книги из ГПНТБ / Цейтлин Ю.А. Установки для кондиционирования воздуха в шахтах [Текст] 1974. - 166 с

Хд — коэффициент дросселирования; лп — коэффициент подогрева; А* — коэффициент герметичности;

X— коэффициент подачи компрессора;

Ѵ„ — объем, описанный поршнями компрессора за один ход. Объемный коэффициент учитывает снижение производитель­ ности вследствие наличия вредного пространства в цилиндрах компрессора. Этот коэффициент для паровых компрессоров рас­

считывается так же, как и для воздушных компрессоров:

пара из вредного пространства, при­ нимаемый [14] обычно для фреоно­ вых компрессоров равным 1, для аммиачных машин 1,1*.

Коэффициент дросселирования учитывает влияние на произ­ водительность компрессора понижения давления пара в ци­ линдре при всасывании по сравнению с давлением во всасываю­ щем трубопроводе и равен

Обычно влияние вредного пространства и дросселирования пара при всасывании учитывается [9] индикаторным коэффициентом всасывания

ской производительности компрессора за счет повышения темпе­ ратуры пара при всасывании, определяется обычно по эмпири­ ческой формуле [9]:

30

фициент герметичности при нормальном состоянии компрессора составляет 0,95—0,98. Таким образом, коэффициент подачи ком­ прессоров ПКХУ при степени повышения давления 3—8 и водя­ ном охлаждении цилиндров (ß=0,03ч-0,04) составляет пример­ но 0,85—0,60' [26]. Для фреоновых машин при недостаточном пе­ регреве пара перед компрессором коэффициент подачи может быть ниже названных величин за счет влияния циклической конденсации хладагента на стенках цилиндра и растворимости его в масле. Обычно принимается, что при перегреве до 40° С величина коэффициента подачи не снижается за счет этих яв­ лений, однако [26] снижение перегрева на каждые 10° С приво­ дит к уменьшению коэффициента подачи на 3—5%.

Работа, затрачиваемая за один ход поршня в цилиндре ком­ прессора (индикаторная работа), численно равна площади ин­ дикаторной диаграммы в соответствующем масштабе. Для оцен­ ки совершенства компрессора используются величины индика­ торного и полного к. п. д. компрессора. Индикаторный к. п. д. представляет собой отношение теоретической работы, затрачен­ ной на 1 кг или 1 м3 засасываемого пара, к фактической инди­ каторной работе, затрачиваемой на получение того же количе­ ства сжатого пара. При анализе неохлаждаемых машин тео­

Ориентировочно адиабатный индикаторный к. п. д, поршне­ вых компрессоров ПКХУ может быть рассчитан [9] по формуле

Іі— эмпирический коэффициент, равный для горизонталь­ ных компрессоров двойного действия 0,0020, для вер­ тикальных прямоточных компрессоров аммиачных 0,0010 и фреоновых 0,0025.

Полный к. и. д. компрессора представляет собой произве­ дение индикаторного и механического к. п. д. Механический к. п. д. учитывает потери энергии вследствие трения в подшип­ никах. кривошипно-шатунной группе и обычно [9] равен 0,85— 0,93. Механический к. ш д. зависит от режима работы ком-

31

прессора. Приведенные значения механического к. и. д. соот­ ветствуют паспортным режимам работы машин.

Мощность на валу компрессора может быть рассчитана по

В установках для кондиционирования воздуха используются, ;Как правило, турбокомпрессоры без специального охлаждения

и будет эквивалентна площади 1—2—4—5—6. В реальной ма­ шине благодаря наличию сопротивлений в проточной части про­ исходит диссипация энергии потока и связанное с ней повыше­ ние энтропии пара. Условно реальный процесс сжатия пара в турбокомпрессоре может быть изображен линией 1—3. Площадь под линией 1—3 представляет собой работу, затрачиваемую на преодоление сопротивлений проточной части компрессора. Пол­ ная работа, затрачиваемая на сжатие 1 кг пара, определится уравнением

