4 Расчет одноступенчатой холодильной машины и выбор компрессора

Компрессор – это газовая машина, которая потребляет энергию и совершает работу по сжатию газа. В холодильных машинах РПС распространены поршневые компрессоры.

Рис. 5. Схема поршневого компрессора

Привод коленчатого вала компрессора осуществляется от электродвигателя. Кривошипно-шатунный механизм (4) обеспечивает преобразование вращательного движения коленчатого вала в поступательное движение поршня (3). При движении поршня вниз происходит поступление хладагента в цилиндр (1) через всасывающий клапан (5). При движении поршня вверх происходит сжатие холодильного агента до давления нагнетания, после чего открывается нагнетательный клапан (2). Клапана расположены в головке цилиндра, которая закрывает цилиндр сверху, образуя тем самым рабочую полость цилиндра.

Подвод холодильного агента к компрессору происходит из всасывающего трубопровода. Отвод холодильного агента происходит в нагнетательный трубопровод.

Рис. 6. Теоретический цикл работы компрессора

Теоретический объем всасывания холодильного агента должен соответствовать объему V_h, описываемому поршнем.

Производительность компрессора должна соответствовать массовой производительности испарителя, то есть компрессор в единицу времени должен потребить весь газ, который образовался в испарителе. В свою очередь, производительность конденсатора должна соответствовать подаче компрессора, чтобы обеспечить своевременный процесс конденсации.

При задании массы или объема холодильного агента, поступающего в компрессор, его холодопроизводительность определяется:

Q₀ = Gq₀ = V = Vq_v,

где G – масса;

V – объем;

v₁ – удельный объем;

q₀ – удельная массовая производительность;

q_v – удельная объемная производительность.

Потери компрессора, отличающие его действительный рабочий процесс от теоретического:

1. давление всасывания несколько ниже давления p₀. Это связано с преодолением сил трения в испарителе и преодоления усилия всасывающего клапана;

2. давление нагнетания должно быть выше давления p_k, поскольку необходимы затраты на преодоление усилия нагнетательного клапана и дальнейшее снижение давления, связанное с гидросопротивлением конденсатора;

3. вредное пространство 1,5 ÷ 4,5 % рабочего объема, в котором остается некоторое количество холодильного агента.

Тепловой расчет производится в следующей последовательности:

1. удельная массовая холодопроизводительность

q₀ = i₁ – i₄ = [кДж/кг];

2. масса

G = = [кг];

3) V_д = GV₁ = [м³/ч];

4) по графику находят коэффициент подачи компрессора λ в зависимости от используемого холодильного агента (R12), степени сжатия π_k = p_k/p₀ и типа компрессора (поршневой);

5. V_h = ;

6. теоретическая мощность

N_т = G (i₂ – i₁);

7. индикаторная (действительная) мощность

N_i = ,

где η_i = 0,62 ÷ 0,8;

8. эффективная мощность на валу

N_e = ,

где η_мех = 0,84 ÷ 0,96;

N_e = N_i + N_тр;

9. электрическая мощность

N_эл = (1,08 ÷ 1,15) ,

где η_эл = 0,85 ÷ 0,94;

10) Q_k = G(i₂ – i₃), где Q_k = Q₀ + N_i.

В холодильных машинах РПС применяют поршневые компрессоры.

Классификационные признаки компрессоров:

1. вид хладагента;

2. число степеней сжатия;

3. число цилиндров;

4. расположение цилиндров;

5. направление движения паров хладагента: прямоточные, непрямоточные.

6. тип кривошипно–шатунного механизма: крейцкопфные, бескрейцкопфные;

7. вид привода компрессора;

8. частота вращения коленчатого вала: тихоходные, быстроходные. Тихоходные до 500 об/мин, быстроходные более 500 об/мин.

9. холодопроизводительность: до 3,5 кВт – малые, до 115 кВт – средние, свыше 115 кВт – крупные.

Компрессоры РПС относят к средней группе холодопроизводительности.