CC BY
21
ТЕХНОЛОГИИ ЛЕГКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
УДК 621.57.001.24
ВЛИЯНИЕ ПОДОГРЕВА ВСАСЫВАЕМОГО ПАРА НА ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА ХОЛОДИЛЬНОГО АГРЕГАТА
© 2007 г. В.В. Левкин, А.Б. Сурмилова
Бесполезный подогрев всасываемого пара холодильного агента до начала сжатия в цилиндре вызывает ухудшение объемных и энергетических характеристик герметичного холодильного агрегата. Поэтому первоочедной задачей является исследование изменения объемной холодопроизводительности теоретического холодильного агрегата вследствие бесполезного подогрева пара в кожухе герметичного компрессора.
На рис. 1 показаны циклы холодильной машины с регенеративным теплообменником без учета вредного подогрева пара во встроенном электродвигателе и с учетом последнего
11 _ 21 - 3 - 4
р р р р
1Э _2Э _3р _4р . Цикл 1К _2К _3р _4р
холодильному агрегату с действительным герметичным компрессором. В машине, где отсутствует сопротивление потоку пара в регенеративном теплообменнике, цикл следует по контуру 1:к -2 ^ -3р -4р .
lg Р
3p
21p 21э 21к
4p
1 / 11p 11э 11к
Рис. 1. Термодинамические циклы бытового холодильника
Удельные объемы пара в точках 1р и 1э определяются из выражений:
u ip = u
( To +Qp ^ T 0
; u,, = u
(To +Qp + 0эд ^
T 0
где и' - удельный объем пара на правой пограничной кривой; в в эд - соответственно перегрев пара в
регенеративном теплообменнике и во встроенном электродвигателе.
Очевидно, что
q иэ
q ир
q 0
1э
1p
1р
1+
в з
(1)
T0 +ep
Используем обозначения, сходные с принятыми в
— в р
работах В.Б. Якобсона [1]: в р =—— - относительно
ный перегрев в регенеративном теплообменнике;
в эд
относится к
в ,„ =-
Т 0
относительный перегрев во встроенном
электродвигателе. В этом случае:
q иэ
q up
1+
вэ
(2)
1+вр
Следует иметь ввиду, что в машине с реальным регенеративным теплообменником вследствие падения давления в последнем величины д'ир и д'ш определяются из уравнений:
д Цр = д ир (1 -аР) =1++ввР(1 -Ар);
q иэ q иэ
Ар
р
(1 т+в^ (1
[+вр+вэд
где Ар = — - относительное падение давления в Р1
регенеративном теплообменнике; Ар - падение давления в последнем; р 1 - давления всасывания в машине без регенеративного теплообменника.
Холодопроизводительность действительного холодильного агрегата для указанных условий находится в отношении
в 0э _ q иэ Vh Л иэ
в 0p q'up Vh
up h p
/ л /
q иэ л иэ
' Л '
q ир л up
1
0
1э
1
где Vh - объем, описанный поршнем компрессора; А'р и Х'э - соответственно коэффициенты подачи
открытого и герметичного компрессоров в реальном цикле.
Авторами установлено, что величина коэффициента подачи компрессора для бытового холодильника с увеличением бесполезного подогрева пара в кожухе линейно снижается.
^ = 1 -аДГк ,
(4)
где а - постоянная, характеризующая интенсивность снижения коэффициента подачи компрессора; ДТ к -величина бесполезного перегрева всасываемого пара в кожухе герметичного компрессора до начала сжатия.
Величину а для компрессора бытового холодильника в диапазоне рабочих температур бытовых холодильников можно принимать в пределах от 1-10-3 1/К до 3 -10-31/К, а в номинальном режиме 2,5 -10 -3 1/К.
Из формулы (3) с учетом уравнений (1), (2), (4) определяем
/ Л
Ö03
Q0
ор
1
1
© р+1
(1 -аДТ к).
Известно, что мощность, потребляемая компрессором, практически не зависит от перегрева всасываемого пара.
Следовательно, для холодильных коэффициентов агрегата с учетом бесполезного подогрева и без него можно записать
Е э/е р = Q 0э /Q Ор .
