Определение потребляемой мощности и выбор электродвигателя

В теоретическом цикле принимаем процесс сжатия изоэнтропным.

Действительная мощность, затрачиваемая на сжатие хладагента (индикаторная мощность), будет равна

,

где N_т – теоретическая мощность;

∆N_i – дополнительные затраты мощности на осуществление цикла в ступени поршневого компрессора. Эти потери учитываются с помощью индикаторного КПД

Мощность подводимая к валу компрессора (эффективная мощность) будет равна

,

где ∆N_i – дополнительные затраты мощности на преодоление механического трения и привод вспомогательных механизмов.

Эффективный КПД равен

.

Мощность, подводимая к клеммам электродвигателя определяется по формуле

,

где η_эл.дв – КПД электродвигателя;

η_пер – КПД передачи.

Лекция 4. Влияние режима работы на холодопроизводительность

Компрессора

Холодопроизводительностью машины или компрессора является количество теплоты, которое холодильная машина отнимает от охлаждаемой среды в единицу времени. Холодопроизводительность обозначают через Q₀ (Вт).

Холодопроизводительность машины характеризуется массовым расходом холодильного агента в испарителе G (кг/с) и его массовой холодопроизводительностью q₀ (Дж/кг)

где i_1’ и i₄ – энтальпии холодильного агента на выходе из испарителя и входе в него, Дж/кг.

Холодопроизводительность, подсчитанная по испарителю холодильной машины, должна соответствовать производительности компрессора, поэтому величину холодопроизводительности (Вт) выражают также произведением объемного расхода пара в компрессоре V (м³/с) и объемной холодопроизводительности q_v (Дж/м³)

Объемный расход пара в компрессоре можно выразить через объем, описываемый поршнем V_h,

В этом случае

,

где v₁ – удельный объем пара, засасываемого компрессором, м³/кг.

Объем, описываемый поршнем, определяется размерами цилиндра и частотой вращения вала

где D – диаметр цилиндра, м;

S – ход поршня, м;

n – частота вращения вала компрессора, c^-1;

z – число цилиндров.

Для одного и того же компрессора при постоянной частоте вращения величина V_h неизменна. Объемная и массовая холодопроизводительности q_v и q₀, а также коэффициент подачи λ – величины переменные. Они зависят от температурного режима работы установки, особенно от температур кипения t₀, конденсации t_K и температуры перед регулирующим вентилем t_n. Следовательно, холодопроизводительность компрессора – величина не постоянная и зависит от цикла работы холодильной машины.

На рис. 17, а показаны два цикла (1-2-3-4 и 1'-2'-3-4'), в которых температура конденсации одинаковая, а температуры кипения различные. Циклы изображены без переохлаждения жидкости, поэтому температура перед регулирующим вентилем будет соответствовать температуре конденсации.

Рис. 17. Циклы различных холодильных машин при различных

температурах кипения (а) и конденсации (б)

Из рис. 17, а видно, что с понижением t₀ (t'₀<t₀) объемная холодопроизводительность q_v= уменьшается, т.к. несколько уменьшается массовая холодопроизводительность (q'₀ <q₀) и значительно увеличивается удельный объем засасываемого компрессором пара v'₁>v₁ вследствие понижения давления в испарителе (p'_o<p₀). Коэффициент подачи λ компрессора с понижением р₀ также уменьшается, так как при этом увеличивается степень сжатия . Следовательно, с понижением температуры и давления в испарителе холодопроизводительность компрессора уменьшается.

На рис. 17, б изображены два цикла (1-2-3-4 и 1-2'-3'-4'), в которых температура кипения одинаковая, а температуры конденсации разные. Объемная холодопроизводительность q_v с повышением t_к (t'_к>t_к) уменьшается, т.к. q'₀<.q₀, a v₁ не изменяется. Коэффициент подачи с повышением t_к также уменьшается. Следовательно, с повышением температуры конденсации холодопроизводительность компрессора уменьшается. Такое же влияние на холодопроизводительность оказывает температура переохлаждения жидкости перед регулирующим вентилем t_n.

