Основы расчета показателей цикла холодильной машины

Исходными данными для расчета принимают следующие показатели: часовую холодопроизводительность компрессора , температуры , или давления , , температуру перед регулирующим вентилем , по которым строят цикл работы установки на диаграмме Р – i для заданного фреона определяют теплосодержание в точках 1, 2, 3, 4, объем и другие параметры. Используя характеристики цикла, установленные по диаграмме Р – i, рассчитывают показатели.

- холодопроизводительность килограмма хладагента, кдж/кг,

;

- количество тепла, отнимаемого от 1 кг фреона в переохладителе, кдж/кг,

; (6.3)

- количество циркулирующего хладагента (кг/ч) при заданной холодопроизводительности (определяется по формуле (4.13):

; (6.4)

- объемную холодопроизводительность хладагента, кдж/м³,

(6.5)

- теоретическую работу сжатия в компрессоре, кДж/кг,

; (6.6)

- тепло, отданное 1 кг хладагента в конденсаторе, кдж/кг,

или ; (6.7)

- холодильный коэффициент

; (6.8)

- объем паров хладагента, всасываемого компрессором, м³/ч,

; (6.9)

- теоретическую мощность компрессора кВт,

или ; (6.10)

- тепловую нагрузку на конденсатор, Вт,

или ; (6.11)

- тепловую нагрузку на переохладитель, Вт,

. (6.12)

При анализе действительного цикла компрессора холодопроизводительность установки (Вт) определяют

, (6.13)

где - коэффициент подачи компрессора учитывающий потери от подогрева, дросселирования, неплотностей и объемные потери. Его величину с достаточной для практических целей точностью можно определить по техническим характеристикам , приведенным на рис. 6; - объем, описываемый поршнями компрессора, м³/с.

К числу показателей действительного цикла компрессора также относят:

- индикаторную мощность кВт,

, (6.14)

где - индикаторный к.п.д. компрессора. Значение последнего определяют расчетным путём по формулам И.И. Левина для компрессоров:

хладоновых

(6.15)

Рис. 6.2 Графики зависимости и для

компрессоров, работающих на фреоне R-134а.

- мощность на трение, кВт,

, (6.16)

где - расход мощности на трение на 1 м³/с объема, описанного поршнями компрессора; для компрессоров, работающих на аммиаке и хладоне, кВт (м³с^-1);

- эффективную мощность, кВт,

; (6.17)

- мощность на валу двигателя, кВт,

; (6.18)

Величину коэффициента передачи принимают равной 0, 95-0, 97.

7. РАСЧЁТ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ КОМПРЕССОРА

Важнейшей характеристикой работы холодильной установки является холодильный коэффициент, т. е. отношение количества холода, получаемого в испарителе, к затраченной в компрессоре работе. Если обозначить температуру в испарителе через Т _о, а температуру в конденсаторе – через Т _к, то холодильный коэффициент компрессора состав

. (7.1)

Величина холодильного коэффициента характеризирует экономичность работы холодильной установки: высокое значение холодильного коэффициента указывает на более экономичную работу.

Холодопроизводительность установки в значительной степени зависит от работы компрессора. В этом случае холодопроизводительность находится в прямой зависимости от массового количества паров хладагента , которое, в свою очередь, подсчитывается как произведение плотности паров хладагента на объем, прокачиваемый компрессором за единицу времени. Но с изменением плотности паров в зависимости от температуры меняется и их массовое количество, а вследствие этого меняется и холодопроизводительность компрессора. Поэтому в холодильной технике пользуются понятием объемной холодопроизводительности хладагента , измеряемой количеством тепла, полученного от каждого 1 м³ паров, прокачиваемых компрессором.

Работа, затрачиваемая в компрессоре на сжатие и перекачку паров хладагента, в действительности больше теоретической (расчетной) из-за механических потерь. Поэтому при определении фактической холодопроизводительности компрессора вводят ряд коэффициентов, учитывающих наличие вредного пространства в цилиндрах, потери из-за теплообмена между парами хладагента и стенками цилиндра, гидравлическое сопротивление в клапанах и др. Укажем основные из них.

Объемный коэффициент , характеризующий отношение объема паров, всасываемых компрессором, к объему цилиндра между крайними положениями поршня. Величина зависит в основном от объема вредного пространства.

