На диаграмме

2. Определение параметров холодильной машины

Определить термодинамическую эффективность цикла парокомпрессионной холодильной машины с регенеративным теплообменником.

Рисунок 12. – Схема холодильной машины с регенеративным

Теплообменником

Исходные данные:

Хладагент .

Холодопроизводительность – , Вт.

Температура окружающей среды – .

Температура конденсации – .

Температура кипения – .

Последовательность решения:

Выполнить рисунок необходимого цикла в диаграмме и .

Нанести на рисунок тепловые процессы обратимого цикла.

По исходным данным с использованием диаграммы состояния хладагента определить параметры в узловых точках цикла (табл. 2).

Таблица 2

Параметры цикла в узловых точках

Параметр	а	1	2	2’	3	4	5
t,°С		-40	10	20	20	-40
Р, МПа		0,03	0,42	0,42	0,42	0,03
i, кДж/кг		370	420	400	220	220
S, кДж/кг		1,77	1,77	1,71	1,24	1,33
V, м3/кг

С помощью исходных данных и таблицы 2 определяются следующие параметры:

Тепловой баланс регенеративного теплообменника:

.

Удельная массовая холодопроизводительность, кДж/кг:

.

Удельная объемная холодопроизводительность, кДж/м³:

.

где – удельный объем в точке 1, м³/кг.

Удельная тепловая нагрузка в конденсаторе, кДж/кг:

.

Удельная адиабатная работа цикла, кДж/кг:

.

Удельная теплота перегрева, кДж/кг:

.

Удельная теплота регенерации, кДж/кг:

.

Теоретический холодильный коэффициент цикла:

Массовый расход хладагента, кг/с:

Адиабатная мощность компрессора, кВт:

Тепловая нагрузка конденсатора, кВт:

Объемная производительность компрессора, м³/с:

Задача №3. Тепловой расчет компрессора

Исходные данные:

Необходимые исходные данные можно получить, решив задачу №2.

Частота вращения – .

Отношение хода поршня к диаметру поршня – .

Относительный мертвый объем .

Последовательность решения:

Отношение давления конденсации к давлению кипения:

.

Определение коэффициента подачи по формуле Бадылькеса:

.

Объем, описываемый поршнем, м³/с:

.

Диаметр цилиндра компрессора (расчетный), м:

.

Полученный диаметр поршня округляют до ближайшего большего значения из размерного ряда.

Ход поршня, м:

.

Средняя скорость поршня, м/с:

.

Индикаторная мощность компрессора, кВт:

,

где – индикаторный кпд, который определяется по эмпирической формуле:

.

Мощность трения, кВт:

,

где Па – давление трения – опытный коэффициент.

Эффективная мощность, кВт:

.

Механический кпд компрессора:

.

Эффективный кпд компрессора:

.

Эффективный холодильный коэффициент:

.

Коэффициент обратимости:

.

Потери давления на всасывании (депрессия на всасывании):

МПа.

Потери давления на нагнетании (депрессия на нагнетании):

МПа.

Задача №4. Динамический расчет компрессора

Исходные данные:

Необходимые исходные данные можно получить, решив задачу №2, 3.

Последовательность решения:

В ходе динамического расчета определяются силы и моменты, действующие в компрессоре.

Рисунок 13. – Схема кривошипно-шатунного механизма.

Суммарная свободная сила действует по оси цилиндра:

,

где: – сила от давления пара в цилиндре; – сила инерции поступательно движущихся масс; – сила трения поступательно движущихся частей.

Сила от давления пара в цилиндре определяется разностью давлений со стороны крышки цилиндра и со стороны вала :

.

Сила инерции поступательно движущихся масс:

,

где: – масса поступательно движущихся частей (поршня, поршневого пальца, 1/3 массы шатуна), кг; – радиус кривошипа, м; – угловая скорость вала, с^-1; – угол поворота кривошипа от верхней мертвой точки; – отношение радиуса кривошипа к длине шатуна, обычно .

Силу трения поступательно движущихся частей условно принимают постоянной:

.

Сила трения направлена против движения и меняет свой знак в мертвых точках.

Суммарную свободную силу можно разложить на две составляющие:

• силу, действующую по оси шатуна: ;

• силу, действующую на стенку цилиндра: .

Силу , приложенную к шатунной шейке можно разложить на:

• тангенциальную силу, действующую перпендикулярно к кривошипу: ;

• радиальную силу, действующую по кривошипу: .

Направление действующих сил принято положительным, следовательно, при положительном значении, силы , , , , – вызывают сжатие шатуна, сила – направлена против вращения вала, сила – к оси вращения вала.

