А. В. Бараненко. Холодильные машины

ется с ростом пн,так как при этом увеличиваются протечки, что

ведет к росту потерь энергии. Напротив, потери А'I'\выт с ростом пн уменьшаются, поскольку в этом случае уменьшаются л. и рас­ ход рабочего вещества. Потери A'I'\HaT отсутствуют В режимах с равными значениями внутренней и внешней степеней повыше­

ния давления. При отклонении от этих режимов потери растут. Потери энергии при всасывании A'I'\вc невелики, так как в этом

процессе относительно малы потери давления, а в некоторых

режимах, как это показано на рис. 8.69, они имеют отрицатель­

ное значение, что говорит о сокращении потерь вследствие газо-

динамического наддува. .

Внутренние теплопритоки с перетечками также невелики, т. е. процесс сжатия близок к внешне и внутренне изоэнтропно­

му процессу.

Расчетные и экспериментальные исследования холодильного

ВКС позволили выявить зависимость всех видов энергетических

коэффициента режима 'l'\p = 'I'\'/'I'\~Hax, который показывает откло­

нение текущего значения '1'\, от максимального значения '1'\::".

Зависимость 1J.p = {(пн) получена экспериментальным путем для

различных раоочих веществ [51].

Таким образом, определив значение '1'\::" в зависимоСти от

плотности рабочего вещества на всасывании и коэффициент ре­

жима 'l'\p при заданном значении Пн' можно получить '1'\,:

с учетом механического КПД '1'\1\1' значение которого дЛЯ ВКС

лежит в пределах 0,94-0,98, эффективный КПД холодильного

ВКС определяется из выражения

(8.170)

OnтимaJlьная окружная скорость. Как следует из теории вин­

товых компрессоров [63], окружная скорость на наружном диа­ метре ведущего ротора имеет большое влияние на объемные и

энергетические потери винтового компрессора, особенно дЛЯ ВКС.

как было показано ранее, существует понятие оптимальной окруж­

ной скорости, которая зависит от многих факторов. Наиболее

существенными являются: физические свойства сжи~емого газа,

условия всасывания, степень повышения давления, зазоры.

Газовые винтовые компрессоры работают по условиям всасы­

вания и нагнетания практически в одном и том же режиме,

поэтому ВЫбор оптимальной окружной скорости для этих типов

компрессоров не вызывает особых трудностей.

Винтовые компрессоры сухого сжатия в паровых холодиль­

ных машинах постоянно работают в переменном режиме, так

как в процессе эксплуатации меняются условия всасывания и нагне­

тания. Это ведет к изменению физических свойств рабочего ве­

щества на всасывании и нагнетании, меняются расход рабочего

вещества, протечки, .температурные деформации и некоторые

другие характеристики.

Все эти факторы влияют на оптимальную окружную скорость, поэтому для холодильного ВКС эта величина должна быть пере­

менной, что в реальных условиях практически сделать невоз­

можно.

Теоретические и эксперименталыlеe исследования ВКС, ра­ ботающих на различных холодильных агентах в широком диа­

пазоне температур и давлений, позволили выработать рекомен­ дации по выбору оптимальной окружной скорости для различ­ ных рабочих веществ паровых холодильных машин в зависи­ мости от наружной степени повышения давления, которые пред­

ставлены на рис. 8.71. Следует отметить, что зависимости объ­

емных и энергетических потерь от окружной скорости имеют

достаточно пологий характер, поэтому значения окружной ско­

рости при проектировании ВКС могут различаться до ±l5%.

457

Рис. 8.71. Зависимость оптимальной окружной ско­

рости и1 от 71.

Для ВКС, работающих с впрыском жидкого рабочего вещест­ ва, окружная скорость должна быть снижена приблизительно на 25%. Следует отметить, что данные по исследованиям ВКС

с впрыском жидкого рабочего вещества практически отсутству­

ют, поэтому эта рекомендация ориентировочная.

