7. Расчёт основных параметров компрессора

Актуальность темы. Спиральный компрессор (СПК) относится к машинам объемного сжатия обычно малой и средней производительности и обладает по сравнению с другими типами компрессоров этого класса целым рядом значительных преимуществ. Так, СПК содержит существенно меньше деталей (по сравнению с поршневым компрессором в два с половиной раза), что обусловливает его высокую надежность; он имеет сравнительно низкий уровень вибраций и шума, высокий эффективный КПД; в нем необязательно наличие всасывающего и нагнетательного клапанов; у СПК отсутствует мертвый объем; его производительность можно регулировать изменением числа оборотов приводного вала; наконец, при одинаковой производительности СПК обычно имеет значительно меньшие габариты и массу, чем другие типы компрессоров.

Принцип работы

Как работает «спиральник»? Компрессорный элемент здесь состоит из двух частей: статичной спирали в корпусе элемента и подвижной эксцентрической спирали с приводом от двигателя. Обе детали установлены со сдвигом по фазе на 180° так, чтобы они образовывали воздушные полости с изменяющимся объемом. Радиальную стабильность спиральным элементам обеспечивает именно данная конструкция. Утечки в спиральном элементе минимальны, т.к. разность давлений между воздушными полостями меньше разности давлений во впускных и выпускных каналах. Динамичная спираль приводится в движение короткоходным коленчатым валом и эксцентрически перемещается вокруг центра неподвижной спирали. Впускной канал находится в верхней части корпуса элемента. При движении подвижной спирали против часовой стрелки воздух всасывается, захватывается одной из воздушных полостей и сжимается по мере продвижения к центру, где расположены выпускной канал и обрат- ный клапан. Один цикл сжатия длится 2,5 оборота, это обеспечивает непрерывный воздушный поток без пульсаций. Процесс практически не сопровождается шумом и вибрациями, т.к. не возникает переменного вращающего момента, как, например, в поршневом компрессоре . Хотя принцип спирального сжатия был разработан еще в начале XX в, массовое производство устройств, основанных на этой схеме, началось только в 1983 г. Именно тогда компания Hitachi (Япония) наладила выпуск спиральных компрессоров для кондиционеров воздуха. Чуть позже Sanden (Япония) разработала компрессор для автомобильной промышленности. Для приложений охлаждения спиральные компрессоры быстро стали доступны в диапазоне мощности 0,75–25 л.с., с акцентом на типоразмеры 3–6 л.с. для не- больших полупромышленных моделей. Как показывает статистика, ориентировочное количество спиральных компрессоров, которые работают сейчас в мире и используются для приложений кондиционирования и охлаждения, превышает 20 млн шт. Из них около 98% составляют приложения кондиционирования воздуха. По уровню использования вкондиционерах, спиральные компрессоры уверенно занимают второе место после ротор ных.

8. Определение площади теплообменных аппаратов холодильной машины

Площадь поверхности конденсатора (рис.8.1) в м² определяется по формуле

, (8.1)

где - холодопроизводительность установки по конденсатору; ; -индикаторная мощность компрессора (приближенно величину можно принять равной 1,2 _о, кроме того можно определить величину с помощью рис. 6.1 , где - длина отрезка (3-2), мм; - длина отрезка (4-1), мм, измеренные по построенному циклу для заданных условий); К_к - коэффициент теплопередачи конденсатора; для воздушных конденсаторов этот коэффициент принимается 23-35 Вт/(м²К); - разность средних температур конденсируемого фреона и охлаждающего воздуха, К.

Обычно величину принимают равной 10-15° С или вычисляют по формуле:

,

где - температура конденсации фреона; и - температура воздуха на входе в конденсатор и выходе из него ( - заданная в задании температура наружного воздуха, ).

Рис. 8.1. Конденсатор с воздушным охлаждением.

Вентилятор для воздушного конденсатора подбирают по его производительности, м³/ч:

(8.2)

где кг/м³ – плотность воздуха; С_в – удельная теплоемкость воздуха, которая принимается равной 1кдж/(кг∙К).

Температурный режим работы конденсатора выбирается по температуре подаваемого вентилятором охлаждающего воздуха, которая для вагонных установок принимается равной расчетной температуре наружного воздуха. Теплопередающая поверхность конденсатора холодильных установок в пассажирских вагонах обычно бывает в пределах 80-150м². Количество воздуха, продуваемого через конденсатор, составляет примерно 8000-16 000 м³/ч. Число оборотов вентилятора конденсатора автоматически изменяются при изменении режима работы компрессора: при 4-х цилиндровом режиме ; при 2-х цилиндровом режиме ; при 1-ноцилиндровом режиме . Соответственно скорость вращения составляет ; ; .

Поверхность теплопередачи конденсатора в кондиционерах МАБ- II составляет 150 м².

Испаритель предназначен для испарения хладагента при пониженном давлении за счет отбора тепла от охлаждаемой среды. Поскольку охлаждаемой средой в вагонных установках является продуваемый через испаритель воздух, испаритель получил название воздухоохладитель.

По принципу действия и конструктивному исполнению испаритель и конденсатор аналогичны и отличаются лишь тем, что в конденсаторе хладагент отдает тепло окружающей среде, а в испарителе поглощает тепло из окружающей среды.

В кондиционере МАБ- II испаритель представляет собой оребрённую батарею разделённую на 2 секции по 5 змеевиков в каждой для того, чтобы при изменении холодопроизводительности установки в зависимости от тепловой нагрузки на испаритель иметь возможность изменять величину его теплопередающей поверхности. Испаритель входит в состав крышевого агрегата вместе с коллекторами, терморегулирующими вентилями, а также с соленоидными (электромагнитными) вентилями для отключения секций. Под испарителем устанавливают поддон для сбора и отвода конденсата, образующегося при охлаждении влажного воздуха.

Размещают испаритель в воздуховоде непосредственно за вентилятором. Испаритель вместе с вентилятором и размещенными после него калориферами составляет начальное звено воздуховода.

Работа испарителя, как и конденсатора, характеризуется интенсивностью теплоотдачи, которая зависит от величины теплопередающей поверхности, скорости движения проходящего воздуха и циркуляции хладагента.

Поверхность испарителя в м² можно определить по формуле

(8.3)

где _о - холодопроизводительность установки (определённая по формуле (4.13)); - коэффициент теплопередачи испарителя с учетом влаговыделения, который обычно принимается 17,5-23 Вт/(м².К); - разность между температурой испарения хладагента и средней температурой охлаждающего воздуха на входе и (формула 4.15) выходе испарителя. Обычно величину принимают 10-18^оС или определяют по формуле

, (8.4)

где - соответствует температуре в точке С₁ определённой по циклу рис. 6.3.

Температурный режим работы испарителя-воздухоохладителя выбирается по температуре смеси наружного и рециркуляционного воздуха, определяемой пропорционально их количествам, подаваемым вагонной вентиляционной установкой.

Теплопередающая поверхность теплообменных аппаратов состоит из суммы поверхностей змеевиков по которым циркулирует фреон и оребрения. Отношение площади поверхности змеевиков называется коэффициентом оребрения и достигает в вагонных кондиционерах значения 12-15.

Вывод:

Теплопередающая поверхность испарителей в вагонах примерно 100 м² при общем количестве проходящего воздуха 5000 м³/ч. Т.о. представленный расчёт соответствует заданным требованиям.