Таким образом, при разных температурах t₀, t_п и t_к холодильная машина с одним и тем же компрессором имеет разную холодопроизводительность Q₀. С повышением температуры кипения t₀ и понижением температур конденсации t_K и переохлаждения t_п холодопроизводительность машины увеличивается, а с понижением t₀ и с повышением t_K и t_n холодопроизводительность уменьшается. Температура кипения холодильного агента оказывает наиболее резкое влияние на холодопроизводительность.

При повышении t₀ на 1 °С холодопроизводительность машин, работающих на аммиаке, увеличиваемся примерно на 6 %, а машин, работающих на R12 – на 4 %.Зависимость холодопроизводительности Q₀ от температур кипения t₀ и конденсации t_K называется- характеристикой холодильных компрессоров.

Холодильные машины (компрессоры) можно сравнивать только при одинаковых температурных условиях работы, которые характеризуются температурами кипения to, конденсации t_K, всасывания t_вc и переохлаждения жидкости перед регулирующим вентилем t_n. Сравнительные температурные режимы, принятые в СССР для холодильных машин, приведены в табл. 1.

Таблица 1

В каталогах и справочниках холодопроизводительность компрессоров дается в сравнительных условиях работы. А машины практически работают при режимах, определяемых эксплуатационными или так называемыми рабочими условиями, которые, как правило, отличаются от сравнительных (стандартных). Температура кипения t_o поддерживается такой, какая требуется для охлаждаемого объекта, а температура конденсации t_w определяется температурой и расходом охлаждающей, воды или воздуха. Температура воды и воздуха в свою очередь зависит от источника, климатических условий и времени года. Холодопроизводительность компрессора в рабочих условиях Q_{0 раб} отличается от Q_{0 ст}, указанной в каталогах и справочниках.

Зависимость между рабочей и стандартной холодопроизводительностью можно выразить следующими уравнениями:

;

.

По этим формулам можно пересчитать холодопроизводительность с одних температурных условий на другие. Однако такой пересчет рекомендуется только в том случае, когда отсутствуют графические характеристики компрессоров. Для моделей машин, серийно выпускаемых промышленностью, при определении холодопроизводительности в заданном режиме следует пользоваться графическими характеристиками Q₀–t₀, приведенными в каталогах и специальной литературе.

Раздел VII

Лекция 1. Сложные циклы паровых холодильных машин

Для получения низких температур в охлаждаемом объекте (например, в камерах для замораживания продуктов) в испарителе холодильной машины поддерживают низкую температуру кипения (ниже -25÷-30° С) при соответствующем низком давлении р₀-. В связи с этим возрастает степень сжатия и происходят следующие изменения:

снижение холодопроизводительности машины вследствие уменьшения коэффициента подачи λ компрессора и увеличения парообразования при дросселировании в регулирующем вентиле;

увеличение нагрузки на механизм движения;

повышение температуры пара холодильного агента в конце сжатия, что может нарушить работу системы смазки компрессора и привести к другим нежелательным последствиям.

Температура пара в конце сжатия (нагнетания) является основным фактором, ограничивающим возможность применения цикла одноступенчатой холодильной машины. В современных компрессорах она не должна превышать 160 ° С.

Если при построении одноступенчатого цикла температура в конце сжатия будет выше 160 °С, что наблюдается при температурах кипения в испарителе ниже -25÷-30° С, следует применить двухступенчатую холодильную машину, а при температурах кипения ниже –70 °С – трехступенчатую или каскадную холодильную машину.

В цикле двухступенчатых машин пары сжимаются от давления кипения р₀ до давления конденсации р_к последовательно в двух цилиндрах (ступенях), а между ступенями сжатия пары охлаждаются водой или жидким холодильным агентом. Пар после первой ступени сжатия не удается охладить водой до температуры насыщения, соответствующей промежуточному давлению, и такое охлаждение водой называют неполным промежуточным. Охлаждение пара между ступенями сжатия до состояния насыщения называют полным промежуточным охлаждением. Для осуществления его используют жидкий холодильный агент.

Лекция 2. Цикл двухступенчатой паровой холодильной машины