Геометрическая степень сжатия. Винтовые компрессоры име­

ют максимальную энергетическую эффективность при равенстве

внутренней Ха И наружной ХН степеней повышения давления. Отклонение от этого режима влечет за собой дополнительные затраты мощности. В свою очередь, внутренняя степень повыше­

ния давления в реальном винтовом компрессоре во многом опреде­

ляется геометрической степенью сжатия G • Анализ исследова­

ний холодильного ВКС, проведенный на кафедре холодильных

машин и НПЭ СПБГАХПТ, ПОЗВQЛИЛ выявить некоторую законо­

мерность, из которой следует, что при равномерном увеличении

Ег максимум эффекти~ного КПД равномерно смещается в сторо­ ну увеличения Хн' уменьшаясь по значению. Причем максиму­

мы КПД при различных Ег лежат на одной прямой. Смещение

максимума КПД при увеличении Ег объясняется тем, что опти­

мальный режим (Ха = ХН) наступает при больших значениях Х ,

а уме~ьшение макси~ма КПД зависит от увеличения протечек

при БОльших значениях хн и увеличении разности давления на­

гнетания и всасывания.

В табл. 8.5 даны рекомендации по выбору Ег дЛя различных

рабочих веществ в зависимости от Х •

Правильный выбор геометРической степени сжатия во мно­

гом способствует сокращению энергетических потерь в холо~ дильных ВКС, которые работают в переменных режимах по

давлениям всасывания и нагнетания, что вызывает необхо­

димость создания компрессоров с регулируемой степенью

сжатия.

т а б л и ц а 8.5. Диапазовы ваР)'8иъп: степеией

повышеина давnевиа дла различllblX в..

Особенности работы ВКС на ХJlадоне С318. Хладон С318 имеет

положительную теl}Лоемкость сухого насыщенного пара, поэто­

му процесс сжатия в некоторых режимах заканчивается в об­

ласти влажного пара, т. е. в процессе сжатия начинается кон­

денсация рабочего вещества. Возможность таких процессов была

подтверждена во время экспериментальных исследований, про­

веденных в СПБГАХПТ. Фактором, подтверждающим наличие

конденсации, служило резкое снижение температуры нагнета­

ния, которая становилась равной температуре конденсации при

установившемся давлении нагнетания.

Анализ полученных характеристик показал, что появляющая­ ся В процессе сжатия жидкость по~разному влияет на объемные и энергетические потери ВКС. С одной стороны, эта жидкость уплотняет зазоры, что ведет к увеличению л. и Т'l1' а с другой

стороны, капли жидкости~ JIопадая в полости, находящиеся

в процессе всасывания, вскипают и образовавшийся пар зани­ мает часть полезного объема, что уменьшает 1.. В связи с этим перегрев на всасывании заметно влияет на л. и Т'I,. Так, при тем­

пературе конденсации 40 ос, температуре кипения 10 ос и пере­ греве на вса<!'ывании, равном 20 ОС, по сравнению с режимом,

в котором перегрев отсутствует, коэффициент подачи и эффек­

тивный КПД понизились приблизительно на 5%, а при темпе­

ратуре кипения -5 ос на столько же увеличились, т. е. при уве­

личении степени повышения давления перегрев на всасывании

положительно влияет на энергетические и объемные характе­

ристики ВКС. Отсутствие влияния перегрева на л. и Т'I, наблюда­

лось при наружной степени повышения давления около 4. Оптимальная окружная скорость роторов ВКС, работающих

на хладоне С318, в 1,5 раза ниже, чем на хладоне 22. Кроме того, ~емная холодопроизводительность хладона С318 приб,ли­ зительно в четыре раза меньше, чем у хладона 22. Это дает воз­

можность создать холодильную машину средней и даже малой холодопроизводительности с достаточно высокими объемными

и энергетическими показателями. Конечно, такая машина будет иметь худшие массогабаритные показатели, чем на хладоне 22, однако ее надежность повысится. Такие машины можно приме­ нять там, где главным требованием является надежность.

МаСJlоэаПОJlиеииые ХОJlОДИJlьиые виитовые компрессоры.

КОэффициент подачи. Объемные потери холодильного ВКС, ко­

торые определяются уравнением (8.164), наблюдаются также и в

вмк. Однако процессы в ВМК значительно отличаются от про-

Особенность работы холодильного ВМК состоит в том, что

через его рабочие полости проходи't значительное количество

масла, которое соизмеримо с массовым расходом рабочего вещест­

ва, а в некоторых случаях даже превосходит'.его в несколько раз. Масло влияет на 'Все процессы холодильного ВМК, что отличает

его от холодильного ВКС. Особенно сильно на характеристики

ВМК влияет взаимная "растворимость масла и рабочего вещест­

ва.. Как будет показано ниже, уменьшение степени взаимной

растворимости положительно сказывается на характеристиках

вмк. Работа компрессора также зависит от вязкостно-темпера­

турной х~рактеристики масла, которая должна быть как мож­

но более пологой. Кроме TOr<>, при растворении в масле рабочего

вещества вязкость масла не должна значительно изменяться.

