4.3. Холодопроизводительность компрессора

При работе холодильной машины в ее испарителе происходит кипение жидкого агента. Производительность компрессора при этом должна быть такой, чтобы обеспечивать удаление пара из испарителя с той же интенсивностью, с которой он образуется в результате кипения холодильного агента. Если он кипит быстрее, чем компрессор может отводить пар, то избыточное количество пара накапливается в испарителе, давление увеличивается и в результате повышается температура кипения. Если производительность компрессора такова, что пар отводится из испарителя слишком быстро, то давление в испарителе будет падать, вследствие чего будет снижаться температура кипения (последний случай имеет место в испарителе бытового холодильника, из-за чего он периодически и отключается).

Холодопроизводительность компрессора – понятие условное и определяется массой всасываемого пара G_aв единицу времени и удельной массовой холодопроизводительностьюq₀:

, (4.8)

Имея ввиду, что ,, получим окончательно:

, (4.9)

где ₁– удельный объем пара при всасывании в компрессор, м³/кг;

– удельная объемная холодопроизводительность, кДж/м³;

V_д– действительный объем пара, прошедший через компрессор в единицу времени, м³/с.

Следовательно, холодопроизводительность компрессора равна произведению трех сомножителей, из которых только один – V_hзависит от размеров компрессора (см., например, формулу (4.1)), а остальные два – зависят от режима его работы.

Действительно, режим работы компрессора во многом определяется температурой и давлением кипения и конденсации. А ранее было показано, что коэффициент подачи зависит от степени сжатия в компрессореР_к/Р₀. Нетрудно убедиться, что и величинаq_vдля любого холодильного агента зависит от параметров его состояния при всасывании в компрессор, т.е. отР₀,t₀. Следовательно, с изменением режима работы компрессора будут изменяться величиныиq_v, а значит, и холодопроизводительность компрессораQ₀. Оказывается, что одна из важнейших характеристик компрессора – его холодопроизводительность – является не постоянной величиной, а функцией параметров, при которых он работает. Представляет практический интерес выяснить более подробно характер этой зависимости.

а)  Пусть имеются два одинаковых компрессора, работающие при одинаковых температурах кипения холодильного агента t₀, но при различных температурах конденсацииt_к. Цикл первой холодильной машины – 1, 2, 3, 4, 5, цикл второй холодильной машины – 1, 2', 3', 4', 5'(рис. 4.3),t_к1<t_к2.

Рис. 4.3

Из диаграммы следует, чтоq₀₁ = i₁ – i₅большеq₀₂ = i₁ – i_5', следовательно,Q₀₁большеQ₀₂. Т.е. с увеличением температуры конденсации холодильного агента холодопроизводительность компрессора падает. Практически это означает, что, если два компрессора одинаковой марки работают при одной и той жеt₀, например, в городах Баку и Киеве, то холодопроизводительность первого из них будет ниже, так как температура окружающей среды в г. Баку, а, следовательно, и температура конденсации в г. Баку будет выше, чем у другого компрессора.

Из сказанного следует весьма важный вывод: холодопроизводительность компрессора летом всегда меньше, чем зимой. Следовательно, для круглогодичной работы компрессорного цеха подбор компрессоров необходимо выполнять на летнем, самом неблагоприятном режиме их работы. Можно показать, что повышение температуры конденсации на 1 С приводит к снижению холодопроизводительности компрессора на 2...3 %. Отсюда ясно, что для увеличения холодопроизводительности компрессорного цеха установка дополнительных компрессоров не является единственным решением – весьма эффективным средством может оказаться снижение температуры конденсации холодильного агента. Для этой цели весьма эффективным может быть использование холодной воды из артезианских скважин.

3 i lgP tk, Pk 4 2' 2 t02, P02 1' 5' 5 t01, P01 1

Рис. 4.4

б)  Пусть имеются два одинаковых компрессора, работающие при одинаковых температурах конденсации, но при различных температурах кипения (например, на одном и том же предприятии необходимо вырабатывать холод при двух различныхt₀). Первая холодильная машина работает по циклу 1, 2, 3, 4, 5, вторая – по 1', 2', 3, 4, 5'(рис. 4.4),t₀₁<t₀₂.

Из диаграммы видно, что q₀₁< q₀₂иQ₀₁ <Q₀₂. Такой же вывод можно получить, если воспользоваться формулой (4.9). Действительно, при одинаковыхV_hпервый компрессор будет иметь меньшее значение коэффициента подачи(т.к. больше степень сжатия) и меньшее значениеq_v(нижеР₀, а, значит, большеV₁).

Следовательно, при понижении температуры кипения холодопроизводительность компрессора падает. Такой вывод не выглядит парадоксальным: ведь чем ниже температурный уровень вырабатываемого холода, тем труднее его получить!

Поскольку холодопроизводительность компрессора зависит от t₀иt_к, возникает определенные трудности при сравнении различных компрессоров по их холодопроизводительности. Действительно, если один компрессор имеет холодопроизводительностьQ₀₁, а другой –Q₀₂иQ₀₁>Q₀₂, то это еще не значит, что первый из них мощнее второго, т.к. неизвестны режимы, при которых они работают. Для того, чтобы иметь возможность сравнивать различные компрессоры по холодопроизводительности, в холодильной технике для каждого типа холодильных машин введено понятие "стандартного" цикла, т.е. цикла при некоторых фиксированных температурах. Например, для одноступенчатой аммиачной холодильной машины стандартными условиями считаютt₀= минус 15 °С иt_к= плюс 30 °С. Холодопроизводительность компрессора при стандартных условиях называется «стандартной» холодопроизводительностьюQ_0 ст. Эта величина приводится в заводском паспорте любого компрессора.

При проектировании новых и реконструкции старых компрессорных цехов часто возникает необходимость пересчитать стандартную холодопроизводительность в некоторою другую, которую будет иметь компрессор при условиях, присущих данному предприятию (назовем такую холодопроизводительность рабочей). Формулу для такого пересчета легко получить, если записать выражения для холодопроизводительности такого компрессора на двух режимах:

;

.

Поскольку величина V_hкомпрессора остается неизменной при любом режиме его работы, решим эти уравнения относительноV_hи приравняем правые их части:

,

откуда

. (4.10)

В уравнении (4.10) все “стандартные” величины приведены в паспорте холодильной машины, а “рабочие” – можно получить, если выполнить тепловой расчет компрессора.

Оценить холодопроизводительность компрессоров на любом режиме работы можно и приближенно, если воспользоваться графическими зависимостями холодопроизводительности компрессора от t₀иt_к. На рис. 4.5 представлен такой график для компрессора П80. Задавшись соответствующими значениямиt₀иt_к, по рис. 4.5 можно приближенно оценить холодопроизводительность компрессора на любом режиме работы.

Рис. 4.5. Зависимость Q₀ = f (t₀) при различных значениях t_к для компрессора П80