Результаты динамического расчета используют при расчете на прочность деталей компрессора, подшипников на износ, для проектирования системы смазки и определения неуравновешенных сил и моментов.

Силы, действующие в компрессоре, изменяются в зависимости от угла поворота кривошипа. Для определения максимальных, минимальных и средних за цикл значений нагрузки деталей кривошипно-шатунного механизма строят диаграммы сил, позволяющих оценить характер нагружения.

Сила инерции поступательно движущихся масс:

,

где: – сила инерции первого порядка; – сила инерции второго порядка.

= ,

где: – масса поршня в сборе с поршневым пальцем; – масса шатуна.

Масса поршня и шатуна определяется из конструктивных соображения в зависимости от полученного диаметры поршня.

, рад/с.

м – радиус кривошипа.

Результаты расчета сил инерции в зависимости от угла поворота кривошипа приведены в таблице 3.

Таблица 3

Силы инерции

	Iп1, Н	Iп2, Н	Iп, Н
0
15
30
...
345
360

Сила трения поступательно движущихся частей условно принимается постоянной, Н:

.

Сила от давления пара в цилиндре определяется по индикаторной диаграмме. Индикаторная диаграмма строится по методу Брауэра в системе координат .

По оси абсцисс (в выбранном масштабе) откладывается значения хода поршня и мертвого пространства :

,

где – относительное линейное мертвое пространство.

По оси ординат (в выбранном масштабе) откладывают силы от давления пара на поршень:

• Сила от давления всасывания, Н:

.

• Сила от давления кипения, Н:

.

• Сила от давления конденсации, Н:

.

• Сила от давления нагнетания, Н:

.

При построении политроп сжатия и расширения необходимо провести вспомогательный луч из начала координат под углом к оси абсцисс и задать значение показателей политропы сжатия и .

Для построения точек политропы сжатия и расширения используют вспомогательные лучи, проведенные из начала координат под углом , а для политропы расширения .

По результатам построения снимаются значения силы от давления пара, которые даны в таблице 4.

Таблица 4

Сила от давления пара

	П, Н
0
15
30
...
345
360

Результаты расчета суммарной свободной силы приведены в таблице 5.

Таблица 5

Суммарная свободная сила

	П, Н	Iп, Н	Rп, Н	P, Н
0
15
30
...
345
360

Рисунок 14. – Индикаторная диаграмма, выполненная по методу Брауэра.

Суммарную свободную силу можно разложить на две составляющие:

• силу, действующую по оси шатуна: ;

• силу, действующую на стенку цилиндра: .

Силу , приложенную к шатунной шейке можно разложить на:

• тангенциальную силу, действующую перпендикулярно к кривошипу: ;

• радиальную силу, действующую перпендикулярно к кривошипу: .

Результаты расчета тангенциальных и радиальных сил приведены в таблице 6.

Таблица 6

Тангенциальные и радиальные силы

	P, Н		Pr, Н	Pt, Н
0
15
30
...
345
360

Задача №5. Определение параметров воздухоохладителя кондиционера

Исходные данные:

Холодопроизводительность – .

Относительная влажность на входе – .

Температура на входе – .

Температура стенки воздухоохладителя – .

Перепад температур в кондиционере – .

Последовательность решения:

Нанести точки (0) и (к) на диаграмму влажного воздуха (рис. 15).

Провести линию процесса кондиционирования и определить угловой масштаб – .

На линию процесса нанести точку, определяющую параметры воздуха на выходе охладителя.

Определить энтальпию , относительную влажность и влагосодержание на выходе из кондиционера

Определить массовую производительность вентилятора кондиционера:

.

Указание: номер варианта выбирается следующим образом – если последние 2 цифры зачетной книжки четное число, то в соответствии с последней цифрой, номер варианта от 0 до 9, если последние 2 цифры зачетной книжки нечетное число, то в соответствии с последней цифрой, номер варианта от 10 до 19. Например, если последние 2 цифры 36 – то номер варианта 16, если последние 2 цифры 47 – то номер варианта 7.

Пример решения для варианта X.

Исходные данные: холодопроизводительность – ; относительная влажность на входе – , температура на входе – , температура стенки воздухоохладителя – , перепад температур в кондиционере – .

Рисунок 15. – Диаграмма I-d влажного воздуха.

Нанести точки (0) и (к) на диаграмму влажного воздуха.

Параметры влажного воздуха имеют следующие значения:

, , , .

Угловой коэффициент:

.

Точка 1 имеет следующие значения параметров влажного воздуха – параметры воздуха на выходе из кондиционера:

относительная влажность – ,

энтальпия – ,

влагосодержание – .

Массовая производительность кондиционера:

.