Коэффициент подачи холодильного ВМК, как и для любого компрессора объемного принципа действия, учитывает влияние

различных объемных потерь на действительную производитель­

ность компрессора.

Одними из основных объемных потерь в любом винтовом ком­

прессоре, в том числе и в холодильном ВМК, являются утечки

рабочего вещества через зазоры в полости винтов, в которые

в этот момент всасывается свежая порция рабочего вещества.

Обозначим эту долю объемных потерь через Ал.у• Этот вид потерь

зависит от суммарной эффективной длины щелей, их гидравли­

ческого сопротивления, степени заполнения маслом всех зазо­

ров, вязкости масла.

В современных конструкциях винтовых ВМК масло, подавае­

мое на торцевое уплотнение, подшипники и разгр~очные порш­

ни, сливается в камеру всасывания и вместе со свежей порцией

рабочего вещества поступает во впадины винтов, которые нахо­

дятся под давлением всасывания. Кроме того, в полости, нахо­

дящиеся под давлением всасывания, через зазоры поступает часть

масла, подаваемого для охлаждения компрессора. В связи с тем что степень насыщения масла рабочим веществом зависит от

давления, при понижении давления во впадинах винтов в про­

цессе всасыЬания из масла выделяется газообразное рабочее ве­

щество, которое занимает часть полезного объема, сокращая тем

самым поступление в эту полость свежего рабочего вещества.

Это вещество носит название ..балластного. рабочего вещества.

Долю потерь, которая определяется .балластным. рабочим ве-

ществом, обозначим через А'Лб• . .

Величина этих потерь зависит прежде всего от степени рас­ творимости рабочего вещества в масле и режима работы. Для

аммиачных компрессоров потери равны нулю, так как аммиак

не растворяется в масле. Уменьшение количества масла, пода-

460

ваемого на торцевое уплотнение, подшипники и разгрузочные

поршни, снижает количество .балластного. рабочего вещества. Этого можно достичь, используя в торцевом уплотнении более

совершенные материалы и конструкции.

У нас в стране и во всем мире в настоящее время появилась

тенденция заменять подшипники скольжения на подшипники

качения, что, естественно, уменьшит расход масла на подшип­

ники и сократит • балластные. , потери. В некоторых конструк­

циях можно отказаться от одного или даже от двух разгрузоч­

ных поршней, что также сократит количество масла, которое

попадает в камеру всасывания.

Всасываемое рабочее вещество подогревается от более теп­ лых частей всасывающего тракта и благодаря смешению с мас­

лом, поступающим в полость всасывания. Причем основной по­ догрев происходит вследствие теплообмена с маслом. Поэтому

в компрессорах сухого сжатия этим видом потерь можно прене­

бречь. Этот коэффициент носит название .коэффициент подо­ грева. (по аналогии с поршневыми компрессорами) и обознача-

ется Ал.w• . .

Масло, которое поступает в полости винтов, занимает часть

объема и уменьшает коэффициент подачи. Обозначим этот вид

объемных потерь через Ал.м•

При движении рабочего kещества по всасывающему тракту

и через окно всасывания его давление уменьшается вследствие

газодинамических потерь, что также ведет к объемным поте­

рям. Обозначим этот вид по:герь (по аналогии с ВКС) через Ал.sc•

Для ВМК такие объемные потери значительно меньше, чем дЛЯ ВКС, так как скорость движения рабочего вещества по всасыва­ ющему тракту в 1,5-2 раза ниже.

По аналогии с ВКС коэффициент подачи ВМК можно выра­

зить как разность

(8.171)

Как показывают теоретические и экспериментальные иссле­ дования [23], основными видами объемных потерь являются по­

тери, связанные с утечками рабочего вещества и с наличием

.балластного. рабочего вещества. Остальные виды объемных по­ терь не превышают в сумме 2-6%.

На практике рассчитать коэффициент подачи холодильного

ВМК, как правило, довольно сложно из-за отсутствия дос­ таточной информации о свойствах масел и растворов рабоче­

го вещества и масла, поэтому обычно при расчетах пользуются значениями коэффициентов подачи, полученными эксперимен­

тально.

Однако знание видов объемных потерь и процессов, происхо­ дящих в холодильных ВМК, позволяет ~збежать ошибок при

проектировании и эксплуатации холодильных машин с ВМК.

