиционирования и охлаждения (HVAC), модифицированных для работы в обратном направлении. И турбомашины, и объемные детандеры имеют свои преимущества и недостатки, а также несколько типов, доступных для каждой основной категории.

2.1. Турбодетандеры

При работе турбодетандера жидкость под высоким давлением направляется от выхода испарителя к входу турбины, где высокое статическое давление жидкости преобразуется в высокую скорость потока, когда она проходит через сопла. Затем высокоскоростная жидкость передает свой импульс множеству движущихся лопастей, проходя через них. Подвижные лопасти прикреплены к валу, который соединен с генератором для преобразования механической энергии в электрическую.

Турбины, используемые в ORC, обычно отличаются от расширительных машин, используемых для воздуха, пара и других газов, потому что в паровых циклах падение энтальпии намного выше, чем в ORC. Таким образом, в ORC требуется меньше ступеней турбины; в результате получаются более дешевые и легкие турбины. Однако свойства плотного пара в значительной степени отличаются от поведения идеального газа, а скорость звука намного ниже, чем в более легких газах или паре, что влияет на конструкцию сопла [2]. Низкая скорость звука в жидкостях с плотными молекулами часто заставляет турбины работать в околозвуковых и сверхзвуковых режимах.В результате в этих машинах широко распространена система ударных волн с высокой степенью рассеивания, которая усложняет конструкцию и снижает производительность, особенно во время нерасчетных операций [3].

Турбодетандеры делятся на две основные категории: осевые турбины и радиальные турбины, как показано на Рисунке 1 (адаптировано из [4]). Основное различие между этими двумя категориями заключается в том, как рабочая жидкость течет по отношению к валу. В осевых турбинах поток рабочей жидкости параллелен валу, тогда как в радиальных турбинах он радиален валу на входе и преобразуется в осевой на выходе из турбины.

Рисунок 1.

Схема турбин с осевым (слева) и радиальным притоком (справа).

Выбор подходящей турбины (осевой или радиальной) в основном зависит от рабочих условий и соответствующего требуемого падения энтальпии. При низких массовых расходах лопатки осевой турбины становятся очень маленькими, что приводит к значительному падению эффективности из-за трудности поддержания малого зазора между лопатками и корпусом. Поэтому осевые турбины всегда предпочтительны в крупномасштабном применении, где массовый расход высок, а перепад давления невелик.Напротив, радиальные турбины используются в приложениях с низким массовым расходом и высоким коэффициентом давления, таких как турбокомпрессоры и системы ORC. При малых расходах радиальные турбины демонстрируют более эффективную работу из-за их меньшей чувствительности к профилю лопаток, чем осевые. Кроме того, в приложениях ORC используются жидкости с высокой плотностью, что требует более прочной турбины из-за увеличенной нагрузки на лопатки. В таких условиях предпочтительны радиальные турбины, поскольку лопатки жестко прикреплены к ступице.Благодаря уменьшению радиуса от входа к выходу ротора радиальные турбины могут выдерживать одноступенчатую степень расширения 9: 1, в то время как осевые турбины требуют как минимум двух ступеней. Следовательно, радиальные турбины также являются предпочтительными, если принять во внимание размер системы.

Однако в целом осевые турбины обеспечивают лучшую производительность в нестандартных условиях. Кроме того, осевые турбины имеют более высокий КПД, чем радиальные турбины, в крупномасштабных применениях, таких как большие газовые турбины, из-за исключения поворота потока в меридиональной плоскости.Кроме того, диск осевой турбины защищен от высоких температур, поскольку только лопатки подвергаются воздействию тепла. В радиальных турбинах, с другой стороны, и лопатки, и диск подвергаются воздействию тепла, поскольку расширение происходит как на индукторе, так и на эксцентрике рабочего колеса. Тем не менее, стоит упомянуть, что турбины ORC обычно работают при низких температурах, где опасения по поводу высокой температуры значительно меньше по сравнению с другими применениями. Выбор оптимальной конфигурации часто был связан с двумя безразмерными параметрами, то есть удельной скоростью и удельным диаметром, которые основаны на объемном расходе и падении энтальпии.На рисунке 2 (адаптированном из [5], широко известном как диаграмма Балье) представлена ​​карта выбора и предлагается использовать машины с осевым потоком для больших удельных скоростей, которые соответствуют большему расходу. Однако эти диаграммы следует использовать с осторожностью, поскольку они в основном были разработаны для несжимаемого потока. Несмотря на ограничения, они полезны для предоставления исходной информации, которую на более поздних этапах можно перепроверить с помощью высокоточных моделей.

Рис. 2.

Карты выбора турбин на основе характеристик с учетом конкретной скорости и конкретного диаметра.

Радиальные турбины обычно имеют конфигурацию с радиальным притоком, но недавние достижения в разработке турбин также сделали использование турбин с радиальным оттоком доступным в технологии ORC, которая обсуждается отдельно ниже.

