РАБОТА КОМПРЕССОРОВ СЕРИЙНОГО ИСПОЛНЕНИЯ НА СМЕСИ ПРОПАН-БУТАНА В ТЕПЛОНАСОСНОМ РЕЖИМЕ РАБОТЫ

1.ВВЕДЕНИЕ

Применения бинарных или многокомпонентных неазеотропных смесей холодильных агентов может расширить возможность выбора рабочих веществ. Этим смесям в последние годы отводится большое внимание, так как выяснилось, что при определенных условиях использование неазеотропных смесей может обеспечить заметное повышение эффективности холодильной машины, которые связывают с более благоприятными условиями регенеративного теплообмена, а также с возможностью снижения необратимых потерь в процессах теплообмена рабочего вещества с окружающей средой и объектом охлаждения.[1]

По своему составу и по возможным способам использования неазеотропные смеси представляют собой очень широкую область, и вдобавок слабо изученную, так как это направление в холодильной технике начало развиваться недавно.

Применения неазеотропных смесей связано со значительными практическими трудностями. Одна из их – контроль и поддержка стабильности состава смеси в течении всего периода эксплуатации. По этой причине наиболее подходят для неазеотропных смесей или малые холодильные машины, которые имеют хорошо герметичную систему, или холодильные машины очень большой холодопроизводительности, для которых обеспечивается высокая культура эксплуатации. В последнем случае возможность получения значительного экономического эффекта позволяет, затратить определенные средства на создание необходимой системы контроля состава смеси.

Что касается циклов, то был рассмотрен цикл регенеративной холодильной машины одноступенчатого сжатия работающей на однокомпонентном холодильном агенте.

Для эффективной работы тепловых насосов выбор состава рабочего вещества имеет первостепенное значение. Выбор рабочих температур ТН тесно связан с коэффициентом преобразования, который достигается в них. Его экономически оправданный уровень (Е>3) достигается при условии . Так как, высокие температуры конденсации предполагает и высокие температуры кипения.

В особенности внимание следует обращать на герметичность системы, поскольку наличие неплотности может привести к трудновосстановимому изменению состава смеси и нарушению режима работы машины.

II. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

Теплонасосные установки чаще всего создаются со стандартного холодильного оборудования. В связи с этим возникает необходимость проведения исследований для определения их действительных теплотехнических характеристик. Это в особенности важно при использовании новых рабочих веществ. Неазеотропные смеси характеризуются различием равновесных концентраций компонентов в жидкой и газовой фазах. Кипение и конденсация смеси происходит при переменных температурах. Изменяя в широких границах состав смеси можно получать такие свойства рабочего тела, которые могут обеспечить наибольшую в данных условиях эффективность холодильной машины. В результате изменения состава достигается увеличение холодопроизводительности, снижение температуры конца сжатия и обмоток встроенного электродвигателя компрессора, улучшение условий циркуляции масла в системе, расширение диапазона применения по температурам кипения и конденсации.

Основными факторами, которые определяют температурные диапазоны применения тех или других холодильных агентов, есть разности и отношения давлений при рабочих температурах tк и t0. Давления рк и р0 обуславливают прочностные характеристики элементов холодильной системы, различие (рк – р0) – нагрузку на механизм движения поршневого компрессора.

Для проведения эксперимента был использован стенд кафедры технической теплофизики Сумского государственного университета на базе безсальникового компрессора марки ФВБС-6 в схеме теплонасосной установки. Испарители установлени в грунте на глубине 1.6 м. В качестве батареи отопления установлен оребренный теплообменник воздушного охлаждения с принудительной циркуляцией воздуха. Циркуляция телоносителя осуществлялась с помощью водяного насоса производительностью 1.2м3/час.

Испытания проводились на гомогенном рабочем веществе,фреоне-22, который широко используется в настоящее время в теплонасосных установках. А также на неазеотропной смеси пропан – бутане. На рисунке 1 представлены основные характеристики эффективности работы поршневого компрессора при использовании рабочих веществ многокомпонентного состава и R22.[2].

Проведен анализ влияния компонентов рабочего вещества на основные параметры и характеристики работы компрессора.

Разнообразие составов газовых смесей и жидких растворов, а также интервалы температур и давлений, при которых они применяются в промышленности, так велики, что не представляется возможным получить необходимые параметры из зависимости p-V-T-N (где p, V, T, N – соответственно давление, температура и состав смеси) даже для технически важных смесей. В связи с этим актуальна задача определения свойств смесей по параметрам чистых веществ [3].

Эффективность термодинамических циклов на неазеотропных смесях в основном зависит от тех же определяющих комплексов теплофизических свойств, что и для однокомпонентных холодильных агентов. Благоприятное соединение этих комплексов может быть обеспечено подбором состава смеси.

При соответствующем подборе смеси важную роль, как и для однокомпонентных холодильных агентов, могут сыграть благоприятные свойства, которые влияют на эффективность действительных процессов в компрессорах.

Для обоснования принятия решения об использовании той или иной смеси очень важно количественно оценивать ее преимущества и недостатки. Аналогично расчету термодинамических циклов на чистых рабочих веществах был рассмотрен вопрос о расчете циклов и свойств неазеотропных смесей.

Разработанный комплекс уравнений позволяет рассчитать все основные характеристики цикла и опирается на ограниченное число данных в теплофизических свойствах назеотропных смесей. Это позволяет оценивать неазеотропные смеси на основе ограниченной информации об их свойствах, не дожидаясь появления подробных диаграмм состояния, что в особенности важно вследствие большого возможного многообразия вариантов состава смесей.

Для анализа выбора состава смеси был сделан расчет с помощью программы основных термодинамических характеристик холодильного цикла по следующим данным: То=268 К; Тк=333 К; Твс=288 К; Тпер=328 К; при разной концентрации смеси.

По результатам расчета были построенные графики зависимости основных термодинамических характеристик от концентрации смеси (рис.2).

III. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Предоставленные результаты экспериментальных исследований дают основание полагать что, изменяя концентрацию смеси для каждого конкретного случая, мы сможем получать необходимые параметры рабочего вещества, и повысить эффективность работы компрессора.

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