461

Рис. 8.72. Коэффициент подачи хл&Дововых ВМК:

1 - BX35o-2-5; 2 - 21ВБIОО-2-5; 3 - BX410-1; 4 -

ВБIОО-l-l

На рис. 8.72 и 8.73 показаны зависимости коэффициента по­

дачи некоторых холодильных ВМК от режима работы.

Потребля:емая: мощность и КПД. Для: холодильного винто­

вого маслозаполненного компрессора как компрессора объемно­

го принципа действия справедливы выражения: для: определе­

ния: индикаторного и эффективного кпд компрессоров этого

типа, однако наличие большого количества масла, которое при­ сутствует во всех рабочих процессах винтового маслозаполнен­

ного компрессора, влия:ет на энергетические потери.

На рис. 8.68 дана схематичная: индикаторная: диаграмма ВКС,

на которой показаны потери энергии в действительном компрес­

соре. В маслозаполненных винтовых компрессорах эти виды по­

терь также присутствуют. Наличие большого количества масла

Рис. 8.73. Коэффициент подачи ам:~чвых ВМК:

1 - 21A1600-1-1; 2 - 2A350-1-1 и 21A280-1-1; 3 - 21A130-1-1; 4 - A1400-1-3; 5 - 2А350-1-3 и 21A280-1-3; 6 - 21A130-1-3-

в рабочей полости компрессора затрудня:ет поэлементное опре­ деление энергетических потерь.·Поэтому рассмотрим мощность, потребля:емую ВМК, в обобщенном виде.

Мощность, подводимая: к ВМК Не, затрачивается: на сжатие и перемещение рабочего вещества Н" на трение винтов о па­

Индикаторную мощность можно определить, как для любого

компрессора объемного принципа действия, по среднему инди­

каторному давлению р,: .

(8.174)

где Vм - объемный расход масляного раствора, поступающего

в полости винтов в процессе всасывания.

Известны уравнения, по которым можно найти индикатор~

ную мощность. Они приведены выше. Однако в этих уравнени­

ях принимается или определяется показатель политропы сжа­

тия, который зависит от реальных зазоров, взаимодействия масла

и рабочего вещества. Поэтому такой расчет будет в значитель­

ной мере приближенным. \

Существуют также методики для определения мощности Нгм'

Нм' Нтр [22], однако они также приближенны, в этих уравнени­

ях используются коэффициенты, полученные при испытаниях

отдельных компрессоров. Значения этих величин в большой сте­ пени зависят от свойств масла, от взаимодействия масла и рабо­

чего вещества, от реальных зазоров в компрессоре, поэтому для

определения эффективной мощности при проектировании хо­

лодильных вмк можно рекомендовать зависимости '11" 'I1 =1(7tи), e

полученные экспериментально. Эти зависимости показаны на

В теории объемных компрессоров есть понятия индикаторно­

го кпд '!11'который характеризует процесс сжатия рабочего ве­

щества. н холодильном ВМК в процессе сжатия участвует зна­

чительное количество масла, поэтому появляются понятия внут­

ренней мощности N ВИ И индикаторного внутреннего кпд '11, ВИ'

который не только определяет затраты на сжатие рабочего ве­

щества, но и учитывает процесс транспортировки масла из по­

лости всасывания в полость нагнетания,

(8.175)

463

Рис. 8.74. Индикаторный и эффективвый КПД хладоновых ВМК:

1 - 5ВХ350/5ФС (R22; &r = 5,0); 2 - бессальннковый

компрессор (D) =160 мм; R22; &r = 2,6)

Кроме того, при определении эффективности холодильной

машины необходимо учитывать мощность масляного насоса,

который подает масло в компрессор, так как значение этой ве­

личины значительно больше, чем, например, в поршневых ком­

прессорах.

Факторы, ВJlИяющие на объемные и энергетические характе­

ристики холодильных ВМК. Во всех рабочих процессах ВМК в отличие от других типов компрессоров участвует смесь рабоче­ го вещества и масла. Причем масло и рабочее вещество, как

правило, растворяются друг в друге, поэтому изменение темпе­

ратурного режима влечет за собой и изменение объемных и энер­

гетических потерь.

Температура всасывании. Степень растворимости рабочего

вещества в масле зависит от температуры и давления, поэтому

Рис. 8.75. Эффективвый КПД аммиачвых ВМК:

1 - 2A350-1-1, 21А280-1-1. 21А1600-1-1; 2 - 21А130-1-1; 3 - 21А130-1-3; 4 - 2А350-1-3, 21А280-1-3, А1400-1-3

464

Что касается аммиачных ВМК, то в связи с тем что исследо­

ваний в этой области очень мало, исходя из практических дан­

ных можно рекомендовать перегрев на всасывании для средне­

температурных холодильных машин в пределах 10 ос, для бус­

теркомпрессоров около 20 ос.