2.1.1. Турбины с радиальным притоком

На рисунке 3 представлен меридиональный вид и общая архитектура ступени турбины в турбине с радиальным притоком (RIT), которые иногда также называют радиальными с входящим потоком (IFR 90). Как можно заметить, текучая среда под высоким давлением входит во входное отверстие корпуса (улитки), и начальное направление потока является в основном радиальным, которое преобразуется в тангенциальное направление по окружности на входной ступени ротора, где она также содержит как радиальные, так и тангенциальные компоненты.При прохождении через ротор поток теряет тангенциальную составляющую. Выходящий поток должен иметь минимальный вихревой поток на выходе из ротора. Кроме того, направление потока преобразуется с радиального на входе в осевое на выходе из ротора, где в идеале радиальная составляющая отсутствует. Геометрические параметры, указанные на рисунке 3, получены в процессе проектирования и определены следующим образом: r 1 как радиус спирального входа на входе, r 2 как радиус на входе статора, r 3 как радиус на выходе из статора, r 4 как входной радиус ротора, r 5t как выходной радиус кончика ротора, r 5h как выходной радиус ступицы ротора, b 2 как входной диаметр сопла, b 3 как выходной диаметр сопла, D 4 как ротор диаметр входного наконечника и ξ в качестве зазора.

Рисунок 3.

Меридиональный вид (слева) и архитектура ступени турбины (справа).

Процедура проектирования турбин с радиальным притоком включает, в упрощенной форме, этапы, показанные на рисунке 4, который представляет собой типичный путь. Хотя не существует единой правильной процедуры, разные дизайнеры используют свои собственные, индивидуальные техники.

Рисунок 4.

Гидродинамический процесс проектирования турбины.

В процессе проектирования турбин (не ограничиваясь только радиальными машинами) часто используется концепция среднего потока, которая обеспечивает предварительную или базовую одномерную конструкцию.Эти методы предполагают сосредоточение свойств и параметров и сосредоточены в основном на входе и выходе каскадов. Предполагается, что поток является однородным и однонаправленным, и оценка по центральной линии потока может обеспечить средние характеристики потока жидкости. Результаты модели средней линии связаны с конструкцией лезвия, часто на основе опыта баз данных NACA и статистических моделей. Общий проект преобразован в модель автоматизированного проектирования (САПР), которую можно использовать для трехмерного вычислительного гидродинамического анализа (CFD) на основе расчетов среднего Рейнольдса Навье-Стокса (RANS).Полученный анализ помогает в окончательной настройке гидродинамического дизайна и достижении оптимальных характеристик. Подробное проектирование и методы оптимизации можно найти в [6, 7, 8] для понимания радиальных характеристик турбины. Авторы [4, 8] составили список преимуществ использования радиальных турбин специально для малогабаритных агрегатов по сравнению с осевыми машинами, перечисленными ниже: раздельное изготовление лопастей и ротора.

  • Цельные роторы более прочные, жесткие и обладают повышенной динамической стабильностью, что может помочь снизить общую стоимость.

  • RIT могут предложить лучшие нестандартные характеристики при использовании форсунок с изменяемой геометрией.

  • Уменьшение размеров осевых машин для небольших применений ORC требует, чтобы лопасти были очень маленькими и многочисленными, что увеличивает смачиваемую площадь и потери на трение и эффекты блокировки лопастей.

  • Рабочий зазор, необходимый между концом ротора и корпусом, составляет значительную часть высоты лопасти, что означает более высокие пропорциональные потери на утечку.

  • RIT поддерживают более высокие отношения давлений в одноступенчатом режиме (до 10 обычно для RIT, но для осевого может потребоваться три ступени).

  • 2.1.2. Турбины с радиальным оттоком

    Направление потока в турбине с радиальным оттоком (ROT) противоположно направлению потока в машине с радиальным притоком. Поток поступает в ROT в центре, около оси вращения, в осевом направлении, а затем движется наружу в радиальном направлении, проходя через группы лопаток ротора и статора.На рисунке 5, заимствованном из работ [9], представлена ​​схема турбин с радиальным выходом, также известных как центробежные турбины.

    Рисунок 5.

    Схема турбины с радиальным выходом.

    Низкая скорость звука в органических жидкостях требует сверхзвуковых или, по крайней мере, околозвуковых потоков, которые приводят к потерям из-за образования ударной волны и взаимодействия. Большое объемное расширение органических жидкостей требует больших площадей на выходе из турбин для снижения потерь. ROT могут иметь свойство увеличиваться в площади по мере того, как поток движется в радиальном направлении, что означает, что можно избежать сверхзвуковых потоков и уменьшить потери, чтобы в конечном итоге получить высокоэффективные турбины.

    ROT позволяют использовать кольцевую систему из нескольких статор-ротор в радиальном направлении, сохраняя низкие окружные скорости, что приводит к низким механическим напряжениям, меньшим потерям в подшипниках и простым соединениям генератора и сети. Кроме того, можно адаптировать ступени всасывания с полным впуском. Простота многоступенчатой ​​сборки обеспечивает более жесткие допуски и, таким образом, снижает потери. Детальный дизайн и анализ ROT представлены в [9, 10].

    К недостаткам ROT относятся несколько более низкая эффективность по сравнению с RIT, поскольку большая площадь поверхности контактирует с жидкостью во время потока.Кроме того, для рабочих жидкостей с тяжелыми / крупными молекулами первая ступень часто имеет недостаточную площадь прохода потока из-за присущей квадратному корню пропорциональности радиуса к площади, что ограничивает применение турбины для высокотемпературных применений. ROT больше подходят для небольших приложений по сравнению с приложениями микро- / мини-ORC.

