ВВЕДЕНИЕ
На современном этапе развития общества четко обозначилась тенденция к повсеместному использованию технических достижений не только в производственное - технологических целях, но и в быту. Одним из таких достижений является бытовой кондиционер, позволяющий получать оптимальные климатические условия в жилых помещениях. Анализ российского рынка бытовых кондиционеров показывает, что последние пять лет этот сектор динамично развивается. В различных профильных изданиях экспертами высказываются предположения о дальнейшем росте рынка бытовых кондиционеров, среди которых большая часть продаж приходится на сплит-системы.
Сплит-система (от английского слова "Split" - раздельный) конструктивно выполнена из двух блоков - наружного и внутреннего, соединяемых между собой медными трубами - магистралями для хладагента. В наружном блоке располагаются: компрессор, конденсатор, электродвигатель с вентилятором, дроссельный узел. Во внутреннем блоке расположены: испаритель, электродвигатель с вентилятором и электронный блок управления.
Очевидно, что наружный блок устанавливается вне помещения, а внутренний, соответственно, внутри. Такое конструктивное исполнение кондиционеров находит все большее предпочтение перед оконными, хотя последние, как правило, гораздо дешевле.
Естественно, видя развивающуюся тенденцию данного вида рынка, руководством ОАО «Машиностроительный завод» было решено организовать производство бытовых кондиционеров в одном из цехов завода. Кондиционеры выпускаются под торговой маркой «ЭЛЕМАШ».
Организация и сам ход производства повлекли за собой ряд естественных трудностей, одной из которых явился расчет капиллярной трубки. Забегая вперед, скажу, что в бытовой холодильной технике в качестве дроссельного устройства используются именно капиллярные трубки. И если по вопросам расчетов испарителя и конденсатора имеется достаточно литературы как отечественных, так и зарубежных авторов, то капиллярной трубке внимания уделялось гораздо меньше. Думаю, что это было связано со сферой ее применения - бытовая техника, которой традиционно в СССР уделялось мало внимания. Поэтому основные труды - это публикации в иностранной тематической литературе (например "Refrigerating Engineering").
Теперь посмотрим на эту проблему со стороны инженера-проектировщика. Ему необходимо иметь не только сам способ (теоретический) расчета, но и практическую методику проектирования капиллярной трубки. Поскольку расчетные данные, как правило, отличаются от экспериментальных. Так в чем же сложность? Во-первых, в литературе можно встретить несколько способов расчета длины капиллярной трубки при заданном внутреннем диаметре. Это как аналитические методы, так и графические. Автором данной работы были проведены расчеты различными способами, и в результате получилось, что по каждому методу получались разные результаты, сильно отличающиеся друг от друга. Отсюда сразу же возникает вопрос - на сколько верны сами методик расчета? Во-вторых, авторы почти всех методик оговаривают, что впоследствии расчет требует дополнительных экспериментальных работ по «доведению» длины трубки до оптимального значения. Значит, разработчику необходимо будет «смириться» с тем, что все-таки проведение экспериментов необходимо. И в третьих, все предлагаемые методики в основном предназначены для цикла охлаждения, однако практически все современные сплит-системы оснащены также режимом теплового насоса, осуществляемого реверсированием потока хладагента. Более того, в климатических условиях средней полосы России режим теплового насоса является основным, поэтому методика проектирования должна обязательно быть применимой и к этому режиму.
Еще один момент, на который хотелось бы обратить внимание. При использовании графического способа определения длины капиллярной трубки велика вероятность появления ошибки. Особенно, если определение конечного результата связано с переносом значений с одного графика на другой. В этом случае может возникнуть ошибка не только при проведении графических построений, но и по причине низкого качества печати самой номограммы (графика). Поэтому при разработке методики если и использовать какие-либо графические зависимости, то только в качестве предварительных оценок отдельных параметров. К тому же развитие современных ПК и соответствующего программного обеспечения к ним, позволяет выполнять расчеты при минимальном количестве затрачиваемого времени.
Исходя из всего выше сказанного, сформулирую основные требования к методике проектирования капиллярной трубки для бытовых сплит-систем:
- наличие аналитического способа расчета длины капиллярной трубки;
- правильность расчетов, которая позволила бы уменьшить количество экспериментов на этапе разработки;
- возможность применения к режиму теплового насоса.
С учетом указанных требований и велась исследовательская работа, представляемая в данном материале
1. Состояние вопроса. Цели и задачи исследования
1.1 Основные типы регулировочных устройств.
Следующим за компрессором и конденсатором основным элементом холодильной машины является регулирующее устройство (РУ). Регулирующее устройство выполняет две задачи: понижает давление жидкого холодильного агента и регулирует подачу его в испаритель.
В зависимости от типа и назначения холодильной машины могут применяться различные устройства, обеспечивающие питание испарителя холодильным агентом. Известно большое количество таких регулировочных устройств, но в последнее время часто используется лишь несколько типов, которые представлены на рис. 1.1.
В качестве регулировочного устройства РРВ в настоящее время используется редко, как правило, в лабораторных условиях для экспериментов исследовательского характера.
ТРВ - один из самых широко используемых типов РУ. Область его применения - холодильные машины большой мощности, как правило, промышленного назначения. Преимущества использования данного типа РУ состоит в том, что он обеспечивает питание испарителя требуемым количеством хладагента в широком диапазоне рабочих условий.
ЭМРВ используется в основном в бытовых кондиционерах большой мощности (холодопроизводительность выше 5 кВт)
KT - второй тип широко используемого РУ. Применяется в основном в бытовых холодильных машинах малой мощности. Основное преимущество состоит в том, что в условиях постоянных нагрузок и постоянного давления нагнетания - это самое дешевое устройство. Именно этот фактор и определил предпочтение КТ перед другими устройствами при производстве бытовой техники (холодильники, кондиционеры, морозильные камеры и т.п.), носящего крупносерийный характер.
Рис 1.1. Типы регулировочных устройств.
РРВ - ручной регулировочный вентиль; ПРНД - поплавковый регулятор низкого давления;
ТРВ - терморегулирующий вентиль; ЭМРВ - электромагнитный регулирующий вентиль;
КТ - капиллярная трубка.
1.1.1 Капиллярная трубка - как регулирующее устройство.
Капиллярная трубка - это самый простой регулятор расхода хладагента. Капиллярной трубкой называют трубы длиной 600 - 6000 мм с внутренним диаметром от 0,63 до 2,29 мм. Почти все авторы, работавшие с капиллярной трубкой, отмечали, что термин «капиллярная трубка» является неточным, так как проходное сечение слишком велико для осуществления явлений капиллярности. Чтобы правильнее охарактеризовать работу капиллярной трубки, более подойдет английское слово "Restrictor", что в переводе означает «Ограничитель». Действительно, по своему характеру, капиллярная трубка - это не регулирующее устройство, она только сдерживает поток холодильного агента, в связи с чем, перед трубкой создается определенное давление. Но несмотря на это, термин «капиллярная трубка» уже устоялся в холодильной технике, поэтому и в данной работе упомянутое устройство будет фигурировать под тем же названием.
Капиллярную трубку небольшого диаметра и определенной длины монтируют обычно вместо жидкостного трубопровода между конденсатором и испарителем. Она ограничивает или регулирует поток жидкого хладагента из конденсатора в испаритель и поддерживает заданную рабочую разность давлений между этими двумя аппаратами вследствие высокого сопротивления из-за трения. В трубке возникает дроссельный эффект, при котором снижается давление жидкого хладагента и образуется пар.