Температура масла, подаваемого в компрессор. На объемные потери холодильных ВМК влияет также температура масла, по­ даваемого в компрессор. Причем характер влияния повышения температуры масла на коэффициент подачи':Гакой же, как и при

повышении температуры всасывания, т. е. при этом л. растет.

Однако при значительном росте температуры масла на коэффи­ циент подачи начинаюrr сильно влиять объемные потери, свя­ занные с подогревом рабочего вещества в камере всасывания и в полостях винтов, т. е. Ал.w увеличивается, что уменьшает 1.. Кро­

ме того, при повышении температуры масла ухудшаются усло­

вия работы 'подшипников и торцевого уплотнения.

На рис. 8.77 показана зависимость относительного коэффи­ циента подачи хладонового ВМК от температуры подаваемого в компрессор масла для различных режимов работы холодиль­ ной машины. Из этой зависимости следует, что коэффициент

подачи имеет максимум при определенной температуре масла.

Экспериментальные исследования холодильных ВМК, прове­

денные во ВНИИхолодмаше, показали, что температура масла,

подаваемого в компрессор, должна быть в пределах 30-40 ос.

Свойства масла, подаваемого в ВМК. Взаимодействие масла и рабочего вещества существенно влияет на объемные и энерге­ тические показатели ВМК, поэтому оно должно обладать специ­ альными свойствами: достаточно высокой кинематической вяз­ костью, относительно малой растворимостью рабочего вещества.

в масле при рабочих условиях в компрессоре, незначительным

изменением вязкости при изменении температуры в рабочем диа­ пазоне. Высокую вязкость должен сохранять и раствор рабочего вещества в масле. Так, немецкая фирма .Гутенхоффнунгс хютте. (GHll) подразделяет холодильные масла для ВМК на три груп­ пы в зависимости от режима работы (табл. 8.6).

т а б л и ц а 8.6. Группы ХОJlО,!IИJlЬИЫХ мaceJl

Японская фирма .МаАякава. (Mayekawa) рекомендует для

ВМК масла с кинематической вязкостью при температуре 5 ос от 14 до 42 сСТ с температурой воспламенения от 160 до 210 ос

и плотностью 0,835-0,92 кг/л.

Области применения отечественных масел для ВМК характе­ ризуются данными табл. 8.7.

т а б л и ц а 8.7 Отечествеииые ~OJJО,!IИn.иые мас.па oЦJlSl ВМК

Влияние свойств масла на энергетические и объемные пока­

затели ВМК подтверждается сравнительными испытаниями на

хладоне 22 с маслом ХА 30 и ХС 40, результаты которых пока­

заны на рис. 8.78, где представлены зависимости приращения эффективного КПД и ко~ициента подачи при замене масла

ХА 30 на масло ХС 40. Как следует из этих зависимостей, по­ вышение л. и Т\е только при' замене масла достигает значитель­

ных значений.

Таким образом, исследования в области создания новых сор­ тов масла для конкретных рабочих веществ весьма перспектив­

ны, так как это может привести к значительному экономическому

эффекту без каких-либо изменений конструкций компрессора.

менения такая}система смазывания не нашла, хотя были получе­

ны положительные результаты. При этом система смазывания

усложняется незначительно.

Количество масла, подаваемого в компрессор. На процесс сжа­ тия ВМК, как уже отмечалось, влияет масло, которое сливается

из подшипников, торцевого уплотнения и разгрузочных порш­

ней, проходящее вместе с рабочим веществом через компрессор.

это масло подогревает рабочее вещество в процессе всасывания

и в начальный период сжатия до того момента, пока его темпе­

ратура не сравняется с температурой рабочего вещества. В даль­ нейшем теплота от сжимаемого рабочего вещества уже передает­ ся маслу. Однако ДЛЯ·· эффективного охлаждения компрессора

этого масла недостаточно, тем более что его температура довольно

высока. Так, после подшипников она может достигать 50-55 ос.