    2.1.3. Осевые турбины

    Осевые турбины характеризуются первичным потоком рабочего тела, который проходит в осевом направлении и параллельно оси вращения.Осевые машины больше подходят для больших расходов, что означает наличие больших удельных скоростей в соответствии с диаграммой Балье (Рисунок 2). В технологии ORC эти машины часто подходят для средних и больших выходных мощностей в одно- или многоступенчатых конфигурациях от одного до пяти. Изэнтропический КПД осевых машин при номинальных режимах работы составляет от 80 до 90% [2]. Осевые машины являются наиболее часто используемыми турбомашинами для выработки энергии, примерно 70% электроэнергии вырабатывается на этих машинах как предпочтительном типе детандеров для больших силовых агрегатов.Одним из ограничений осевых машин является то, что, учитывая степени расширения большой ступени, осевой канал расширяется по размаху, что отрицательно сказывается на производительности. Кроме того, на выходе из статора и в сужающемся-расширяющемся сопловом устройстве могут быть условия с высокой сверхзвуковой скоростью, которые могут не способствовать хорошим характеристикам вне конструкции. Несмотря на свои незначительные ограничения, осевые машины адаптированы для крупномасштабных применений на электростанциях, использующих пар или циклы Брайтона, и они также популярны в приложениях ядерной энергетики наряду с выходной мощностью мегаватт в приложениях ORC.

    Осевые станки адаптируемы, и список заполнен [11], чтобы выделить причины их гибкости.

    1. Давление может достигать 300 бар (сверхкритический цикл) или слишком низкое (несколько сотых бар, последние стадии парового цикла).

    2. Общий перепад давлений может достигать нескольких тысяч или менее 10002 в ветровых турбинах.

    3. Диаметр может быть от нескольких сантиметров до 100 м в ветряных турбинах.

    Конструкция и оценка производительности осевых станков проводится аналогично радиальным станкам, подробности о которых можно найти в работах [11]. Однако простые корреляции прогноза эффективности для газовых и паровых турбин не совсем подходят для приложений ORC.

    2.2. Объемные расширители

    Объемные расширители можно разделить на четыре основные категории: спиральные, винтовые, поршневые и поворотные. В отличие от турбодетандеров, в которых движение жидкости непрерывно, в объемных детандерах оно является циклическим.Неотъемлемой характеристикой расширителей этого типа является фиксированная степень объемного расширения. Они работают, улавливая фиксированный объем жидкости и вытесняя этот объем в выпускной патрубок машины, что приводит к механической работе из-за падения давления. Поэтому их еще называют расширителями вытеснения.

    В отличие от турбин, некоторые объемные детандеры могут иметь клапаны на входе и выходе. Сжатая жидкость подается в камеру, и входные клапаны закрываются, начинается процесс расширения, и в конце расширения выпускной клапан открывается для выпуска жидкости низкого давления.Они могут быть полезны для управления синхронизацией и потоком через расширитель, но влекут за собой значительные потери. Расширители поршневого типа часто имеют клапаны, спиральные машины также могут иметь эти клапаны, но в целом расширители винтового, спирального и лопастного типа работают без клапанов.

    Еще одна особенность объемных расширителей связана с их потребностью в смазке. Поскольку они работают по принципу изменения объемной емкости, должны существовать некоторые части, которые движутся в контакте с другими поверхностями, увеличивая объем для расширения.Контактное движение увеличивает трение, которое увеличивает износ и нагрев поверхностей. Смазочное масло часто циркулирует, особенно в расширителях спирального и винтового типа, которые уменьшают трение, а также помогают герметизировать зазоры и уменьшают потери на утечку. Используемые смазочные масла часто растворяются в рабочей жидкости и могут циркулировать в полном цикле ORC или только в расширителе с помощью механизмов разделения, где масло удаляется и повторно циркулирует в расширителе. Системы отделения масла требуют затрат на дополнительное оборудование и усложняют систему.Полная циркуляция может отрицательно сказаться на характеристиках теплообменника. Чтобы смягчить эти проблемы, предпочтительны рабочие жидкости с хорошими смазочными свойствами. Также были разработаны безмасляные расширители, и их подшипники смазываются консистентной смазкой [12].

    На рисунке 6, адаптированном из [13], показаны потери при недостаточном и чрезмерном расширении. Объемные машины имеют фиксированное объемное соотношение, поэтому термодинамический цикл должен быть рассчитан на оптимальную степень расширения.Возможно, что более высокая степень сжатия теоретически может привести к более высокому КПД, но потери при чрезмерном расширении ограничат общую производительность, поэтому должно существовать близкое соответствие между циклом и степенью расширения машины. В последние годы объемные расширители привлекли большое внимание в небольших системах из-за их хороших нестандартных характеристик.

    Рисунок 6.

    Потери при расширении (слева) и при расширении (справа).

    2.2.1. Расширители прокрутки

    Расширители прокрутки состоят из двух спиралей: вращающейся прокрутки и фиксированной прокрутки, как показано на Рисунке 7, адаптированном из [14].Орбитальная прокрутка перемещается вместе с фиксированной прокруткой в ​​пределах жестких допусков. Рабочая жидкость движется внутрь от центра и движется наружу внутри камеры между вращающейся и движущейся спиралью. Они широко используются, поскольку могут быть производными от спирального компрессора, что снижает стоимость оборудования. Расширитель прокрутки может быть совместимым или ограниченным. В первом случае требуется система смазки для уменьшения трения между контактирующими боковыми стенками. В последнем смазка не требуется из-за наличия механизма связи между вращающимися и неподвижными спиралями.Кроме того, отпадает необходимость в выпускных клапанах, что снижает уровень шума.

