ОБОБЩЁННАЯ МОДЕЛЬ ОБЪЁМНЫХ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ГЕРМЕТИЧНЫХ КОМПРЕССОРОВ

Малые холодильные машины, являющиеся наиболее массовой продукцией отрасли холодильного машиностроения, создаются в большинстве случаев на основе герметичных поршневых компрессоров. Объемные и энергетические потери в таких компрессорах решающим образом влияют на холодопроизводительность, потребляемую электрическую мощность и показатели эффективности малых холодильных машин. Достаточно отметить, что электрический КПД, характеризующий суммарные энергетические потери в компрессоре, в лучших моделях едва превышает 0,4. Это указывает на то, что большая часть подводимой к малой холодильной машине электрической энергии теряется из-за потерь в герметичном компрессоре.

В настоящее время в приложении к герметичным поршневым компрессорам актуальны две основные задачи. Решение первой из них направлено на поиск и реализацию различных усовершенствований, преследующих своей целью дальнейшее уменьшение потерь. Вторая задача методического плана связана с разработкой теоретических моделей, которые позволят взаимосогласованно описывать объемные и энергетические характеристики таких компрессоров.

Важность последней задачи обусловлена тем, что на её основе можно с высокой степенью достоверности рассчитывать и оптимизировать энергетические характеристики малых холодильных машин, в которых используются являющиеся объектом исследований герметичные поршневые компрессоры. Решению последней задачи посвящен данный доклад.

На энергетические потери, как и на потери объемной производительности, влияют различные конструктивные и режимные характеристики компрессора. Кроме этого, важным определяющим эти потери фактором является род рабочего тела, т.е. комплекс равновесных и неравновесных свойств хладагента, а также системы хладагент-компрессорное масло.

В качестве функций, позволяющих описать объёмные и энергетические характеристики герметичного поршневого компрессора, используем следующие зависимости:

1.коэффициент подачи

В общем случае эти функции зависят от ряда параметров, которые характеризуют работу компрессора в составе холодильной машины. К ним относятся, прежде всего, степень повышения давления = рнаг / рвс, определяемая по внешним давлениям, а также давление всасывания рвс и перегрев на всасывании [tвс – т0 (рвс)]. Это указывает на то, что и el в общем случае являются трёхпараметрическими функциями указанных параметров, где tвс , т0 (рвс) — температуры всасывания и насыщенного пара хладагента при давлении рвс.

Анализ вкладов этих величин в и еl показывает, что превалирующее влияние на объёмные и энергетические характеристики компрессора оказывает степень повышения давления . При установлении зависимости () и еl () необходимо обращать внимание на обеспечение термодинамически согласованного поведения этих функций при изменениях . Так, опуская доказательства, следует учитывать, что при одних и тех же значениях = max функции () и еl () обращаются одновременно в нуль; при = 1 коэффициент подачи имеет наибольшее значение, а коэффициент еl = 0.

Изучение характера изменения потерь в герметичных поршневых компрессорах при изменениях различных факторов показывает, что в большинстве случаев можно использовать одно- или двухпараметрические модели. Покажем это на примере герметичного компрессора марки GL60АА, который исследовался нами на калориметрическом стенде на различных хладагентах (R12, R134a, R152a, R290, R600a). Калориметрирование проводилось при фиксированных значениях и различных давлениях всасывания Рвс. Затем выбирались следующие значения и снова варьировались давления всасывания Рвс. Это позволило провести исследования в следующем диапазоне: 5<<18; 0,6Рвс2 бар.

Полученные нами надежные и согласованные экспериментальные данные затем использовались для разработки обобщенных моделей.

Как уже отмечалось, наибольшее влияние на функции el оказывает степень повышения давления. На рис. 1 приведены экспериментально полученные значения данных функций при использовании в качестве рабочих тел в компрессоре GL60AA различных хладагентов. Массив опытных точек аппроксимирован следующими зависимостями для электрического КПД и коэффициента подачи:

Представленные на рис. 1 кривые, как можно установить, позволяют только качественно описать полученные данные в рамках однопараметрической модели. Поэтому для разработки более точных моделей было введено в качестве второго параметра давление всасывания в компрессор Рвс. Данный параметр существенно сказывается на значениях и el . Так, при =idem величина заметно уменьшается при росте Рвс. Это объясняется тем, что при увеличении Рвс в случае фиксированного разность между давлениями нагнетания Рнаг и всасывания Рвс возрастает. Все это приводит к более существенному влиянию на коэффициент подачи протечек пара через неплотности в цилиндре герметичного компрессора.

На рис. 2 приведены зависимости = f(), апроксимирующие данные экспериментов для различных Рвс: 0.6, 1.0, 1.5, 2.0 бар. Как и ожидалось, наименьшие значения коэффициента подачи при фиксированных получены для Рвс = 2 бар, т.е. наиболее высоком значении давления всасывания, которое можно было обеспечить в ходе экспериментов.

Чтобы корректно учесть влияние Рвс , т.е. перейти к двухпараметрической модели, вводился дополнительный множитель. Принимая это во внимание , а также выражение (5) получим:

Анализ данных, представленных на рис. 2, показывает, что влияние величины давления всасывания на коэффициент подачи проявляется более существенно при малых значениях . Поэтому в формулу (5) пришлось ввести поправку, учитывающую степень повышения давления.

Таким образом, окончательно зависимость коэффициента подачи представим в следующем виде:

Полученная зависимость лучше передает характер изменения экспериментальных значений коэффициента подачи герметичного поршневого компрессора.

Обобщенная модель объемных характеристик в виде (7) хорошо описывает значения коэффициентов подачи других герметичных компрессоров типоразмерного ряда GL. Максимальные расхождения по этой характеристике не превышают 4%.

Для прогнозирования и оптимизации энергетических характеристик малых холодильных машин целесообразно использовать обобщенные одно- или двухпараметрические модели объемных и энергетических характеристик герметичных поршневых компрессоров. Данные модели дают наилучшую сходимость расчетных и экспериментальных значений коэффициентов подачи и электрических КПД компрессоров, образующих некий типоразмерный ряд.

Труды XIII международной научно-технической конференции по компрессоростроению. Сумы 2004