Поэтому в компрессор подается масло для охлаждения. Это мас­

ло, как правило, впрыскивается в парные полости, в которых

начался процесс сжатия. Масляная система ВМК организована

таким образом, что масло после маслоохладителя подается к

коллектору, из которого одна часть масла направляется для ох­

лаждения компрессора, а другая идет на подшипники и торце­

вое уплотнение. Масло, впрыскиваемое в парную полость ком­ прессора, отводит часть теплоты от рабочего вещества и уплот­ няет зазоры, что положительно влияет на энергетические и oQOЬ­ емные показатели вмк. Однако, с другой стороны, увеличива­ ются гидромеханические потери. Поэтому существует оптималь­

ное количество масла, которое необходимо подать в вмк.

На рис. 8.79 показан процесс сжатия в ВМК. Температуру конца процесса сжатия Т2м выбирают, как правило, в пределах 60-90 ос в зависимости от режима работы. Количество тепло­

ТЫ, которое отводится маслом от ВМК, можно определить из энергетического баланса компрессора

N e =Ga (i 2M - i1 ) + QM + Qo.c'

откуда

На рис. 8.80 показаны зависимости оптимальных относитель­

ных расходов масла qM =GJGM дЛЯ различных рабочих веществ. Для хладона 22 и аммиака по результатам исследований ком­

прессора типа ВХ 350 для хладона 12 - опытного компрессора

468

5D~~

+oL-Ш

Рис. 8.81. Оптимальная окружная скорость и1 ДJUI ВМК

струкциях, как правило, не предусмотрен мультипликатор, поэ­

тому не во всех марках ВМК роторы имеют оптимальную ок­

ружную скорость. Однако это обстоятельство почти не влияет на

объемные и энергетические характеристики компрессоров, так

как зависимости 1., 'I1 ={("1) имеют пологий характер. В некото­ e

рых случаях при проектировании компрессоров средней произ­

водительности идут на заведомо меньшие окружные скорости

для того, чтобы не устанавливать мультипликатор, так как это,

во-первых, усложняет конструкцию и снижает надежность ма­

шины, а во-вторых, в мультипликаторе теряется мощность.

Рerymqювавие производительвости ВМК. Одним из достоинств

холодильных ВМК является наличие в их конструкции регуля­

тора производителдности, принцип действия которого был опи­

сан ранее. Однако конструкция регулятора производительнос­

ти, применяемая как в отечественных, так и в зарубежных хо­

лодильных ВМК, имеет ряд недостатков.

Рассмотрим подробнее процессы, происходящие в ВМК при изменении его производительности. При движении золотника

от торца всасывания к торцу нагнетания сокращается эффек­ тивная длина винтов, что ведет к уменьшению геометрической

степени сжатия Ег, которая зависит от соотношения между объ­ емом парной полости и заполненным объемом. Уменьшение Ег влечет за собой понижение внутренней степени повышения дав­

ления Ха' так как Ха = {(Е). ВС'ледствие того что внешняя степень

повышения давления при ЭТQм остается постоянной, уменьше­

ние Ха приводит К увеличению потерь, связанных с несоответст­

вием внутренней и внешней степеней повышения давления. При работе компрессора снеполной производительностью

между неподвижным корпусом и кромкой золотника образуется щель, через которую часть рабочего вещества выталкивается в камеру всасывания, на это затрачивается работа, из-за чего

также ухудшается энергетическая эффективность машины. Это

подтверждается индикаторной диаграммой (рис. 8.82), получен­ ной при испытаниях компрессора ВХ130, которые были прове­ дены на кафедре холодильных машин и НПЭ СПБГАХПТ. Из

диаграммы следует, что даВia~ние в парной полости при 50% производительности в начале процесса сжатия (точка а) значи­

тельно выше, чем давление всасывания. Эта разность давлений

и определяет дополнительные затраты энергии на 'выталкива­

ние рабочего вещества в камеру всасывания при работе ком-

Кроме того, при уменьшении производительности растет отно­

сительная величина протечек, что ухудшает КПД компрессора.

Экспериментальные исследования компрессора ВХ130 пока­

зали, что при уменьшении производительности на 25% эффек­

тивный КПД снижается на 10-15%, а при снижении производи­

тельности на 50% эффективный КПД падает на 20-30% в зави-

симости от режима работы. •

Однако сле,ztует отметить, что другие способы регулирования

производительности, например дросс~ирование на всасывании

или перепуск с нагнетания на всасывание, дают еще большие

потери.

Любой компрессор в составе паровой холодильной машины

постоянно работает в переменном режиме по производительнос­

ти, поэтому повышение эффективности ВМК при регулировании

производительности - весьма актуальная задача.