    Рисунок 7.

    Работа расширителя спирали.

    Спиральные расширители обычно работают в приложениях с низкой выходной мощностью (<10 кВтэ) из-за их ограниченной скорости. Кроме того, они предпочтительны в небольших приложениях из-за небольшого количества деталей, что снижает уровень шума, повышает надежность и делает их более рентабельными. У расширителей прокрутки объемный коэффициент составляет 1.5 и 5, а максимальная выходная мощность составляет 12 кВт [15]. Более того, спиральные расширители могут иметь высокий КПД до 80% при различных условиях эксплуатации. Кроме того, нестандартная работа спиральных машин была представлена ​​в работах [16], а на рисунке 8, адаптированном из [15], представлен учет потерь спиральной машины при работе с различными степенями давления.

    Рисунок 8.

    Изменение КПД в зависимости от степени давления.

    Результаты показывают, что наивысшая эффективность достигается, когда спиральная машина работает с внутренним перепадом давления 4–7.Более того, можно сделать вывод, что снижение производительности происходит быстрее при недорасширении по сравнению с перерасширением. Это говорит о том, что машина небольшого размера будет лучшим выбором для приложений с различной нагрузкой. Первичный рабочий диапазон спиральных машин составляет от 0,5 до 10 кВтэ. Спиральные машины в основном производятся от холодильных агрегатов и компрессорных агрегатов HVAC. Они могут быть в различных условиях уплотнения, например, в герметичных, полугерметичных конфигурациях и конфигурациях с открытым приводом.Машины герметичного типа содержат электрические машины, заключенные в единый корпус вместе с компрессором / детандером. Рабочие жидкости могут контактировать с электрическими катушками и способствовать охлаждению электрических систем. Машину нельзя открывать для обслуживания. Полугерметичная конфигурация позволяет демонтировать машину для обслуживания, а в системах с открытым приводом генераторы / двигатели полностью отделены от детандера / компрессора. Генератор / двигатель соединен с расширительной машиной с помощью ремня или магнитной муфты, позволяющей ограничить уплотнение только компонентами расширительной машины.Ведутся технологические усовершенствования для увеличения объемного отношения; один из способов увеличить коэффициент встроенного объема — использовать стенки переменной толщины. Однако такой коммерческой единицы пока нет. Обычно рабочие скорости спиральных машин составляют около 3600 об / мин, поэтому генераторы могут быть напрямую подключены к ним.

    2.2.2. Шнековые расширители

    Шнековые расширители состоят из двух спиральных роторов, спроектированных с точным профилем для улавливания необходимого количества рабочей жидкости.На рисунке 9 (адаптированном из [17]) представлена ​​схема двухвинтового расширителя. Синхронизированное движение взаимно зацепляющихся роторов создает профили объема, которые начинаются на одном конце ротора и заканчиваются на другом конце. Рабочая жидкость расширяется в этой сетчатой ​​камере. Шнековые расширители могут применяться в системах мощностью до 1 МВт. Смазка винтовых расширителей требуется из-за прямого контакта между роторами. Однако от смазки можно отказаться, если используется жидкость со спецификацией смазки.Подобно спиральным расширителям, винтовые расширители могут работать с влажными рабочими жидкостями, поскольку они могут принимать большие массовые доли.

    Рисунок 9.

    Схема двухвинтового расширителя.

    Зазор ротора меньше 50 мкм, поэтому потери от утечки сравнительно малы, что снижает потери на трение. Винтовые машины в целом демонстрируют средний уровень шума и высокую стоимость. Объемное соотношение может быть от 2 до 8. Выходная мощность расширителя составляет от 1,5 кВт до 1 МВт. Сообщается, что изэнтропическая эффективность достигает 70% [15].Они могут работать на конфигурациях с более высокими оборотами, чем спиральные машины, и может потребоваться коробка передач, если машина работает выше 5000 об / мин, что не является редкостью для винтовых машин. Как правило, винтовые машины подходят для применения с мощностью от 5 до 50 кВт в приложениях ORC. На рисунке 10 (адаптированном из [18]) представлены карты выбора рабочих жидкостей для работы с винтовой машиной на основе температур испарения и конденсации.

    Рисунок 10.

    Карты выбора для применения с винтовым расширителем.

    2.2.3. Расширители поршня

    Рабочая жидкость входит в расширитель поршня, когда поршень находится около верхней мертвой точки (ВМТ), а затем впускной клапан закрывается. Жидкость расширяется, когда поршень толкается внутренним давлением; энергия передается центральному коленчатому валу через шатун. Выпускной клапан открывается в нижней мертвой точке, и расширенная рабочая жидкость начинает выходить из камеры, когда поршень возвращается в ВМТ, как показано на рисунке 11.

    Рисунок 11.

    График давление-объем поршневого расширителя.

    Поршневые расширители могут иметь один поршень или несколько поршневых цилиндров. Конструкции также не ограничиваются системами поршневой шатун и кривошипно-шатунный механизм. Набирают популярность линейные поршневые расширители, когда один поршень может колебаться в цилиндре и работать в двух объемных камерах на противоположных концах. Помимо вышеупомянутого, осевая конфигурация, вращающиеся поршни и наклонные шайбы являются некоторыми из различных типов поршневых расширителей.

