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

в хололплыюй установке. Для построения характеристики комп­ рессорно-конденсаторного агрегата па одном графике строят характеристики (липни 1 2, 3) компрессора (рис. 23) и конден­ сатора (линии 4. 5, 6) при одних и тех же температурах конден­ сации хладагента. Тонки пересечения характеристик, построен­ ных для одинаковых температур конденсации, будут опреде­ лять режим совместной работы этих узлов ПК.ХУ (точки а н б).

Рис. 23. Характеристики компрессорно-кон­ денсаторного агрегата

Характеристика компрессорно-конденсаторного агрегата пред­ ставляет собой геометрическое место точек, определяющих ре­ жимы совместной работы компрессора и конденсатора ІІКХУ при различных температурах конденсации (линия 7).

строим характеристику конденсатора, соответствующую температуре конден­

точки пересечения характеристик, соответствующих одинаковым температу­ рам конденсации (точки а и б). Проводим через эти точки характеристику компрессорно-конденсаторного агрегата (линия 7).

60

Характеристика испарителя представляет собой зависимость холодильной мощности этого аппарата от температуры испаре­ ния хладагента, которую можно выразить уравнением

ИТР-210 фреоновой (Ф-12) ПІ\ХУ, если известны: площадь поверхности теп­ лообмена аппарата 210 м-; коэффициент теплопередачи 330 вт/м--град (см. пример 5) и средняя температура охлаждаемой среды 0°С.

Согласно уравнению (96), получаем

Qx = 330 • 210 (0 — /,,) = — 69 300/,,, вт = — 69,3/„, квт.

Характеристика испарителя, построенная по этому уравнению,— линия 1 (см. рис. 25). Характеристики испарителя аппарата при средней температуре охлаждаемой среды 4-5° С и +10° С — линии 2 и 3.

Под характеристикой регулирующего вентиля (РВ) пони­ мают зависимость холодильной мощности установки, обеспечи­ ваемой при различных положениях запорного органа РВ, от температуры кипения хладагента. Расход жидкости через дрос­ сельное устройство может быть определен по выражению L22]:

где а — коэффициент расхода дроссельного устройства; F — площадь живого сечения потока в дросселе, м2;

Рк и ра — соответственно давление перед дросселем (в кон­ денсаторе) и после него (в испарителе), м/м2;

рк — плотность жидкости перед дросселем, кг/м3.

61

Характеристики РВ в координатах расход — давление в ис­ парителе показаны на рис. 25. Каждая кривая отвечает опре­ деленному положению запорного органа вентиля, причем все кривые сходятся в одной точке иа оси абсцисс, в которой дав­ ления в испарителе и конденсаторе равны и, следовательно, рас­ ход хладагента равен нулю.

Так как при постоянной температуре конденсации холодо­ производительность установки определяется расходом хлад­ агента и температурой испарения, кривые на рис. 25 могут быть

Рис. 25. Характеристики регулирующего вентиля (РВ)

перестроены в системе координат: холодопроизводителыюсть — температура испарения. Как видно из рисунка, при некоторой температуре испарения за счет изменения положения запор­ ного органа регулирующего вентиля может быть обеспечен опре­ деленный диапазон холодопроизводительности AQX.

Если при определенном положении запорного органа РВ уве­ личивается температура конденсации, характеристика этого элемента перемещается вверх, а точка пересечения характери­

9.Режим работы парокомпрессорной холодильной установки

иего регулирование

Установившийся режим работы ПКХУ возможен лишь в том случае, когда холодопроизводительности, обеспечиваемые все­ ми основными элементами установки, будут одинаковы. Пара­ метры соответствующего режима могут быть определены графи­ чески. Если совместить на одном графике характеристики 1

62

компрессорно-конденсаторного агрегата и 2 испарителя (рис. 26), то режим работы установки будет определяться точ­ кой а пересечения этих характеристик. Однако точка а соответ­ ствует режиму работы установки только в том случае, если по­ ложение регулирующего вентиля будет таким, что и его харак­ теристика пройдет через эту точку (линия 3). Если же регули­ рующий вёнтнль открыт недостаточно или чрезмерно, то режим работы установки не будет характеризоваться точкой а, отве­ чающей оптимальным условиям. При недостаточном открытии регулирующего вентиля происходит снижение уровня хладаген­

щий вентиль открыт чрезмерно, то испаритель переполняется жидким хладагентом, и компрессор начинает работать «влаж­ ным ходом». При этом резко снижается производительность компрессора и характеристика компрессорно-конденсаторного агрегата смещается вниз (линия 1" на рис. 28). Характеристи­ ка испарителя становится круче, чем при нормальной работе (линия 2), так как при полном заполнении аппарата жидким хладагентом увеличивается коэффициент теплопередачи, а зна­ чит и качество его. Температура конденсации понижается,.- вследствие чего меняется положение характеристики регули­ рующего вентиля (линия 3"). Переходный режим работы уста­ новки и связанные с ним изменения характеристик элементов^ происходят до тех пор, пока не наступит установившийся режим,, т. е. все три характеристики не пересекутся в одной точке Ь.. Как видно из рисунка, установившийся режим работы при чрез­ мерно открытом РВ характеризуется пониженной по сравнению- с оптимальным режимом (точка а) холодильной мощностью, не-

65

говоря уже о том, что влажный ход компрессора недопустим с точки зрения нормальной эксплуатации установки.