OL-----------~5D~----------~1~ОО~W.~n'~~

Рис. 8.82. Ивдикаториые диarpaммЫ компрессо­ ра ВХ130 при относительиой производитель.

иоети 50%:

1 - кромка золотника перпендикулврна к оси; 2 - кром­

ка золотника выполиена под угЛои

Одним из направлений сокращения энергетических потерь

является создание регулятора с изменяющейся геометрической

степенью сжатия. Это достигается изменением конфигурации

окна нагнетания в зависимости от степени регулирования про­

изводительности.

Второе направление работ по повышению эффективности ВМК

при регулировании производительности - уменьшение газоди- .

намических потерь при выталкивании рабочего вещества из пар­

ных полОстей во всасывающую камеру компрессора.

Исследования, проведенные на кафедре холодильных машин

и НПЭ СПБГАХПТ, позволили внести ряд изменений в конструк­

цию регулятора производительности И сократить энергетичес­

кие потери. Изменение геометрической степени сжатия по опре­

деленному закону при регулировании производительности по­

зволило увеличить эффективный КПД в среднем на 5% [49] вслед­

ствие сокращения потерь, связанных с несоответствием внут­

ренней и внешней степеней повышения давления. Изменение

положения кромок подвижного золотника со стороны камеры

всас~вания привело к повышению эффективного КПД на 5-7%,

так как при этом увеличилось проходное сечение отверстия для

выхода рабочего вещества при выталкивании его в камеру вса­

сывания в процессе регулирования производительности, поэто­

му сократились газодинамические потери в этом процессе. Это

подтверждается индикаторной диаграммой, полученной при ис­

пытаниях компрессора ВХ130 [57], которая показана на рис. 8.82.

Из рисунка следует, что в том случае, когда кромка золотника

выполнена под углом (кривая 2), давление начала сжатия (точ­

ка Ь) ниже, площадь диаграммы, а значит, и работа компрессо­

ра, меньше, чем для компрессора с золотником, кромка которо­

го перпендикулярна к оси регулятора. Повышение эффективно­

го КПД составило 5-7% в зависимости от режима работы. Существуют и другиеспособы повышения эффективности ВМК

при регулировании производительности.

Технологические схемы и условии работы ВМК. Холодиль­ ные ВМК заводы-изготовители выпускают в виде компрессор­ ных агрегатов. Принципиальная технологическая схема такого агрегата показана на рис. 8.83. Рабочее вещество через обрат­ ный клапан 4 и газовый фильтр 1 поступает во всасывающую камеру 7 компрессора. Для контроля температуры и давления рабочего вещества предусмотрены термометр 3 и манометр 2. В камеру всасывания также поступает масло из торцевого уп­

лотнения, подшипников и ра~грузочных поршнеЙ. Смесь рабо­

чего вещества и масла через окно всасывания всасывается во

впадины винтов. В процессе сжатия к образовавшейся смеси

добавляется масло, которое, впрыскивается в парные полости

после их отсоединения от окна всасывания. Это масло служит для охлаждения компрессора и уплотнения зазоров. Из компрес­ сора смесь рабочего вещества и масла направляется в маслоотде-

литель 15. Нижняя часть маслоотделителя представляет собой

маслосборник. Рабочее вещество, отделенное от масла, направ­

ляется через обратный клапан в нагнетательный трубопровод.

Масло из маслоотделителя через фильтр грубой очистки 14 по­

ступает в маслоохладитель 12. Давление масла после масляного

насоса 13 выше давления в маслоотделителе на 0,1-0,35 МПа.

Охлажденное масло после маслоохладителя делится на два пото­

ка. Одна часть масла через фильтр тонкой очистки 9 поступает

к подшипникам, торцевому уплотнению и разгрузочным порш­

ням, а другая - на впрыск в парные полости винтов. Представ­

.ленная схема является типовой для холодильных агрегатов

с ВМК как у нас в стране, так и за рубежом.