    Известно, что расширители поршней имеют более низкий изоэнтропический КПД по сравнению, например, с соответствующими турбомашинами. Максимальная заявленная эффективность составляет 76%, а средняя — около 50% [15]. Поршневые детандеры характеризуются относительно большими перепадами давления 6–14. Из-за низкой выходной мощности такие типы объемных расширителей предпочтительны в малых и микромасштабных приложениях. В целом заявлена ​​мощность детандера около 2 кВт, а на одном из заводов — 18.6 кВт с паром в качестве рабочего тела [15]. В отличие от объемных расширителей предыдущих категорий, поршневые расширители оснащены впускными и выпускными клапанами для управления процессами всасывания и нагнетания. Однако для последнего процесса вместо клапанов можно использовать выпускные отверстия, что приводит к увеличению объема работы и снижению массового расхода. Поршневые детандеры могут работать в двухфазных условиях рабочего тела. Однако они тяжелые и страдают от шума и вибрации. Однако, как и в некоторых объемных расширителях, в поршневых расширителях требуется смазка, но это влечет за собой сложность реализации, поскольку масло должно смешиваться с рабочей жидкостью, что снижает эффективность цикла.Поршневые расширители в основном страдают от требований к балансировке веса, импульсу крутящего момента, большому весу, точной работе клапана и большому количеству деталей [4], но для них доступна отработанная технология производства.

    2.2.4. Пластинчато-поворотные расширители

    Пластинчато-поворотные расширители опе

    .

    Closed Dual Split Expander — Жидкостные ракетные двигатели (J-2X, RS-25, общие)

    Если вы вернетесь на несколько поколений моей матери в семью, вы найдете знаменитого художника по имени Чарльз Фредерик Кимбалл. Также по материнской линии в семье, в другой ветви, пару поколений спустя был профессиональный коммерческий художник. Со стороны отца моя бабушка была прекрасным художником, писавшим в основном пейзажи долин реки Ирокез и Гудзон в северной части штата Нью-Йорк.И, конечно же, я замужем за чрезвычайно талантливым художником. Можно подумать, что с такими родословными и таким большим размахом у меня самого есть немного художественных способностей. Вы ошибаетесь. Я люблю искусство. Я просто не могу это сделать.

    Самое близкое, что я подхожу к визуальному выражению, — это творения Microsoft PowerPoint. Однако на этой узкой арене, особенно когда дело доходит до инженерных дисциплин, все еще есть чем заняться. В этой статье мы займемся одним из моих любимых псевдохудожественных хобби и поиграем со схемами двигателя с экспандерным циклом.

    Итак, давайте начнем с простого счастливого маленького цикла, называемого циклом замкнутого экспандера. Большая часть того, что вам нужно знать об этом цикле, содержится в названии. Во-первых, он закрыт. Это означает, что все пропелленты, попадающие в двигатель, уходят, проходя через горловину основной камеры сгорания, что обеспечивает максимальную химическую эффективность. Позже мы увидим, что «закрыто» противоположно «открыто». Во-вторых, это расширитель. Это означает, что турбомашина приводится в движение топливом, которое забирает тепловую энергию из контуров охлаждения в основной камере сгорания и сопле.Обычно в двигателях с детандерным циклом используются криогенные пропелленты, так что при нагревании эти пропелленты превращаются из жидкоподобных жидкостей в газоподобные. В турбинах очень эффективно используются газоподобные приводные жидкости. (Обратите внимание, что я все время говорю о «жидкости», а не просто о жидкостях и газах. Это потому, что обычно рекомендуется иметь дело со сверхкритическими жидкостями в охлаждающих трубах или каналах. Фазовые изменения могут быть непредсказуемыми и привести к некоторым странным профилям давления.)

    Выше представлен шедевр Microsoft PowerPoint, иллюстрирующий ракетный двигатель с замкнутым циклом детандера.Топливо и окислитель поступают из ступени и пропускаются через насосы для повышения их давления. Со стороны топлива нагнетание насоса направляется через главный топливный клапан (MFV) к форсунке и рубашкам охлаждения основной камеры сгорания (MCC). Я не показывал здесь фактическую маршрутизацию. Обычно сначала охлаждается МКЦ, а затем уже более теплое топливо используется для охлаждения сопла. Тепловые нагрузки в МКЦ значительно выше, чем в сопле. Но каким бы ни был точный путь охлаждающей жидкости, разряд, теперь полный энергии, полученной в процессе охлаждения, подается в турбины.Перепускной клапан турбины окислителя (OTBV), показанный на схеме, является средством управления соотношением компонентов смеси путем снижения мощности, подаваемой на турбину окислителя. В некоторых случаях, если у вас есть только одна настройка отношения смеси для двигателя, вы можете разместить здесь отверстие, а не клапан. Турбины приводятся в движение теплым топливом, а затем выход турбин подается через главный инжектор, а затем в зону сгорания. На стороне окислителя трассировка намного проще. Выпуск насоса окислителя проходит через главный клапан окислителя (MOV) непосредственно в главный инжектор.Внутри ГЦК происходит сгорание топлива, возникающее в результате высвобождение энергии, образование высокоскоростных продуктов сгорания и выброс этих продуктов через звуковой канал ГЦК и через сверхзвуковое сопло. Та-да, выпад сделан!

