На диаграмме Задача №2. Определение параметров холодильной машины
Определить термодинамическую эффективность цикла парокомпрессионной холодильной машины с регенеративным теплообменником.
Рисунок 12. – Схема холодильной машины с регенеративным
Теплообменником
Исходные данные:
Хладагент .
Холодопроизводительность – , Вт.
Температура окружающей среды – .
Температура конденсации – .
Температура кипения – .
Последовательность решения:
Выполнить рисунок необходимого цикла в диаграмме и .
Нанести на рисунок тепловые процессы обратимого цикла.
По исходным данным с использованием диаграммы состояния хладагента определить параметры в узловых точках цикла (табл. 2).
Таблица 2
Параметры цикла в узловых точках
Параметр |
а |
1 |
2 |
2’ |
3 |
4 |
5 |
t,°С |
|
|
|
|
|
|
|
Р, МПа |
|
|
|
|
|
|
|
i, кДж/кг |
|
|
|
|
|
|
|
S, кДж/кг |
|
|
|
|
|
|
|
V, м3/кг |
|
|
|
|
|
|
|
С помощью исходных данных и таблицы 2 определяются следующие параметры:
Тепловой баланс регенеративного теплообменника:
.
Удельная массовая холодопроизводительность, кДж/кг:
.
Удельная объемная холодопроизводительность, кДж/м3:
.
где – удельный объем в точке 1, м3/кг.
Удельная тепловая нагрузка в конденсаторе, кДж/кг:
.
Удельная адиабатная работа цикла, кДж/кг:
.
Удельная теплота перегрева, кДж/кг:
.
Удельная теплота регенерации, кДж/кг:
.
Теоретический холодильный коэффициент цикла:
Массовый расход хладагента, кг/с:
Адиабатная мощность компрессора, кВт:
Тепловая нагрузка конденсатора, кВт:
Объемная производительность компрессора, м3/с:
Задача №3. Тепловой расчет компрессора
Исходные данные:
Необходимые исходные данные можно получить, решив задачу №2.
Частота
вращения –
.
Отношение
хода поршня к диаметру поршня –
.
Относительный
мертвый объем
.
Последовательность решения:
Отношение давления конденсации к давлению кипения:
.
Определение коэффициента подачи по формуле Бадылькеса:
.
Объем, описываемый поршнем, м3/с:
.
Диаметр цилиндра компрессора (расчетный), м:
.
Полученный диаметр поршня округляют до ближайшего большего значения из размерного ряда.
Ход поршня, м:
.
Средняя скорость поршня, м/с:
.
Индикаторная мощность компрессора, кВт:
,
где
– индикаторный кпд, который определяется
по эмпирической формуле:
.
Мощность трения, кВт:
,
где
Па – давление трения – опытный
коэффициент.
Эффективная мощность, кВт:
.
Механический кпд компрессора:
.
Эффективный кпд компрессора:
.
Эффективный холодильный коэффициент:
.
Коэффициент обратимости:
.
Потери давления на всасывании (депрессия на всасывании):
МПа.
Потери давления на нагнетании (депрессия на нагнетании):
МПа.
Задача №4. Динамический расчет компрессора
Исходные данные:
Необходимые исходные данные можно получить, решив задачу №2, 3.
Последовательность решения:
В ходе динамического расчета определяются силы и моменты, действующие в компрессоре.
Рисунок 13. – Схема кривошипно-шатунного механизма.
Суммарная свободная сила действует по оси цилиндра:
,
где:
– сила от давления пара в цилиндре;
– сила инерции поступательно движущихся
масс;
– сила трения поступательно движущихся
частей.
Сила
от давления пара в цилиндре определяется
разностью давлений со стороны крышки
цилиндра
и со стороны вала
:
.
Сила инерции поступательно движущихся масс:
,
где:
– масса поступательно движущихся частей
(поршня, поршневого пальца, 1/3 массы
шатуна), кг;
– радиус кривошипа, м;
– угловая скорость вала, с-1;
– угол поворота кривошипа от верхней
мертвой точки;
– отношение радиуса кривошипа к длине
шатуна, обычно
.
Силу трения поступательно движущихся частей условно принимают постоянной:
.
Сила трения направлена против движения и меняет свой знак в мертвых точках.
Суммарную свободную силу можно разложить на две составляющие:
силу, действующую по оси шатуна:
;силу, действующую на стенку цилиндра:
.
Силу
,
приложенную к шатунной шейке можно
разложить на:
тангенциальную силу, действующую перпендикулярно к кривошипу:
;радиальную силу, действующую по кривошипу:
.
Направление
действующих сил принято положительным,
следовательно, при положительном
значении, силы
,
,
,
,
– вызывают сжатие шатуна, сила
– направлена против вращения вала, сила
– к оси вращения вала.
Результаты динамического расчета используют при расчете на прочность деталей компрессора, подшипников на износ, для проектирования системы смазки и определения неуравновешенных сил и моментов.