Некоторые зарубежные фирмы предлагают схемы, которые

несколько отличаются от типовых. Так, фирма .Сабро. (Sabroe,

Дания) рекомендует для винтовых бустер-компрессоров, кото­

рые работают при давлении нагнетания, соответствующем про­

межуточной температуре не выше О ·С, отказаться от маслоохла­ дителя. Масло, температура которого не выше 40-50 ·С, из мас­

лоотделителя без охлаждения подается в компрессор. Для отво­

да теплоты сжатия в компрессор вместе с маслом впрыскивает-

ся жидкое рабочее вещество. В этом случае уменьшается коли­

чество масла, подаваемого в компрессор, что ведет к сокраще­

нию гидромеханических и объемных потерь. С другой стороны, рабочее вещеотво, которое впрыскивается в компрессор, необхо­ димо сжимать, что увеличивает работу сжаТИJJ. Однако, учиты­

вая, что в схеме нет маслоохладителя, рекомендуемая схема дает

положительный технико-экономический эффект. Эта же фирма

в отдельных случаях рекомендует охлажд~ть масло в маслоох­

ладителях жидким рабочим веществом, -коТорое подается само­

теком из конденсатора через ресивер и запорный вентиль. Пары

рабочего вещества из межтрубного пространства маслоохладите- - ля поступают обратно в конденсатор. При этом конденсатор

и ресивер должны располагаться выше, чем маслоохладитель.

Фирма .Шталь. (Stal, Швеция) в холодильных машинах

с винтовыми компрессорами использует охлаждение масла па­

ром рабочего вещества, идущего из испарителя. Это позволяет

уменьшить расход воды и повысить объемные и энергетические характеристики компрессора за счет увеличения перегрева рабо­ чего вещества на всасывании в компрессор, а также обеспечить

стабильную и надежную работу маслоотделения.

Эта же фирма для судовых холодильных машин рекоменду­

ет, чтобы охлаждать масло, использовать жидкое рабочее веще­

ство, которое дросселируется в маслоохладителе. Однако следу­

ет отметить, что данных по исследованиям описанных схем

в литературе практически нет.

Остановимся на некоторых предельных параметрах работы

холодильных вмк. По рекомендациям ВНИИхолодмаша для

одноступенчатых холодильных машин с серийными винтовыми

маслозаполненными компрессорамИ', которые выпускает наша

промыmленность, предельными являются следующие параметры:

минимальное давление всасывания 0,005 МПа, минимальная температура всасывания -40 ос, максимальное давление нагнета­

ния 2,1 МПа, максимальная разность давленийрн - рве =1,7 МПа,

максимальная наружная степень повышенияодавленияр/рвс= 17,

максимальная температура нагнетания 90 С, температура мас­ ла на входе в компрессор 20-50 ос.

Оптимальными считаются следующие условия работы ком­

прессора: температура масла на входе в компрессор 30-40 ос, температура всасывания для хладоновых компрессоров 5-15 ос. Для аммиачных перегрев на всасывании составляет 10-20 ос в за-

При проектировании компрессора необходимо учитывать зна­

чения оптимальных окружных скоростей винтов и относитель­

ные значения количества масла, подаваемого в компрессор.

Условия работы холодильных ВМК в зависимости от диапа­

зона температур при работе на наиБОлее распространенных ра­

бочих веществах приведены в табл. 8.8.

Т а б л и ц а 8.8. )"сnовиSl рабoтu хonодиn.ных ВМК

Условия работы холодильных ВМК, спроектированных для

работы в каких-либо специфических условиях, могут значительно

отличаться от рекомендуемых, предельных и оптимальных ус­

ловий.

Сравнение эффективности работы паровых холодильных ма­

шин с ВКС и вмк. Эффективность работы холодильной машины зависит не только .от работы J(омпрессора, но и от совершенства

других процессов, происходящих в ней. Анализ циклов паровых холодильных машин показывает, что суммарные необратимые

потери, связанные с теплообменом в конденсаторе и испарителе

при разности температур между рабочим веществом и источни­

ками теплоты, равной 5 ос, в диапазоне температур кипения

0-(-30) ос и температуре конденсации 30 ос, составляют от 20

до 40%. .

" Очевидно, что для сокращения н~ратимых потерь в тепло­

обменных аппаратах необходимо уменьшить разность темпера­

тур в процессе теплообмена. Это можно сделать при неизменной

теплообменной поверхности, увеличивая коэффициент теплоот­ дачи. Один из способов повышения коэффициента теплоотдачи состоит в исключении масла из рабочего вещества, циркулирую­

щего в ~истеме, что достигается применением в составе холо­

дильной машины компрессора без смазки, в частности винтово­

го компрессора сухого с.жатия.

Создание на кафедре холодильных машин и НПЭ СПБГАХПТ

ряда поршневых и винтовых компрессоров сухого сжатия по­ зволило провести исследования по влиянию масла на характе­

ристики теплообменных аппаратов.

Экспериментальные исследования теплообмена в кожухотруб­

ном затопленном испарителе с гладкими трубами в составе опыт-

475