Коэффициент дросселирования , показывающий уменьшение количества всасываемых паров из-за сопротивления в клапанах при всасывании и нагнетании.

Коэффициент подогрева , характеризующий влияние подогрева паров из-за трения о стенки цилиндра, поверхности поршня и клапанов, в результате чего увеличивается удельный объем пара, а следовательно, и уменьшается массовая производительность компрессора.

Коэффициент плотности , характеризующий влияние пропуска паров между поверхностью цилиндра и поршневыми кольцами, что вызывает не только объемные, но и энергетические потери.

Все эти коэффициенты, будучи перемноженными, дают общую характеристику компрессора - коэффициент подачи .

Фактическая холодопроизводительность компрессора в кВт выражается формулой

, (7.2)

где - объем, описываемый поршнями компрессора за 1 час, м³/с; - коэффициент подачи компрессора; - удельная объемная холодопроизводительность хладагента, кдж/м³.

, м³/ч, (7.3)

где D – диаметр цилиндра, м; S – ход поршня, м; n – частота вращения, об/мин; z – число цилиндров компрессора.

Коэффициент подачи и объем, описываемый поршнями компрессора, приводятся в заводском паспорте и соответствуют каждой данной конструкции компрессора. Удельная объемная холодопроизводительность хладагента приводится в справочниках для каждого хладагента в зависимости от температуры испарения.

Коэффициент подачи можно рассчитать по следующей формуле:

, (7.4)

где - объёмный коэффициент; - коэффициент дросселирования; - коэффициент подогрева; =0, 95 0, 98 - коэффициент плотности.

, (7.5)

где с – объём вредного пространства в долях объёма цилиндра (для транспортных компрессоров обычно принимают в пределах 0, 03-0, 05); т - показатель политропы обратного расширения (для фреона равен 0, 9).

. (7.6)

Холодопроизводительность компрессора зависит от температуры испарения и температуры конденсации хладагента, которые могут изменяться в широких пределах в зависимости от условий работы холодильной установки. Поэтому для сравнения разных установок принято приводить их холодопроизводительность к определенным температурным условиям (табл. 7.1), условно называемым нормальными и стандартными.

Холодопроизводительность компрессора, измеренная при стандартных условиях, называется стандартной _{о ст} в отличие от рабочей холодопроизводительности _{о раб}, задаваемой в зависимости от предъявляемых к установке требований. В установках кондиционирования воздуха фреоновые компрессоры работают обычно при температуре испарения фреона R-134а °С, конденсации °С и переохлаждения °С, а отношение .

Таблица 7.1

Условия	Температура, °С	Отношение давлений
испарения,	конденсации,	переохлаждения,
Стандартные	-15			4, 67

Стандартная холодопроизводительность составляет около 70% нормальной, а рабочая примерно в 2, 5 раза выше стандартной.

Если необходимо пересчитать рабочую холодопроизводительность при заданных температурных условиях на стандартную, можно пользоваться следующими формулами:

(7.7)

Полезная холодопроизводительность системы охлаждения определяется по количеству тепла, которое холодильная установка в состоянии отнять в течение 1 ч от охлаждаемой среды, В установке, смонтированной на пассажирском вагоне, такой охлаждаемой средой является воздух, нагнетаемый системой вентиляции.

Полезная холодопроизводительность системы охлаждения в кВт определяется по формуле:

, (7.8)

где - количество воздуха, проходящего через воздухоохладитель за 1 ч, м³/ч; - плотность воздуха при данной температуре, кг/м³; и - теплосодержание воздуха соответственно до и после воздухоохладителя, кДж/кг, определяемое по i – d - диаграмме точками пересечений изотермы с линией полного насыщения =100%.

Практически вследствие постоянного изменения тепловой нагрузки на вагон работа холодильной установки с полной производительностью требуется не всегда. Поэтому, а также для исключения частого пуска и остановки компрессора холодопроизводительность компрессора можно искусственно снизить с помощью специальных регулирующих устройств. В вагонных холодильных установках обычно применяются следующие способы регулирования холодопроизводительности: путем изменения частоты вращения вала электродвигателя компрессора; путем отключения части цилиндров компрессора; путем байпасирования фреона.

Компрессор для расчета выбирают самостоятельно или по каталогам, которые имеются у преподавателя.