1.10. Мощность компрессора и энергетические коэффициенты

Теоретический рабочийпроцессвцилиндрах поршневогокомпрессорапроисходитбезпотерьитеплообменаприпостоянстведавления всасывания в конце сжатия. В реальных машинах имеются вредноепространствоиразнообразныепотери, чтоприводиткзначительно большей затрате энергии на сжатие хладагента по сравнению с теоретическим процессом.

В теоретическом процессе сжатие паров хладагента совершается адиабатически, при этом затрачивается мощность (кВт)

где Gт — теоретическое количество циркулирующего хладагента (в первой формуле в кг/с, во второй в кг/ч); i1 и i2 — энтальпии паров хладагента в начале и конце сжатия, кДж/кг.

Действительная (индикаторная) мощность, затрачиваемая компрессором, больше, чем теоретическая. Обычно определяют ее по индикаторной диаграмме, вычерченной специальным прибором— индикатором. Площадьиндикаторнойдиаграммы(рис. 1.20) характеризуетвопределенноммасштабе мощность за один оборот коленчатого вала компрессора и определяется произведением

хода поршня S (м) на среднее индикаторное давление Рi (Н/м2):

57

щадь поршня Fп (м2) и частоту вращения вала компрессора n (об/с), можно найти индикаторную мощность:

Индикаторная диаграмма, снятая с работающего компрессора, позволяетобнаружитьследующиенедостаткивегоработе(рис. 1.21): большое вредное пространство (линия обратного расширения 6 идет болееполого); неплотностьвсасывающегоклапана(линияобратного расширения5 спадаеткрутовниз; линиясжатия3 приэтомможетпойти даже ниже изотермической, линии Т = const); неплотность нагнетательного клапана (линия сжатия 2 идет круто вверх); большое сопротивление при всасывании (значительное понижение давления 4 перед всасыванием); большоесопротивлениепринагнетании(значительный подъем линии сжатия 1 в конце нагнетания); заедание всасывающего клапана (линия сжатия 7 смещена влево).

В реальном процессе сжатие паров и обратное расширение их остатка из вредного пространства компрессора происходят не адиабатически, а с изменяющимся направлением теплообмена между парами и стенками цилиндра. Существуют также дросселирование паров, перетечки и потери части массы при сжатии.

ИндикаторныйКПДучитываетпотериработынасжатиехладагента в реальном компрессоре по сравнению с теоретическим и численно выражается отношением теоретически необходимой (обычно адиабатической) мощности к действительно затраченной индикаторной мощности Лi = Nт/Ni. Для малых и средних фреоновых компрессоровЛi = 0,65-0,84. ИндикаторныйКПДхарактеризуетэнергетическиепотериоттеплообменавцилиндреиотпадения давления в клапанах, но не учитывает потери на трение в движущихся частях компрессора. Мощность, расходуемая на

58

Мощность, затраченнаянавалукомпрессора, называетсяэффективноймощностью. Онабольшеиндикаторнойнавеличинупотерь на трение:

NЕ = Ni+Nтр.

Механический КПД оценивает потери на трение и выражается отношением индикаторной мощности к эффективной:

ηмех=Ni/NЕ

У современных поршневых компрессоров ηмех = 0,84 ÷ 0,97. Его значение зависит от мощности и конструктивных особенностей машины, качества монтажа, режима работы и смазки, степени изношенности механизма. Эффективный КПД компрессора:

hе = hihмех, или hе =Nт/Nе.

Потребляемаякомпрессороммощностьзависитотрежимаработы

— холодильной машины. На рис. 1.19 показано влияние температур кипения и конденсации на эффективную мощность компрессора, котораяещезависитиотвеличинынагрузкинакомпрессор. Однакохарактер зависимости холодопроизводительности и потребяемой мощности от температуры кипения неодинаков. Холодопроизводительность неуклонно увеличивается с повышением температуры кипения хладагента. Потребляемаямощностьнарядережимоввозрастаеттолько до определенных пределов, а затем стабилизируется и даже снижаетсявзависимостиотсоотношениядавленийвконденсатореивиспарителехолодильноймашины, т. е. отстепенисжатиякомпрессора(рабочего соотношения давлений) πк= Pк/P0.

Электродвигатель привода компрессора подбирают по режиму максимального потребления энергии с учетом потерь в передаче (если она имеется) и с 8—15 % -ным запасом во избежание перегрузки. Мощность электродвигателя:

где ηп — КПД клиноременной передачи 0,94—0,98; ηэл — КПД электродвигателя(взависимостиотмощностиитипадвигателяηэл

= 0,85 ÷ 0,94).

При тепловом расчете цикла машин с двухступенчатым сжатием значение промежуточного давления, величина которого связана

59

с уровнем эффективности машины, следует определять по максимуму холодильного коэффициента. Меньшую трудоемкость расчетапридостаточной дляпрактических целейточностиобеспечивает способ определения этого давления по минимуму цикловой энергии, затрачиваемойнаработукомпрессоров. Вэтомслучаеприизоэнтропном процессе сжатия вкомпрессорах первой ивторой ступеней, а также одинаковой температуре на всасывании этих компрессоров промежуточное давление:

Расчетцикламашинысмногоступенчатымсжатиемимногократным дросселированием ведут в последовательности, изложенной выше для одноступенчатой машины. Параметры рабочего тела в узловых точках цикланаходятпоуравнениямсмешениясучетомматериальногоитеплового баланса промежуточного сосуда. Так, для двухступенчатой машины с полным промежуточным охлаждением и двукратнымдросселированием(рис. 1.22) тепловойбаланспромежуточногососуда:

Рис. 1.22. Схема паровой компрессорной холодильной машины с двухступенчатым повышением давления, двукратным дросселированием и полным промежуточным охлаждением (а) и ее термодинамический цикл (б) К1, 2 — компрессор; Д1, 2 — дроссельныйвентиль; ПО— промежуточныйохладитель; КС— конденсатор; ПС — промежуточный сосуд ; И — испаритель

60