2. Тепловой расчет

Тепловой расчет любого типа холодильной машины (теплового насоса) является основным, на базе которого проводятся дальнейшие расчеты. При проектировании компрессора тепловой расчет необходим для определения:

• объемной производительности компрессора;

• потребляемой мощности;

• коэффициента преобразования цикла холодильной машины, в состав которой входит проектируемый компрессор.

Исходя из технического задания на проектирование, считаем окончательно определенными: производительность компрессора {Q_o или Q_k), рабочее вещество, температуру кипения (t_o) и конденсации (t_к).

В качестве дополнительных исходных характеристик должны быть определены (или могут быть заданы) следующие температуры:

• температура переохлаждения жидкого рабочего вещества в конденсаторе при теплообмене с окружающей средой (t₃=t_K—∆t). Величина переохлаждения (∆t) традиционно составляет 3...5°С.

• температура всасывания (t₄=t_o+∆t_вс). Перегрев всасываемого пара ∆t_вс=3...5°С. Условно перегрев принимают полезным.

По таблицам насыщения выбранного рабочего вещества или по диаграмме определяют давления t_o →p_o, t_к→p_к.

Регенерация применяется только для рабочих веществ HFC- и CHFC-типа. Влияние регенерации на работу компрессора и характеристики цикла рассмотрены в и. 2.2.

Тепловой расчет начинается с изображения схемы машины и построения цикла в диаграммах «T-s» и «lgp-h». Параметры в узловых точках цикла заносятся в таблицу (Таблица 1). Таблица является наиболее распространенной и удобной формой записи, позволяющая легко ориентироваться в изменении параметров рабочего вещества при осуществлении цикла.

2.1. Одноступенчатая холодильная машина (тепловой насос)

Схема машины (с набором исключительно основных элементов) приведена на рис.2а. На цикл холодильной машины вспомогательные элементы (линейный ресивер, маслоотделитель, запорные вентили) влияния не оказывают, поэтому их изображение обязательным не является. Цикл машины в диаграммах «T-S» и «lgp-h» представлен на рис.2б,в.

Рис. 2. Одноступенчатая холодильная машина (тепловой насос):

а) схема; б) цикл в диаграмме «T-s»; в) цикл в диаграмме «lgp-h»

Порядок проведения расчета

1. Удельные характеристики цикла

1.1. удельная массовая холодопроизводителыюсть

1.2. удельная объемная холодопроизводительность

1.3. удельная адиабатная работа сжатия

1.4. удельное тепло, отведенное в конденсаторе (только для расчета теплового насоса)

2. Массовый расход агента (в литературе прошлых лет изданий - G_a)

• для холодильной машины

• для теплового насоса

(если величина Q_o является неизвестной)

3. Действительная объемная производительность компрессора

4. Коэффициент подачи компрессора

где

здесь

λ_с - коэффициент подачи, учитывающий влияние «мертвого пространства», с - относительная величина «мертвого пространства», зависящая от типа и размеров компрессора, конструкции клапанов и режима работы, с = 0,015 ... 0,05 (большие величины соответствуют малым компрессорам. Исключение составляют малые и мелкие компрессоры с язычковыми клапанами, для которых с необходимо принимать минимальным), т - показатель политропы обратного расширения из «мертвого пространства» (Таблица 2); λ'_w - коэффициент, учитывающий объемные потери, вызванные дросселированием пара в клапанах, подогревом пара от стенок цилиндра в процессе всасывания, перетеканием из полости сжатия в полость всасывания в результате внутренних неплотностей

5. Теоретический объем, описанный поршнями компрессора

6. Адиабатная мощность компрессора

7. Индикаторная мощность компрессора

здесь

η_i- индикаторный КПД; b - коэффициент (Таблица 3); t₀ - температура кипения (в градусах

Цельсия со своим знаком)

8. Мощность трения

где

P_imp - среднее индикаторное давление трения (величина условная) - Таблица 4

9. Эффективная мощность компрессора

10. Электрическая мощность компрессора

где

η_{эл. дв} - КПД электродвигателя. Электродвигатель подбирают по каталогам (Приложение 2) по номинальной мощности и частоте вращения вала. Частота вращения вала двигателя для сальниковых компрессоров с приводом через муфту и бессальниковых (герметичных) компрессоров совпадает с частотой вращения вала компрессора. Для сальниковых компрессоров с приводом через клиноременную передачу двигатель выбирают с частотой вращения вала большей, чем компрессор, с целью уменьшения габаритов двигателя.

Номинальная мощность электродвигателя N_{эл. дв} должна быть равной или превьппатъ эффективную мощность компрессора N_e. Для последующих расчетов необходимо использовать действительную (асинхронную частоту вращения вала n, соответствующую выбранному электродвигателю.)

11. Термодинамическая эффективность машины в целом:

11.1. Теоретический коэффициент преобразования

11.2. Коэффициент преобразования цикла Карно

(если Т_кам, и Т_ср являются известными)

или

11.3. Теоретическая степень термодинамического совершенства

11.4 Действительный коэффициент преобразования

11.5. Действительная степень термодинамического совершенства