турбокомпрессора характеризуют так называемым внутренним (политропным) к. п. д., представляющим собой отношение ра­ боты сжатия (площадь 1—3—4—5—6) к полной работе, затра­ гиваемой в компрессоре (площадь А—3—4—5—6—1—В). Од­ нако при сжатии реальных газов (паров) определение этого коэффициента затруднено из-за невозможности использования характеристического уравнения идеального газа и базирую­

32

щихся на нем формул для расчета работы. Применение урав­ нения состояния реального газа значительно усложняет расчет. Поэтому обычно совершенство парового турбокомпрессора .ха­ рактеризуется адиабатным к. п. д., представляющим собой от­ ношение теоретической (адиабатной) работы (площадь 1—2— 4—5—6) к полной работе, затрачиваемой в компрессоре:

Полный адиабатный к. п. д. компрессора

где г)ок — объемный к. п. д. компрессора, представляющий со­

бой отношение массовых расходов воздуха в нагне­ тательном и всасывающем патрубках машины12;

т)мк— механический к. п. д. компрессора, представляющий

собой отношение мощности, переданной пару в ком­ прессоре, к мощности на его валу.

Степень повышения давления в одной ступени турбокомпрес­ сора ограничивается допустимой по условиям прочности и газо­ динамическим условиям течения газа окружной скоростью рабочего колеса. В настоящее время для используемых в ста­ ционарных компрессорных машинах материалов допустимая окружная скорость рабочего колеса составляет 300—350 м/сек. Газодинамические условия работы компрессорной ступени оп­ тимальны, если отношение скорости пара в потоке па выходе из рабочего колеса к скорости распространения звука не пре­ вышает определенного предела. Так как скорость распростра­ нения звука в газах зависит от их физических свойств, то и допустимая окружная скорость компрессорного колеса различна для разных хладагентов. Наибольшая окружная скорость по этому фактору допускается для хладагентов с малой молеку­

допустимые окружные скорости колес при использовании этих агентов позволяют ограничиваться малым числом ступеней турбокомпрессоров. В установках для кондиционирования воз­ духа при использовании в качестве хладагента Ф-12 применя­ ются одноили двухступенчатые машины, в то время как при использовании аммиака в тех же условиях приходится приме­ нять семиступеичатый агрегат (перепад температур па одну ступень равен примерно 6°С).

1 Разница массовых расходов объясняется наличием расхода пара через разгрузочный поршень турбокомпрессора.

5.Реальный цикл ПКХУ

Вразделах 1 и 3 этой главы рассматривались теоретические

рабочие процессы в холодильных установках. Фактические процессы отличаются от них. Прежде всего отличаются от тео­ ретических реальные процессы сжатия пара в компрессорах (см. п. 4). Кроме того, в реальном цикле температуры испаре­ ния Тп и конденсации Тк хладагента отличаются от температур окружающей Т0 и охлаждаемой Г„.с сред, что приводит к не­

в испарителе; і‘іэ и іів — эквивалентные энтальпии хладагента на входе

и выходе из испарителя, определяемые по зна­ чениям средней температуры (среднего дав­ ления) И ЭНТРОПИЙ S) И Sh.

Удельная работа, затрачиваемая в цикле (без учета меха­ нических и объемных потерь в компрессоре), определяется со­ гласно (59):

Эквивалентная этой работе площадь будет Л—а—3—4—5—1—В_ Таким образом, фактический холодильный коэффициент ре­

альной ПКХУ определяется отношением

\

Холодильный коэффициент зависит не только от совершен­ ства установки, но и от условий, в которых она работает, по­ этому лучше характеризовать эффективность работы ПКХУ ее полным к. п. д.

( Г „ — т 0С ) Г „ М Д 5 | ,

Здесь, кроме принятых ранее обозначений, т]д — к. п. д. привод­ ного двигателя КПХУ.

