Урок 29: Влияние давления на массовый расход и холодопроизводительность

Влияние давления на массовый расход и холодопроизводительность Тип компрессора не имеет значения для принципа, изложенного в этом уроке. Мы будем использовать только поршневой компрессор, поскольку процессы всасывания и нагнетания, а также влияние давления, легче визуализировать. Всасывание хладагента На рисунке 9.1 показаны три положения поршня. В этом примере давление всасывания составляет 4 бар, а давление нагнетания — 15 бар. В положении 1 поршень находится в верхней мертвой точке, точке А. Он не может коснуться клапанной пластины, поэтому над ним остается небольшое пространство. Это называется объемом зазора. Он содержит пары хладагента, сжатые до 15 бар. Когда поршень начинает двигаться вниз, оставшийся газ расширяется, и его давление уменьшается. Однако всасывающий клапан открывается не сразу. Он открывается только тогда, когда давление внутри цилиндра становится немного ниже давления всасывания 4 бар. Это происходит в точке B в положении 2. Следовательно, новый хладагент не поступает в цилиндр, пока поршень движется между точками A и B. В течение этой части хода расширяется только газ, находящийся внутри зазора. От точки B до нижней мертвой точки, точки C, всасывающий клапан открыт, и в цилиндр поступает свежий пар хладагента. В положении 3 поршень достигает точки C. Цилиндр заполнен паром под давлением 4 бар, но фактически в компрессор поступает только газ, содержащийся в полезном объеме между точками B и C. Сжатие и нагнетание На рисунке 9.2 показано движение поршня вверх. В положении 4 поршень начинает двигаться вверх от нижней мертвой точки, точки C. Всасывающий клапан закрывается, и давление внутри цилиндра начинает увеличиваться. В положении 5 давление в цилиндре немного повышается выше давления нагнетания 15 бар. Нагнетательный клапан открывается, и компрессор начинает подавать газ в линию высокого давления. В положении 6 поршень возвращается в верхнюю мертвую точку, точку А. Внутри зазора остается некоторое количество газа под давлением 15 бар. Этот газ снова расширится во время следующего такта всасывания. Таким образом, компрессор сбрасывает ту же массу хладагента, которую он ранее втянул в цилиндр. Что происходит при падении давления всасывания? Если давление всасывания падает с 4 до 2 бар, газ, запертый в зазоре, должен значительно расшириться, прежде чем давление в цилиндре станет ниже 2 бар и всасывающий клапан сможет открыться. Поршень должен пройти дальше вниз. Это увеличивает неэффективный ход между точками А и В. Полезный объем между точками В и С уменьшается, и меньше массы хладагента поступает в цилиндр. Чем больше снижение давления всасывания, тем меньше массовый расход хладагента через компрессор. Что происходит при повышении давления нагнетания? Если давление нагнетания увеличивается с 15 до 20 бар, газ, остающийся внутри зазора, также сжимается до 20 бар. Во время следующего такта всасывания этот захваченный газ должен расшириться еще больше, прежде чем давление в цилиндре упадет ниже 4 бар. Всасывающий клапан открывается позже, полезный такт всасывания становится короче, и компрессор всасывает меньшую массу хладагента. Чем больше увеличение давления на выходе, тем ниже массовый расход хладагента. Влияние на холодопроизводительность Массовый расход хладагента одинаков в каждой точке замкнутого холодильного контура. Изменяется только физическое состояние хладагента — жидкость, смесь или пар. Холодопроизводительность напрямую связана с массовым расходом хладагента. В примере массовый расход 1 кг/ч R22 обеспечивает приблизительно 50 Вт холодопроизводительности: 100 кг/ч обеспечивает приблизительно 5 кВт; 80 кг/ч обеспечивает приблизительно 4 кВт. Следовательно, при уменьшении массового расхода холодопроизводительность также уменьшается. Снижение температуры испарения на 1 К может уменьшить холодопроизводительность приблизительно на 3-5%. Повышение температуры конденсации на 1 К приводит к потере холодопроизводительности примерно на 1%. Вывод Более низкое давление на всасывании и более высокое давление нагнетания увеличивают неэффективную часть такта компрессора. В результате компрессор всасывает меньше хладагента, массовый расход уменьшается, и холодопроизводительность снижается. Именно поэтому рабочие давления оказывают прямое влияние на фактическую производительность холодильной системы.