При построении характеристик см. рис. 28 и 29) для упро­ щения принимали, что температура охлаждаемой среды

остается постоянной, несмотря па изменение режима раооты хо­ лодильной установки. В реальных условиях снижение холодиль­

дильной установки будет определяться анализом характеристик ПКХУ и помещения (рис. 29).

6 4

Тепловому равновесию соответствует равенство холодильной мощности компрессорно-конденсаторного агрегата, испарителя и мощности, отбираемой от охлаждаемого помещения, т. е. в этом случае ординаты точек а и b должны быть равны.

Температура, установившаяся в помещении, соответствует точке пересечения характеристики 2 испарителя с осью абсцисс (рассматривается случай непосредственного охлаждения, когда промежуточный хладоноситель отсутствует). Таким образом, эта точка должна лежать на вертикали, опущенной из точки b характеристики помещения 4.

Изменение холодильной мощности установки, обслуживаю­ щей помещение, например, за счет уменьшения производитель­ ности компрессора, приводит к изменению положения характе­ ристики компрессорно-конденсаторного агрегата (линия Г). Поскольку при этом изменяется температура в помещении, характеристика испарителя перемещается параллельно линии 2, так чтобы вновь было обеспечено тепловое равновесие (ли­ ния 2'). Новый режим работы будет характеризоваться точка­ ми а' и b'.

Характеристики горных выработок как объектов кондицио­ нирования воздуха определяются сложнее, чем характеристика помещения в описанном выше случае. Только совместный ана­ лиз этих характеристик, характеристик охлаждающих аппара­ тов и элементов ПКХУ позволяет установить режим работы всех узлов установки, выяснить влияние каждого из них на ат­ мосферные условия в обслуживаемых горных выработках, а также режим работы ПКХУ.

При работе холодильных установок систем кондиционирова­ ния часто возникает необходимость регулирования их холодо­ производительности.

Парокомпрессорные холодильные установки саморегули­ руются. При изменении условий работы установки происходит изменение характеристик ее элементов и наступает новый уста­ новившийся режим работы. Однако этот естественный режим работы не всегда является оптимальным в новых условиях и поэтому возникает необходимость в дополнительном искусствен­ ном изменении его с целью повышения эффективности работы установки.

Фактически изменение характеристики любого из трех основ­ ных элементов холодильной установки приводит и к изменению характеристик остальных узлов, т. е. к установлению нового режима работы. Однако влияние каждого узла на общую холо- допроизводителы-юсть различно. Так, по данным [11], увеличе­ ние производительности компрессора' на 10% приводит к уве­ личению холодопроизводителы-юсти всей установки на 6,2%; такое же увеличение холодопроизводительности конденсатора повышает производительность установки только на 0,8%, а ис­ парителя на 1,8%. Регулирующий вентиль при нормальной ра-

боте не должен влиять на режим работы установки. Положение вентиля всегда должно быть таким, чтобы обеспечивался оп­ тимальный режим, определяемый взаимным расположением’.ха­ рактеристик компрессорно-конденсаторного агрегата п испари­ теля. Изменение сечения вентиля нормально является не причи­ ной, а следствием изменения режима.

В настоящее время регулирование режима работы пароком­ прессорных холодильных установок■производится изменением производительности компрессора или изменением площади теп­ лообмена испарителя (секционированные испарители).

Способы регулирования производительности компрессоров ПКХУ зависят от типа компрессора.

При использовании поршневых компрессоров для этой цели отключают отдельные рабочие полости (у компрессоров, имею­ щих несколько параллельно работающих цилиндров или поло­ стей) или перепускают пар из нагнетательной полости цилиндра во всасывающую, изменяют объем вредного пространства и дросселируют засасываемый пар.