Силы, действующие в компрессоре, изменяются в зависимости от угла поворота кривошипа. Для определения максимальных, минимальных и средних за цикл значений нагрузки деталей кривошипно-шатунного механизма строят диаграммы сил, позволяющих оценить характер нагружения.
Сила инерции поступательно движущихся масс:
,
где:
– сила инерции первого порядка;
– сила инерции второго порядка.
=
,
где:
– масса поршня в сборе с поршневым
пальцем;
– масса шатуна.
Масса поршня и шатуна определяется из конструктивных соображения в зависимости от полученного диаметры поршня.
,
рад/с.
м
– радиус кривошипа.
Результаты расчета сил инерции в зависимости от угла поворота кривошипа приведены в таблице 3.
Таблица 3
Силы инерции
|
Iп1, Н |
Iп2, Н |
Iп, Н |
0 |
|
|
|
15 |
|
|
|
30 |
|
|
|
... |
|
|
|
345 |
|
|
|
360 |
|
|
|
Сила трения поступательно движущихся частей условно принимается постоянной, Н:
.
Сила
от давления пара в цилиндре определяется
по индикаторной диаграмме. Индикаторная
диаграмма строится по методу Брауэра
в системе координат
.
По
оси абсцисс (в выбранном масштабе)
откладывается значения хода поршня
и мертвого пространства
:
,
где
– относительное линейное мертвое
пространство.
По оси ординат (в выбранном масштабе) откладывают силы от давления пара на поршень:
Сила от давления всасывания, Н:
.
Сила от давления кипения, Н:
.
Сила от давления конденсации, Н:
.
Сила от давления нагнетания, Н:
.
При
построении политроп сжатия и расширения
необходимо провести вспомогательный
луч из начала координат под углом
к оси абсцисс и задать значение показателей
политропы сжатия
и
.
Для
построения точек политропы сжатия и
расширения используют вспомогательные
лучи, проведенные из начала координат
под углом
,
а для политропы расширения
.
По результатам построения снимаются значения силы от давления пара, которые даны в таблице 4.
Таблица 4
Сила от давления пара
|
П, Н |
0 |
|
15 |
|
30 |
|
... |
|
345 |
|
360 |
|
Результаты расчета суммарной свободной силы приведены в таблице 5.
Таблица 5
Суммарная свободная сила
|
П, Н |
Iп, Н |
Rп, Н |
P, Н |
0 |
|
|
|
|
15 |
|
|
|
|
30 |
|
|
|
|
... |
|
|
|
|
345 |
|
|
|
|
360 |
|
|
|
|
Рисунок 14. – Индикаторная диаграмма, выполненная по методу Брауэра.
Суммарную свободную силу можно разложить на две составляющие:
силу, действующую по оси шатуна: ;
силу, действующую на стенку цилиндра: .
Силу , приложенную к шатунной шейке можно разложить на:
тангенциальную силу, действующую перпендикулярно к кривошипу: ;
радиальную силу, действующую перпендикулярно к кривошипу: .
Результаты расчета тангенциальных и радиальных сил приведены в таблице 6.
Таблица 6
Тангенциальные и радиальные силы
|
P, Н |
|
Pr, Н |
Pt, Н |
0 |
|
|
|
|
15 |
|
|
|
|
30 |
|
|
|
|
... |
|
|
|
|
345 |
|
|
|
|
360 |
|
|
|
|
Задача №5. Определение параметров воздухоохладителя кондиционера
Исходные данные:
Холодопроизводительность
–
.
Относительная
влажность на входе –
.
Температура на входе – .
Температура стенки воздухоохладителя – .
Перепад
температур в кондиционере –
.
Последовательность решения:
Нанести точки (0) и (к) на диаграмму влажного воздуха (рис. 15).
Провести линию процесса кондиционирования и определить угловой масштаб – .
На линию процесса нанести точку, определяющую параметры воздуха на выходе охладителя.
Определить
энтальпию
,
относительную влажность
и влагосодержание
на выходе из кондиционера
Определить массовую производительность вентилятора кондиционера:
.
Указание: номер варианта выбирается следующим образом – если последние 2 цифры зачетной книжки четное число, то в соответствии с последней цифрой, номер варианта от 0 до 9, если последние 2 цифры зачетной книжки нечетное число, то в соответствии с последней цифрой, номер варианта от 10 до 19. Например, если последние 2 цифры 36 – то номер варианта 16, если последние 2 цифры 47 – то номер варианта 7.
Пример решения для варианта X.
Исходные
данные: холодопроизводительность –
;
относительная влажность на входе –
,
температура на входе –
,
температура стенки воздухоохладителя
–
,
перепад температур в кондиционере –
.
Рисунок 15. – Диаграмма I-d влажного воздуха.
Нанести точки (0) и (к) на диаграмму влажного воздуха.
Параметры влажного воздуха имеют следующие значения:
,
,
,
.
Угловой коэффициент:
.
Точка 1 имеет следующие значения параметров влажного воздуха – параметры воздуха на выходе из кондиционера:
относительная
влажность –
,
энтальпия
–
,
влагосодержание
–
.
Массовая производительность кондиционера:
.