Книга Вальт ЖД Хладотранспорт

Нижняя часть поршня соединена с шатуном 11, который соединён с коленчатым валом 12. Цилиндр компрессора 9 опирается на картер 10. Верхняя зона цилиндра охлаждается водяной трубкой 13 или охлаждающими рёбрами (если охлаждение воздушное). Поршень также выполняет роль ползуна (крейцкопфа), поэтому поршневой шток в машине отсутствует. Поршень никогда не подходит вплотную к ложной крышке, образуя так называемое «вредное» пространство, в котором остаются пары холодильного агента. При движении поршня вниз пары расширяются. Давление их сравнивается с давлением в испарителе, после чего снова начинается процесс всасывания пара. Коленчатый вал 12, как правило, приводится во вращение электродвигателем. Движение от электродвигателя коленчатому валу передаётся через ременную или другие виды передач.

В большинстве случаев на транспорте применяют двух- и многоцилиндровые бескрейцкопфные холодильные компрессоры (таблица 2.3). Большое число цилиндров и их расположение уравновешивают силы инерции и позволяют увеличить число оборотов, что сокращает вес компрессора на единицу холодопроизводительности. Это те качества, которыми должны обладать наиболее современные конструкции транспортных компрессоров.

82

84

2.7. Рабочий процесс компрессора

Теоретический и рабочий процессы компрессора в индикаторной диаграмме несколько различны. При построении теоретической индикаторной диаграммы (рис. 2.17, а) принимают, что началом движения поршня из левого крайнего положения в правое открывается всасывающий клапан, и пар холодильного агента поступает в компрессор. Объём его цилиндра равен объёму, который описывает поршень. Весь этот объём заполняется парами холодильного агента при постоянном давлении P0, равным давлению в испарителе. Кроме того, постоянными остаются температура и удельный объём паров. Линия а-1 изображает процесс всасывания. Заканчивается всасывание в тот момент, когда поршень достигает крайнего правого положения. Всасывающий клапан закрывается и при обратном ходе поршня происходит адиабатическое сжатие паров в компрессоре до давления Pк, равного давлению в конденсаторе (линии 1-2). При этом открывается нагнетательный клапан, через который пары холодильного агента выталкиваются из цилиндра и конденсатор при постоянном давлении Pк (линия а-d).

Так как цилиндр теоретически не имеет вредного пространства, при достижении поршнем крайнего левого положения весь пар вытесняется из цилиндра. Вредное пространство изменяет рабочий процесс компрессора и приводит к значительным потерям, что видно из действительной индикаторной диаграммы (рис. 2.17, б). Во вредном пространстве, объём которого V0, всегда остаётся сжатый пар. При обратном ходе поршня пар расширяется (линия d-а), занимая дополнительный объём Vc. Для преодоления инерции клапана создаётся дополнительное разряжение P1. Только

85

после этого открывается всасывающий клапан и пары всасываются вновь

(ниже P0 на Р). Вредное пространство уменьшает количество всасываемого холодильного агента и снижает производительность компрессора. Теоретическую холодопроизводительность компрессора в Вт можно определить по формуле:

Q от = V3λ.6q ,

где λ – коэффициент подачи компрессора;

q – объёмная холодопроизводительность хладагента, кДж/м3. Объём, описываемый поршнями компрессора в м3/час, определяют

по формуле:

V = πD4 2 Sn 60 Z = 47 .1D 2 SnZ ,

где D – диаметр цилиндра компрессора, м; S – ход поршня, м;

n – частота вращения, об/мин; Z – число цилиндров.

Чтобы вычислить действительную холодопроизводительность компрессора, вводят ряд рабочих коэффициентов, которые отражают факторы, не учтённые в теоретическом цикле.

86

Коэффициент подачи λ представляет собой отношение объёма всасываемых компрессором паров к геометрическому объёму, описываемому поршнями:

λ = V 1 .

V h

Коэффициент подачи λ выражает также отношение действительной холодопроизводительности компрессора к теоретической. Он зависит от типа компрессора, его габаритов, класса изготовления, режима работы. Точное значение этого коэффициента определяют на основании данных испытаний при различных режимах работы. Коэффициент подачи можно предварительно оценить по формуле:

λ = λ с λ пλ пл ,

где λс – объёмный коэффициент;

где С – коэффициент вредного пространства, (для транспортных компрессоров С=0,03 . . . 0,05);

m – показатель политропы расширения среды, заключённой во вредном пространстве компрессора (0,9-1,1);

λп – коэффициент подогрева, учитывающий снижение объёмной

87

производительности из-за теплообмена между рабочим агентом и стенками цилиндра, а также из-за сопротивления всасывающего клапана компрессора:

λпл – коэффициент плотности, учитывающий снижение производительности из-за протекания рабочего агента из пространства с более высоким давлением в пространство с меньшим давлением, можно принимать равным 0,95-0,98.

Коэффициент подачи также определяется по соответствующим графикам или по справочным таблицам.

2.8. Мощность компрессора и энергетические потери

Теоретическую мощность, потребляемую компрессором, определяют при адиабатическом процессе сжатия, отсутствии неплотностей в клапанах и поршневых кольцах без учёта вредного пространства, теплообмена, сопротивления в клапанах и трения:

N теор = G ( i 2 − i1 ) ,

где G – количество пара, сжимаемое за цикл, кг.

Действительная мощность Ni , потребляемая компрессором, больше теоретической. Её находят по индикаторной диаграмме и называют индикаторной. Полную мощность, затрачиваемую на валу ком-

88

прессора, называют эффективной Nэ и определяют с учётом механических потерь на преодоление сопротивления в движущихся частях.

Потери в компрессорах характеризуются энергетическими коэффициентами, которые позволяют установить соотношение между теоретической и индикаторной или эффективной мощностями.

Индикаторный КПД учитывает потери на 1 кг холодильного агента в действительном процессе компрессора по сравнению с теоретическим. Выражается он отношением теоретически необходимой работы к индикаторной:

Величина индикаторного коэффициента зависит от интенсивности внутреннего теплообмена в компрессоре, депрессии при всасывании Р1

и нагнетании Р/ (см. рис. 2.17). Интенсивность теплообмена зависит от степени сжатия и других факторов.

Механический КПД ηм учитывает потери на трение в движущихся частях компрессора и выражает собой отношение индикаторной мощности к эффективной, то есть мощности , затрачиваемой на валу компрессора:

где Nтрен – мощность, затрачиваемая на преодоление трения,

89

N трен = V ρтрен ,

где ρтрен – удельное трение (для аммиачных машин 46 - 69 и для фреоно вых 39 - 59 кН/м2).

Потери на трение зависят от качества масла, правильности эксплуатации, нагрузки и т.д. Значение механического коэффициента колеблется в пределах 0,85 - 0,90. Полная или эффективная мощность компрессора:

N э = N i .

η м

Мощность электродвигателя определяется по формуле:

где ηр – КПД передачи (0,96 - 0,99);

ηэл – КПД электродвигателя (колеблется в пределах 0,8 - 0,9).

2.9. Определение холодопроизводительности компрессора

Холодопроизводительность компрессора и потребляемая мощность компрессора зависят от температуры кипения (t0), конденсации (tк), всасывания (tвс) и переохлаждения (tи). Поэтому машины сравнивают по хо-

90