    Закрытый детандер — один из самых простых циклов двигателя, который когда-либо можно было представить. Известный двигатель RL10, впервые разработанный в 1950-х годах и до сих пор использующийся, основан на этом цикле (с небольшим поворотом, что есть только одна турбина, а насосы соединены через коробку передач, что устраняет необходимость в OTBV).Эта простота является одновременно сильной стороной цикла и его ограничивающей чертой. Примите во внимание тот факт, что все топливо — водород в случае большинства детандеров — проходит через двигатель и в конечном итоге попадает в камеру сгорания. Все это давление приводит к падению давления. Это означает, что турбины не имеют такого большого перепада давлений, с которым приходится иметь дело с точки зрения создания мощности для насосов. Другими словами, выходная сторона турбины — это точка с самым низким давлением в цикле, и это камера сгорания.В результате давление в вашей камере не может быть очень высоким. Это означает, что горловина вашего MCC относительно велика, и тогда это означает, что степень расширения вашего сопла и удлинителя сопла начинает ограничиваться просто размером и структурным весом.

    Также обратите внимание, что вся мощность для управления полным циклом обеспечивается теплом, улавливаемым топливом в каналах MCC и охлаждения форсунок. Это становится ограничивающим фактором с точки зрения общей мощности и класса тяги двигателя.По мере того, как двигатель становится больше, при заданном давлении в камере, уровень тяги увеличивается до второй степени характеристического диаметра горловины, но доступная площадь поверхности, используемая для сбора тепла для обеспечения цикла, увеличивается только на этот характеристический диаметр до первая сила. Другими словами, тяга пропорциональна «D-квадрату», но в первом порядке мощность турбины пропорциональна «D». Таким образом, вы можете стать настолько большим только тогда, когда у вас не будет достаточно энергии для выполнения цикла. Одним из способов преодоления этого является увеличение длины камеры сгорания, чтобы получить большую площадь поверхности теплопередачи.Европейский двигатель под названием Vinci следует этому подходу. Но даже этот подход является ограничивающим, если зайти слишком далеко, поскольку слишком длинная камера снижает эффективность сгорания, и, конечно, более длинная камера сгорания также начинает становиться ужасно тяжелой.

    Итак, насколько большим может быть ракетный двигатель с замкнутым детандерным циклом? Что ж, это повторяющиеся споры и споры. Я могу только высказать свое мнение. Я бы сказал, что двигатель с закрытым расширяющимся циклом наиболее полезен и наиболее практичен, когда он поддерживается на уровне тяги менее примерно 35 000 фунтов силы.

    Возвращаясь к понятию художественного самовыражения, каковы же возможные вариации на тему двигателя детандерного цикла? Что ж, темы и варианты используются для изучения и потенциального преодоления воспринимаемых недостатков в замкнутом цикле расширителей. Первым в этой серии является Closed Split Expander, портрет которого ниже:

    Недостаток, рассматриваемый здесь, заключается в том, что в замкнутом цикле детандера все топливо было вытеснено по всему двигателю, что привело к большим потерям давления.В этом случае некоторая часть — обычно большая часть — топлива перекачивается до более низкого давления через первую ступень насоса, а затем другая часть перекачивается до более высокого давления. Таким образом, подача топлива «раздельная», отсюда и название. Именно этот поток с более высоким давлением, проходящий через регулирующий клапан охлаждающей жидкости (FCCV), проталкивается по всему двигателю для охлаждения MCC и форсунки и для приведения в действие турбин. Поток с более низким давлением подается непосредственно в главный инжектор. Теория состоит в том, что, не требуя откачки всего топлива до максимального давления, вы уменьшаете потребность в мощности для топливной турбины.Водородный турбонасос всегда потребляет большую часть энергии, вырабатываемой в цикле, поэтому это важное понятие.

    Помогает ли этот цикл? Да, немного. Может быть. Баланс того, насколько разделить, что это разделение влияет на эффективность теплопередачи (меньший поток означает, возможно, более низкие скорости жидкости, более низкие скорости означают меньшую теплопередачу, более низкая теплопередача означает меньшую мощность …) не всегда ясно, что вы много выиграют от усилий по усложнению цикла.А вот портрет красивый, не правда ли? В нем есть реалистичное чутье, промышленно-утилитарное чутье середины века.

    Далее, желая заявить о себе, можно обратиться к вековой проблеме промежуточного уплотнения в турбонасосе окислителя. Внимательно посмотрите на первые две схемы, представленные здесь. Вы увидите, что насос окислителя приводится в движение турбиной, использующей топливо в качестве рабочего тела. Это очень типичная ситуация с ракетными двигателями, будь то двигатель с детандерным циклом или другие циклы.Например, такая ситуация наблюдается в двигателе с поэтапным сгоранием RS-25 и в газогенераторном двигателе J-2X. Однако эта ситуация может привести к катастрофическому провалу. В одной машине есть топливо и кислород, а также вращающиеся металлические детали. Если две жидкости смешиваются и что-то трется, то БУМ, у вас плохой день. Итак, внутри насосов окислителя у вас обычно есть сложное уплотнение, которое включает непрерывную продувку гелиевым барьером для разделения двух жидкостей.Однако для следующей схемы цикла детандера мы можем исключить необходимость в этом сложном очищенном уплотнении.

