6.3. Тепловий розрахунок компресора і теплообмінних апаратів

6.3.1. Холодильний компресор

Холодильні компресори служать для стиснення і переміщення пари чи газу, які являють собою робочу речовину чи холодоагентів холодильних машин.

Тепловий розрахунок проводиться для того, щоб визначити основні параметри і розміри компресора:

1. об’єм, що описується поршнем в 1 часу, Vh, м3/с;

2. діаметр циліндра, D, м;

3. хід поршня, S, м;

4. кількість циліндрів, z;

5. частота обертання, n, об/хв. (с^-1).

Об’єм, що описується поршнем в 1 часу визначаємо за формулою:

, (6.16)

де V_Д - об'єм пари, що пройшов через компресор в одиницю часу, м3/с;

λ - коефіцієнт подачі.

Об'єм пари, що пройшов через компресор в одиницю часу приймаємо з розрахунку 6.2 і який складає V_Д = 0,0075 м3/с.

Коефіцієнт подачі визначаємо за формулою:

, (6.17)

де λ_С - об’ємний коефіцієнт що враховує наявність мертвого об’єму в компресорі;

λ_ДР - коефіцієнт дроселювання, що враховує втрати продуктивності в компресорі внаслідок депресій ( втрат тиску ) у процесі руху пари через компресор;

λ_П - коефіцієнт підігріву, що враховує втрати продуктивності;

λ_Щ - коефіцієнт щільності, що враховує перетік пари з нагнітальної порожнини у порожнину всмоктування.

Об’ємний коефіцієнт визначається за формулою:

(6.18)

де С – відносна величина мертвого простору;

Р_Н, Р_ВС – тиск нагнітальний і всмоктувальний, МПа.

Відповідно з [1] С = (0,02…0,05), приймаємо С = 0,04.

Р_Н, Р_ВС визначаємо з P-h діаграми - Р_Н = Р_к = 1,52 МПа , Р_ВС = Р₀ = 0,34 МПа.

Значення коефіцієнта дроселювання становить λ_ДР= 0,98…1, приймаємо λ_ДР =0,99.

Коефіцієнт підігріву визначаємо за формулою:

, (6.19)

де t_о, t_к – температура кипіння і конденсації, ^оС.

t_о і t_к беремо з розрахунку 6.1.

Коефіцієнт щільності становить λ_щ= 0,95…0,99, приймаємо λ_щ = 0,96.

Отже, об’єм що описується поршнем в 1 часу становить:

Діаметр циліндра визначаємо за формулою:

(6.20)

де С_m - середня швидкість поршня (така умовна точка, при якій поршень за один оберт колінчастого вала проходить такий самий шлях як і в дійсності).

Середня швидкість поршня складає С_m = (1,5…3) м/с, приймаємо С_m =2,5 м/с, кількість циліндрів z = (2…4), приймаємо z = 4.

Для визначення ходу поршня S скористаємося формулою:

, (6.21)

де ψ - відношення ходу поршня до діаметра циліндра.

Для вагонів значення ψ = 0,7…0,9, приймаємо ψ = 0,85.

З формули (6.21) визначаємо хід поршня:

(6.22)

Частота обертання валу n визначаємо за формулою:

(6.23)

Потужність компресора визначаємо за формулою:

N_е = N_i + N_тр , (6.24)

де N_і – індикаторна потужність;

N_тр - потужність на подолання сил тертя.

Індикаторну потужність визначаємо за формулою:

, (6.25)

де N_a – теоретична (адіабатична) потужність компресора;

η_i – індикаторний ККД.

Індикаторний ККД визначаємо за формулою:

, (6.26)

де b – емпіричний коефіцієнт.

Приймаємо для фреона b = 0,0025.

Потужність, що визначається на подолання сил тертя визначається за формулою:

, (6.27)

де p_тр – коефіцієнт з розмірністю тиску.

Коефіцієнт з розмірністю тиску складає p_тр = (40…60) кПа, приймаємо p_тр = 53 кПа.

Потужність компресора складає:

N_е = 4,31 + 0,583 = 4,89 кВт

Компресор вибираємо залежно від: об'єму описаного поршнем, числа циліндрів, діаметру циліндрів і робочої частоти обертання. До перерахованих параметрів найближчий компресор холодильної установки – АВК - 30.