Технические науки/2.Механика

Чепига И.Н., Харламова С.П.

Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса

г.Шахты, Россия

ОХЛАЖДЕНИЕ ГЕРМЕТИЧНОГО РОТАЦИОННОГО КОМПРЕССОРА БЫТОВОГО АВТОНОМНОГО КОНДИЦИОНЕРА И ЕГО ВЛИЯНИЕ НА ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ ЦИКЫ.

Осуществление интенсивного охлаждения приводит к уменьшению работы, затрачиваемой в цилиндре ротационного компрессора. Ниже приводится анализ эффективности теоретических и реальных циклов в Т-S-диаграмме, общий вид которых показан на рисунке 1.

Рисунок 1 – Термодинамические циклы холодильных агрегатов бытовых автономных кондиционеров:

1—1_р—3—4—4'—5—^: теоретический с изотермическим сжатием;1—l_ц—2_ц—3—4—4'—5 —теоретический для холодильного агрегата с герметичным компрессором;1—1_р—2_р—3—4—4¹—5 — регенеративный с адиабатическим сжатием;1—1_р—2_рд—3—4—4¹—5—действительный цикл холодильного агрегата с открытым компрессором и интенсивным охлаждением;1—1_д—2_д—3—4—4¹—5 — действительный цикл герметичного агрегата бытового автономного кондиционера с дополнительным охлаждением герметичного ротационного компрессора конденсатом.

Интенсивное охлаждение цилиндра открытого компрессора позволяет приблизить цикл 1—1_р—2_р—3—4—4¹—5 с адиабатическим сжатием к регенеративному циклу 1—1_р—3—4—4'—5 с изотермическим сжатием. Однако, на практике изотермический процесс осуществить весьма тяжело. Процесс сжатия по линии 1_р—2_рд более соответствует действительному.

В этом случае уменьшение работы, затрачиваемой в цикле холодильного агрегата бытового автономного кондиционера соответствует количественной характеристике площади треугольника 1_р—2_р—2_рд и может быть определено из уравнения:

(1)

где

При дополнительном охлаждении масляной ванны компрессора конденсатом, подаваемым из водосборника, величина работы, затрачиваемой в цикле, снижается на величину, эквивалентную площади 1_д—2_д—2_ц— 1_ц:

F_{1д,2д,2ц,1ц}=F_1д,2д,2 + F_{1д,2,2ц,1ц},

где F - площадь соответствующей геометрической фигуры.

Величина F_1д,2д,2 определяется из уравнения:

. (2)

Характерные точки действительного термодинамического цикла, соответствующие началу и окончанию политропного процесса в цилиндре компрессора с интенсивным охлаждением масляной ванны, лежат соответственно на изобарах конденсации и кипения рабочего тела, которые в области перегретого пара в диапазоне реальных температур с достаточной степенью точности могут быть представлены как прямые, проходящие через две точки термодинамического цикла (погрешность допущения ничтожна).

Изобары конденсации и кипения могут быть, описаны соответственно следующими уравнениями:

(3)

(4)

Точка 2 лежит на изобаре конденсации, но S₂= S_1д, тогда

(5)

Из уравнения (4) определяем величину Т_1д

(6)

Температура конца сжатия хладона в политропном процессе 1_д—2_д равна

, (7)

где n - показатель политропы хладона.

Подставляя в выражение (7) значение Т_1д из уравнения (6) получаем:

, (8)

где - характеризует отношение приращений температур и

энтропии в циклах с регенерацией и с дополнительным подогревом пара в компрессоре до начала сжатия.

Из уравнения изобары Р_к (3) можно выразить величину S_2д через Т_2д

(9)

где - характеризует отношение приращений температур и

энтропии в процессе отвода тепла перегрева в цикле бытового автономного кондиционера.

Тогда из уравнений (8) и (9) следует:

(10)

Если подставить в уравнение (2) значения Т₂, T_1д и S_2д из уравнений (5), (6) и (10), то можно вычислить величину площади треугольника 1_д—2_д—2.

Площадь четырехугольника 1_д—2—2_ц—1_ц определяется из выражения:

Очевидно, F_{1д,2д,2ц,1ц} = f(S_1д) и выражается уравнением:

(11)

где .

Таким образом, имея параметры точки начала сжатия пара в цилиндре ротационного компрессора (S_1д, Т_1д), с использованием уравнения (11), можно вычислить теоретическое снижение работы, затрачиваемой в термодинамическом цикле холодильного агрегата бытового автономного кондиционера, а затем известным способом определить степень повышения энергетической эффективности применяемого цикла при введении интенсивного охлаждения масляной ванны.

При следовании процесса сжатия в исходном цикле 1—1_ц—2'_ц—3—4—4'—5 по политропе 1_ц—2'_ц уменьшение работы при интенсивном охлаждении компрессора определяется:

(12)

Площадь D-ка 1_ц—2_ц' — 2_ц может быть представлена

(13)

Величина Т_2ц', соответствующая температуре конца сжатия в политропном процессе определяется из уравнения:

,

где n — величина показателя политропы сжатия в процессе 1_ц — 2'_ц.

Уравнение (11) характеризуют влияние параметров характерных точек теоретических и реальных процессов термодинамических циклов на показатели качества бытового автономного кондиционера с герметичным ротационным компрессором и в первую очередь — на холодильный коэффициент, характеризующий экономичность реализуемого конструктивного варианта.

Расчет количественных характеристик теоретического уменьшения работы, затрачиваемой в цикле, при введении интенсивного охлаждения масляной ванны компрессора по уравнению (11) с учетом выражения (13) показывает, что при отводе тепла от масляной ванны конденсатом в номинальном режиме увеличение холодильного коэффициента наибольшее и составляет в зависимости от исходного температурного уровня компрессора 6-8%.

Уменьшение бесполезного подогрева всасываемого пара в реальном процессе вследствие интенсивного охлаждения теплонапряженных элементов компрессора приводит к увеличению его холодопроизводительности.

При этом выражение для определения холодопроизводительности может быть представлено в виде:

, (14)

где - холодопроизводительность действительного компрессора бытового автономного кондиционера с

охлаждением масляной ванны;

- уменьшение бесполезного подогрева всасываемого пара до

начала сжатия при введении интенсивного охлаждения и его

относительное значение, равное ;

DТ_к - величина бесполезного подогрева пара в действительном

компрессоре серийной модели

Расчеты показывают, что отклонение экспериментальных данных от величин, определенных из соотношения уравнений (14) и (11), не превышает в номинальном режиме 3,5%, а в целом, во всем диапазоне температур кипения и конденсации - 7%.

Литература

1. Вейнберг Б.С., Вайн Л.Н. Бытовые компрессионные холодильники. – М.: Пищевая промышленность, 1974. – 272 с.