Если потерями давления хладагента в испарителе можно

Т о. с (‘ а — н )

Для эксплуатируемых ПКХУ полный к. п. д. может быть оп­ ределен по величине фактического удельного расхода энергии Э, равного отношению мощности, потребляемой двигателем уста­ новки из сети, к фактической холодильной мощности:

На величину к. п. д. ПКХУ в значительной мере влияет сте­ пень необратимости теплообмена в ее аппаратах, поэтому при ■одинаковой разности температур сред, обменивающихся теплом в испарителе и конденсаторе, к. п. д. установки будет тем ниже, чем меньше разность температур окружающей и охлаждаемой

(все остальные величины такие же, как и в предыдущем слу­ чае) к. л. д. установки составит около 42%.

6. Конструкции основных элементов ПКХУ

Основными элементами ПКХУ являются компрессор, конден­

35

пыс компрессоры простого действия; при большой холодильной мощности — бескренцкопфныс простого действия и крейцкопф­ ные двойного действия. Преимущественное пріпмепение компрес­ соров простого действия в холодильных установках объясняется сложностью герметизации сальникового уплотнения движуще­ гося штока, а также увеличением массы движущихся частей при наличии штока и крейцкопфа.

В холодильных установках широко применяются прямоточ­ ные компрессоры, у которых всасывающие клапаны располо­ жены в поршне, а нагнетательные в крышке цилиндра. Через такой компрессор пар проходит в одном направлении. Прямо­ точные компрессоры имеют преимущества по сравнению с ком­ прессорами обычного типа: при всасывании пар меньше нагре­ вается. более свободно размещаются клапаны, что дает воз­ можность увеличить их проходное сечение. Однако в прямоточ­ ном компрессоре увеличивается масса движущихся частей, усложняется монтаж и демонтаж всасывающих клапанов, ис­ ключается возможность отжима всасывающих клапанов при пуске и для регулирования производительности.

В крупных холодильных установках широко применяются многоцилпндровые блок-картерные компрессоры, цилиндры и картер у которых представляют собой единый литой блок. Эти компрессоры имеют преимущества по сравнению с компрессо­ рами с отдельными цилиндрами, масса и габариты их значи­ тельно меньше. Таким компрессором является фреоновый восьмпцплиндровый одноступенчатый компрессор ФУУ-350, исполь­ зуемый в холодильном агрегате МФ-700. Компрессор ФУУ-350 прямоточный, блок-картерный, с веерообразным расположением цилиндра. Всасываемые пары хладагента поступают в блок-кар­ тер с торца через специальный фильтр (грязеуловитель). В ци­ линдр пар поступает через всасывающий клапан в поршне. На­ гнетаемый пар подается в общий коллектор. Насос для подачи масла расположен в нижней части картера. Скорость вращения вала компрессора 960 об/мин, объем, описываемый поршнями, составляет 28,2 м3/мнн. При /’„= +5°С и А =+35°С компрессо­ ром обеспечивается холодильная мощность 840 квт, установлен­ ная мощность электродвигателя 250 квт.

В установках большой производительности применяются ком­ прессоры оппозитного типа, обладающие хорошей уравновешен­ ностью и выполняемые с повышенной скоростью вращения вала (500 об/мин). К этому типу относятся крупные аммиачные ком­ прессоры АО-600 и АО-1200 с холодопроизводптелыюстью соот­ ветственно 700 квт (600 ккал/ч) и 1400 квт (1200 ккал/ч), ис­ пользуемые в холодильных установках на поверхности шахт.

Компрессор АО-600 обеспечивает при ^,= + 5 °С и /к= +35"С холодильную мощность 750 квт, мощность двигателя 320 квт, скорость вращения вала 500 об/мин, объем, описываемый порш­ нями, 26,5 м3/мин.

36

На рис. II показан аммиачный оппозитпый горизонталь­ ный компрессор АО-600, который состоит из цилиндров 1, на­ правляющих крейцкопфа 2, базы компрессора 3, агрегата маслосмазкн, состоящего из насоса 5 для подачи смазки в цилиндры и к крейцкопфам (лубрикатора), фильтра-холодильника масла 6, используемого для смазки механизма движения (кроме крейц­ копфа) и шестеренного насоса 7.