(5)
Отсюда следует, что бесполезный подогрев пара до начала сжатия приводит одновременно к ухудшению теплоэнергетических характеристик агрегата бытового холодильника. В теоретическом герметичном компрессоре величина ДТ к равна количественному значению бесполезного подогрева всасываемого пара во встроенном электродвигателе. Величина этого подогрева характеризуется температурными условиями работы встроенного электродвигателя и определяется соотношением количества выделяемого и отводимого тепла (рис. 2, 3).
Расчет произведен для условий изменения п эд от
0,704 до 0,708, согласно характеристикам встроенного электродвигателя, соответствующим реальным границам применяемых циклов.
Влияние расчетного бесполезного коэффициента подогрева пара при полном отводе тепла, выделенного в двигателе на холодопроизводительность агрегата, характерно для всего диапазона рабочих температур.
Как следует из результатов расчета, в номинальном режиме теоретическое снижение холодопроизво-дительности составляет 40 %. В таких же пределах на основании равенства (5) снижается и электрический холодильный коэффициент - один из основных показателей качества компрессора.
^ад/срг> К-
70 50
243 248 253 258 263 268 T0, K
Рис. 2. Зависимость отношения /эд/ср от режима работы герметичного компрессора
ДТэД, К
363
Пе = 0,4 Пе = 0,5
Пе = 0,6
Пе = 0,7
Пе = 0,8
343
323
303
283
30 50 70 90 110 /ад/ср, К-1 Рис. 3. Расчетный подогрев всасываемого пара хладона
Из сказанного следует, что подогрев пара должен быть меньше при реальном воплощении конструктивного исполнения компрессора, обеспечивающего низкие отношения I ад/с р , что может быть достигнуто, при равных условиях, интенсивным охлаждением цилиндра путем контакта системы охлаждения с последним вследствие приближения термодинамического процесса сжатия к изотермическому.
На самом деле количество тепла, уносимого всасываемым паром в теоретическом компрессоре, меньше величины тепла, выделяющегося в двигателе, и величина относительного подогрева пара определяется из уравнения
© эд = Н1е Т Ч 0 ,
где Н - величина, зависящая от типа компрессора, равная 0,25; е п - холодильный коэффициент сравнительного цикла.
Количественные характеристики относительного бесполезного подогрева пара в двигателе и его влияние на холодопроизводительность теоретического компрессора приведены в таблице.
Влияние относительного бесполезного подогрева пара на величину холодопроизводительности
To Гк = 303 К Гк = 313 К Гк = 328 К
Q 'оэ /Q 'ор © 'эд Q '0э 1 Q '0р © эд Q '0э 1 Q '0р ©'эд
243 0,882 0,090 0,876 0,094 0,872 0,098
248 0,895 0,078 0,889 0,083 0,883 0,088
253 0,907 0,067 0,901 0,072 0,893 0,078
258 0,918 0,058 0,910 0,063 0,903 0,069
263 0,928 0,049 0,920 0,055 0,912 0,061
268 0,940 0,040 0,930 0,047 0,921 0,054
высокии температурный уровень и являющимися, в этом смысле, основными источниками тепла в герметичном компрессоре. Отсюда следует
Q'o
Q0
■ = (-
1
ор
1 + -
© к
-)(1 -аДГ к),
(6)
1 +©р
Таким образом, в теоретической герметичной машине подогрев пара в кожухе составляет 10-23 К, что приводит к снижению холодопроизводительности на 6-13 % в интервале рабочих температур бытовых холодильников и морозильников.
В реальной холодильной машине влияние бесполезного подогрева выражено более значительно вследствие интенсивного внутреннего теплообмена между всасываемым паром и наиболее теплонапря-женными элементами компрессора, имеющими более
где - холодопроизводительность действительной машины; ДТк, © к - соответственно бесполезный подогрев пара в кожухе действительного компрессора и его относительное значение, равное ДТк/Т0.
Необходимым условием решения уравнения (6) является аналитическое определение величины ДТк, характеризующей бесполезный подогрев пара до начала сжатия и его влияние на энергетические характеристики герметичных машин бытовых холодильников и морозильников.
Подстановка расчетного значения бесполезного подогрева всасываемого пара в кожухе при работе компрессора в номинальном режиме показывает, что холодопроизводительность последнего уменьшается примерно на 40 %.
Литература
1. Якобсон В.Б. Малые холодильные машины. М., 1977.
Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса, г. Шахты
10 ноября 2006 г.