    Это замкнутый цикл двойного расширителя. Он по-прежнему «закрыт» в том смысле, что все, что попадает в двигатель, выходит через горловину MCC. Новая часть состоит в том, что она «двойная»: теперь мы не только используем топливо для охлаждения, но и используем окислитель. Таким образом, мы используем нагретое топливо для привода топливного турбонасоса и нагретого окислителя для привода турбонасоса окислителя. Для этого эскиза я использовал конфигурацию разделения на стороне окислителя, при этом часть потока перекачивается до более низкого давления и направляется непосредственно к основному инжектору, а другая часть перекачивается до более высокого давления, проходя через регулирующий клапан охлаждающей жидкости окислителя. (OCCV), который будет проталкиваться через рубашку сопла с регенеративным охлаждением, а затем через турбину турбонасоса окислителя.Я сделал это, поскольку вы, вероятно, работаете в двигателе при соотношении смеси (водород / кислород) от 5 до 6. Вы не захотите проталкивать такое количество окислителя через каналы или трубки охлаждения сопла. Теперь, если вы разрабатываете детандер с использованием чего-то вроде метана в качестве топлива, чтобы ваше соотношение смеси было ниже, то, возможно, вы можете рассмотреть вариант со стороной окислителя без разделения.

    Обратите внимание, что с подходом с двумя расширителями я избавился от необходимости в продуванном уплотнительном пакете в насосе окислителя и, таким образом, я исключил потенциальный катастрофический сценарий (в случае отказа уплотнительного пакета).Однако я добился этого за счет некоторой сложности цикла. К тому же охлаждение окислителем не всегда радует. Всякий раз, когда у вас есть охлаждающая рубашка (гладкая стенка или трубы), у вас всегда есть вероятность растрескивания и утечки. Если вы охлаждаете водородом, небольшая утечка лишнего водорода в богатую топливом среду является относительно благоприятной ситуацией. Это случается постоянно. Но что, если вы протечете окислитель в среду с богатыми топливом продуктами сгорания? Что ж, некоторые исследования показали, что с вами все будет в порядке, но меня это немного смущает.Кроме того, вы используете нагретый окислитель для привода турбины. Это можно сделать, но использование чего-то вроде кислорода для вращения металлических деталей требует большой осторожности. При неправильных обстоятельствах чистая среда окислителя может сгореть практически с чем угодно в качестве топлива, включая большинство металлов. Итак, несмотря на все ваши усилия по устранению уплотнения в турбонасосе окислителя, мне не ясно, что вы сделали ситуацию намного безопаснее. Однако, несмотря на этот потенциальный недостаток, схематический портрет сам по себе имеет определенное ощущение барокко, а сторона окислителя — положительно рококо.

    Итак, вы зашли так далеко. Почему бы не сделать последний шаг? Представляем закрытый двойной сплит-расширитель:

    К настоящему моменту, пройдя через прогрессию, вы понимаете, как она «закрыта», как она «двойственна» и как она «разделена» (на этот раз с обеих сторон). Это непрактично с точки зрения рецепта успешной конструкции ракетного двигателя по ряду причин, уравновешивающих сложность и предполагаемые преимущества, но это впечатляющая схема. На мой взгляд, это ощущение готики, почти как средневековый собор с великолепными аркбутанами и каскадным орнаментом, который просто поражает воображение деталями.

    Итак, мы разобрались с сорняками создания портретов из эспандерных циклов ради их красоты, а не обязательно их полезной практичности. Давайте вернемся в более практическую сферу и поставим под вопрос то, что было общим для всех представленных до сих пор циклов. Это было слово «закрыто». Должен ли двигатель с детандерным циклом быть замкнутого цикла? Конечно нет! Сделав это наблюдение, мы приходим к очень практичному варианту. Представляем «Открытый цикл расширителя»:

    Это самое большое различие между этой и любой другой предыдущей схемой заключается в том, что рабочая жидкость, приводящая в действие турбины, сбрасывается в нижнюю по потоку часть сопла.Это точка с гораздо более низким давлением, чем в основной зоне горения. Первое, что думает большинство людей, когда видят этот цикл, это то, что это должен быть двигатель с меньшей производительностью. В конце концов, вы сбрасываете топливо после горловины ГЦК. И да, это внутренняя неэффективность этого цикла. Всякий раз, когда вы удаляете топливо каким-либо образом в обход первичного сгорания, вы теряете эффективность. Однако вот что вы получаете: много-много маржи для вашего бюджета давления. Поскольку мне не нужно пытаться засунуть байпас турбины в камеру сгорания, я могу сделать давление в камере намного выше.В практическом смысле я могу сделать его в два-три раза выше, чем в простом двигателе с замкнутым детандерным циклом. Это позволяет мне сделать горловину очень маленькой, что, в свою очередь, дает возможность очень высокого коэффициента расширения сопла в разумных пределах по размеру и весу конструкции. Очень высокий коэффициент расширения означает большее ускорение выхлопа, и, таким образом, я могу почти полностью вернуться к тем же показателям производительности, что и при закрытом цикле, несмотря на сброс топлива.