Выход8оды

О

Рис. 11. Компрессор АО-600:

а — обиши вид; б — продольный разрез цилиндра

37

В настоящее время выпускают унифицированные компрес­ сорные машины, пригодные для сжатия хладагентов различного типа (например, аммиака и фреона).

На рис. 12 показан продольный разрез фреонового двухсту­ пенчатого турбокомпрессора ТКФ-2-48 (ТК-2-1), используемого

Рис. 12. Фреоновый турбокомпрессор ТКФ-2-48

в холодильном агрегате ХТМ-248-4000, холодильная мощность которого при ^п=+5°С и гф=+35°С составляет 5500 квт.

Корпус компрессора 2 выполнен разъемным в горизонталь­ ной плоскости. Вал 1, на котором сидят рабочие колеса 9, опирается на два подшипника: опорный 5 и опорно-упорный 11. Пары фреона поступают во всасывающую камеру 10, а затем в первое рабочёе колесо. Направляющий аппарат <3, располо­ женный перед первой ступенью, служит для регулирования про­ изводительности агрегата. Внутри корпуса размещены так на­ зываемые диафрагмы 8, использующиеся для крепления непо­ движных элементов ступеней и являющиеся одной из стенок канала направляющего аппарата. Из второй ступени пар посту­

28

пает в выходную улитку 4 и затем в нагнетательный трубо­ провод.

Осевое усилие, возникающее при работе компрессора, частич­ но уравновешивается разгрузочным поршнем 7, а частично воспринимается подшипником 11.

Перед вторым рабочим колесом имеется вход для пара из промежуточного сосуда— отделителя жидкости (см. рис. 7), необходимый для осуществления двухступенчатого дросселиро­ вания.

Компрессор имеет выносную систему смазки подшипников и сальника 6, уплотняющего выходной конец вала, схема смаз­ ки — циркуляционная. Для привода компрессора используется синхронный двигатель мощностью 1500 квт.

Турбокомпрессоры аммиачных установок обычно имеют боль­ шее число ступеней. Например, компрессор ТКА-735 холодиль­ ной машины АТКА-735, используемой в системах кондициони­ рования, имеет семь ступеней и регулирование производитель­

обменный аппарат, в котором происходит отбор тепла от хлад­ агента охлаждающей средой. Средой, охлаждающей конден­ сатор, может быть воздух или вода. В шахтных условиях пз-::а значительной мощности применяемых холодильных установок используются конденсаторы только с водяным охлаждением. Конструктивно такие конденсаторы выполняются кожухотрубнымп (горизонтальными или вертикальными), кожухозмеевиковыми пли испарительными. Для крупных холодильных устано­ вок широко применяются горизонтальные кожухотрубные кон­ денсаторы (рис. 13). Конденсатор состоит из цилиндрического корпуса 10 с крышками 1 и 8, в котором размещается пучок труб 13. Трубы завальцованы в решетки 14, одна из которых закрепляется в корпусе жестко, а вторая может перемещаться вдоль оси корпуса. Пары хладагента из компрессора поступают в верхний патрубок 3 и заполняют междутрубное пространство. Конденсируясь на поверхности трубок, хладагент стекает в ниж­ нюю часть аппарата 11, откуда отводится через патрубок. Вода проходит по трубкам конденсатора. Специальными перегород­ ками в крышках пучок труб разделяется на секции, по которым течет вода. Конденсатор обычно снабжается предохранитель­ ным клапаном 4, клапаном 7 для спуска воздуха и указателем уровня 15, отводами 2, 5, б, 9, 12 для подсоединения измери­ тельных приборов, выпуска конденсата. Иногда на крупных аммиачных холодильных установках устанавливаются' верти­ кальные кожухотрубные конденсаторы, конструкции которых

39