Отключение отдельных рабочих полостей поршневого ком­ прессора производится обычно за счет принудительного откры­ тия (отжима пластин) всасывающих клапанов. В этом случае пар всасывается через открытый клапан и при обратном ходе через него же выталкивается во всасывающий трубопровод. Производительность полости становится равной нулю, индика­ торная диаграмма показана на рис. 30, а. Отжим всасывающих клапанов применяется не только для регулирования холодиль­ ной мощности, но и для снижения нагрузки приводного двига­ теля при запуске. Этот метод регулирования может приме­ няться только у непрямоточпых машин. Преимуществами этого способа регулирования являются сравнительно высокая эконо­ мичность (потребляемая мощность уменьшается почти пропор­ ционально производительности) и простота осуществления, воз­ можность использования его для облегчения пуска двигателя. Основной недостаток — необходимость механического воздейст­ вия на клапанные пластины и связанное с этим снижение на­ дежности работы клапанов, являющихся и бёз того самым уяз­ вимым элементом компрессора.

Этот способ регулирования производительности широко при­ меняется в новых конструкциях непрямоточных блок-картерных компрессоров.

В некоторых случаях для регулирования производительно­ сти используется перепуск (байпасирование) воздуха на части хода из цилиндра во всасывающую полость. Для этой цели в цилиндре на определенном расстоянии от крышки устраиваются отверстия, соединенные каналом со всасывающей полостью. Эти отверстия нормально перекрыты специальным клапаном, кото­ рый открывается в случае необходимости снижения производи­ тельности компрессора. При открытом байпасе на части хода

6 6

цилиндру дополнительных объемов, увеличивающих вредное пространство. Увеличение вредного пространства компрессора приводит к снижению его объемного коэффициента и производи­ тельности. Рассчитав соответствующим образом дополнительно присоединяемые объемы, можно получить при их подсоединении снижение производительности полости на 25, 50 или 75%. Инди­ каторная диаграмма регулируемой полости при подсоединении двух дополнительных объемов показана на рис. 30,в. Увеличе­ ние массы вещества, принимающего участие в процессе сжатия

экономичен, но требует усложнения конструкции компрессора. Регулирование производительности дросселированием пара на всасывании приводит к искусственному увеличению степени повышения давления в компрессоре. Вследствие этого сни­

жается коэффициент подачи и производительность агрегата (рис. 30,г). Этот способ малоэкономичен, так как уменьшение производительности связано с увеличением удельного расхода энергии. Достоинством способа является его простота н воз­ можность осуществления независимо от типа компрессора. Этот способ нашел применение в малых холодильных машинах.

В турбокомпрессорных холодильных установках холодиль­ ная мощность регулируется обычно либо за счет поворота лопа­ ток входного направляющего аппарата (ВНА), устанавливае­ мого перед первым рабочим колесом, либо за счет дросселиро­ вания потока перед компрессором.

Регулирование ВНА нашло применение главным образом при использовании турбокомпрессоров с малым числом ступепеней (1—3). В установках для кондиционирования воздуха этот метод используется во фреоновых турбокомпрессорах ТК-3-1 (ТКФ-348), ТКФ-235.

Предварительное закручивание потока пара приводит к из­ менению степени повышения давления рабочего колеса (за­ кручивание потока по направлению вращения колеса снижает его напор, против направления вращения-—-увеличивает напор).

Примерный вид характеристик и изменение холодильной мощности и мощности на валу турбокомпрессора при регулиро­ вании его производительности этим методом [27] показан на рис. 31. На рис. 31,а приведены зависимости Qx = /'(rк) при раз­ личных углах установки ВНА-1; обобщенная характеристика 2 конденсатора, показывающая зависимость температуры конден­ сации от холодильной мощности, и характеристика 3 испари­ теля. Показано также определение параметров режима работы агрегата при угле установки ВНА сц (точка а). На рис. 31,6 показаны зависимость холодильной мощности и мощности на валу от угла установки лопаток ВНА. Как видно, удельная мощность установки при регулировании увеличивается незна-

.чительно (при Qx = 0,5 Qxuом примерно на 15%).

6 8

У многоступенчатых компрессоров установка ВНА только перед первой ступенью не дает возможности экономичного ре­ гулирования производительности машины в широком диапазоне. В этих случаях приходится устанавливать ВНА перед несколь­ кими или перед всеми ступенями, что приводит к усложнению конструкции компрессора и схемы регулирования, так как поло­ жение лопаток всех направляющих аппаратов должно быть со­ гласовано.

дросселированием на всасывании. При дросселировании хлад­ агента перед турбокомпрессором снижаются температура и давление пара, засасываемого компрессором. Это значит, что при том же объеме засасываемого пара массовая производи­ тельность компрессора уменьшается. Кроме того, за счет умень­ шения начальной температуры изменяется и степень повышения

Справа характеристики ограничиваются линией 3 — границей зоны устойчивой работы компрессора. На этом же рисунке по­ казана обобщенная характеристика 2 конденсатора.

На рис.132, б показаны [27] зависимости удельной мощности на валу, температур конденсации, испарения и на входе в комп­ рессор от холодильной мощности при регулировании последней дросселированием на всасывании.

69