    Вот, однако, действительно крутая часть цикла открытого детандера: я могу использовать высокий перепад давления на турбинах, чтобы получить больше мощности от заданного уровня теплопередачи в рубашках охлаждения. Выше, ранее в этой статье, я предположил, что существует практический предел тяги для закрытых детандеров примерно в 35 000 фунтов силы (мое мнение), и это было связано с геометрическими соотношениями между силой тяги и площадью поверхности теплопередачи. Для открытого детандера я могу спроектировать турбины с высокой степенью сжатия, для которых мне не нужно столько тепла, чтобы приводить в действие насосы.Таким образом, я могу сделать двигатель большей тяги. Как высоко? Что ж, мои хорошие друзья из Mitsubishi Heavy Industries (MHI) и Японского агентства космических исследований (JAXA) разработали версию этого цикла, которая обеспечивает тягу до 60000 фунтов силы, и я видел другие концептуальные проекты, которые идут еще выше. . Японцы уже используют меньшую версию этого цикла на двигателе LE-5B, который генерирует 32 500 фунтов силы. Обратите внимание, что они часто называют этот цикл другим названием, которое очень часто встречается в литературе, и это «цикл слива расширителя», где часть «слива» описывает сброс за борт в сопло.Я предпочитаю обозначение «открытый», поскольку оно четко отличает его от «закрытых» циклов, проиллюстрированных ранее.

    Мы почти подошли к концу этой статьи, но мы еще не достигли конца возможностей со схемами двигателя с детандерным циклом. Это то, что делает их веселыми и, на мой взгляд, похоже на игру с искусством. Вы можете придумывать всевозможные комбинации и дополнения. Например, что, если вы взяли цикл экспандера и добавили немного горелки? Снова и снова я говорил, что ограничивающим фактором для закрытого детандера является количество тепла, которое вы собираете в охлаждающих рубашках.Ну, ладно, давайте добавим небольшую горелку, у которой нет другой цели, кроме как нагревать газ турбины. Результат выглядит примерно так:

    В этом цикле используется газогенератор, но он не является циклом газогенератора, поскольку продукты сгорания этого газогенератора не используются для непосредственного привода турбин. Скорее выхлоп GG проходит через теплообменник, а затем сбрасывается за борт. Да, вы немного теряете эффективность своей производительности, потому что это уже не замкнутый цикл, но потоки ПГ могут быть небольшими, и вы получаете от этого повышение доступной мощности турбомашин и, следовательно, потенциальной тяги.Это мое собственное произведение искусства, которое я хочу продемонстрировать, и это может сделать каждый.

    Помните Боба Росса из Общественного вещания? Мне нравилось смотреть его шоу, и, как я уже сказал, я не умею рисовать достойно. Но его шоу было расслабляющим, чтобы смотреть и слушать, и он всегда меня безжалостно поддерживал. Ошибок никогда не было. В конце концов, все можно было исправить. И любой мог сделать красивые горы и счастливые деревца. Я хотел бы предположить, что то же самое можно сказать и о моем маленьком хобби — сборке схем счастливых маленьких циклов экспандеров.Нет, большинство из них, вероятно, никогда не будут построены и не летают, и схематические портреты, вероятно, никогда не украсят стены MOMA, но это нормально. Моя бабушка-художник говорила мне, что иногда цель искусства не обязательно находится в конечном продукте, а скорее как часть творческого пути.

    .

    Новое поступление CT 100A Детандер для медных труб Кондиционер Холодильное оборудование Руководство по техническому обслуживанию Расширяющее устройство для медных труб 10 28 мм | расширитель для труб | расширитель для медных труб ручная трубка

    Новое поступление CT-100A расширитель медной трубы кондиционирование воздуха обслуживание холодильного оборудования

    Ручное расширительное устройство из медной трубки 10-28 мм

    Примечание: когда посылка прибыла на вашу таможню, пожалуйста, оплатите

    налог и забрать посылку, мы не несем ответственности за

    любые таможенные пошлины или налог на импорт

    , если ваше место удалено, необходимо заплатить 35 долларов США.

    ПРИМЕЧАНИЕ: Это нормально, если в пластиковой коробке есть небольшие поломки, это не повлияет на использование. Спасибо !!!

    Изображение показывает:

    Спецификация:

    Наименование продукта: Устройство расширения медной трубки CT-100A
    Применяемая латунь: 10-28 мм (3/8, 1/2, 5/8, 3/4, 7/8, 1,1-1 / 8)
    Размер коробки: 44 * 25 * 11
    Вес нетто продукта: 4 кг

    .

    горячее охлаждение медные трубы расширители труб ручной расширитель труб кондиционер установить ремонт ручной расширитель мощности инструмент | |

    Медные трубы для горячего охлаждения, расширители для труб, ручной расширитель для труб, кондиционер, установка, ремонт, ручной расширительный инструмент, мощность, инструмент

    Описания:

    Этот инструмент можно использовать для расширения медной трубы на диаметр: 6/8/10/12/16/19/22 мм (15/64 «5/16» 25/64 «15/32» 5/8 «3/4» 55/66 «)

    Ручной инструмент для охлаждения мягкой медной трубы Ручные расширители для труб: этапы работы:

    1. Внутренний старт расширенной трубки на медной трубке

    2. Расширенная трубка использует круговое движение, когда эффект более круглый

    3. Расширенная стыковка медных труб в комплекте с возможностью сварки

    .

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *