разное

Цикл Ворхиса*

13.1.1. Идея цикла. Теоретический компрессор Ворхиса

Идея осуществления двухступенчатого сжатия в одном ци­линдре поршневого компрессора была высказана Г. Ворхисом (США) в 1927 году.

Особенность конструкции компрессора Ворхиса условно пред­ставлена на рис. 13.1. Одноцилиндровый непрямоточный компрессор кроме всасывающего (при давлении р0) и нагнетательного патрубков (при давлении рк) имеет дополнительный всасывающий патрубок (при давлении рпр). Дополнительный всасывающий патрубок соединяется с цилиндром компрессора через всасывающее окно в нижней части цилиндра (без всасывающих клапанов). Нижняя кромка этого всасы-

Цикл Ворхиса*

А) б)

Цикл Ворхиса*

Всасывание Ро 1 кг ^

Всасывание Рпр у кг

Нагнетание

(1+у)кг

4 ВМТ

НМТ

Рис.13.1. Компрессор Ворхиса: а) кинематическая схема; б) процесс сжатия (в диаграмме T-s)

В действительности Г. Ворхис предложил новый цикл работы поршневого холодильного компрессора, однако в литературе прочно закрепилось название «цикл Ворхиса».

Вающего окна соответствует положению поршня НМТ. Темпера­турный режим работы компрессора напрямую связан с его геометри­ческими характеристиками (диаметр цилиндра, ход поршня, частота вращения вала), а также размерами дополнительного всасывающего окна (проходное сечение). Этот факт явился главной причиной невозможности широкого применения поршневых компрессоров, работающих по циклу Ворхиса. Поршневой компрессор Ворхиса не предусматривал даже малейшего отклонения действительного температурного режима работы от расчетного, а в условиях отсутствия автоматического контроля и управления процессами серийное создание и эксплуатация двухступенчатых холодильных машин с компрессором Ворхиса (в предложенном им виде) было совершенно невозможным.

Принцип работы компрессора Ворхиса заключается в следую­щем (рис. 13.2). При прохождении поршня от ВМТ до НМТ проходит обычный процесс всасывания паров при р0- В положении поршня НМТ всасывающее окно (при рпр) открыто полностью. Пары при рпр обладают большей удельной массой и энергией, чем пары, находящиеся в цилиндре компрессора при р0, поэтому, попадая в цилиндр компрессора пары при рпр сжимают пары, находящиеся при Ро до давления рпр, при этом работа на осуществление этого сжатия к

Цикл Ворхиса*

А) б) в) г)

Рис.13.2. Принцип работы компрессора Ворхиса: а) начало процесса всасывания паров при р0 б) поршень подходит к НМТ, окончание всасывания при р0 в) поршень в НМТ, всасывание при рпр с одновременным сжатием; г) сжатие отр„р дорк

Компрессору не подводится. Процесс сжатия ОТ Ро до рпр происходит мгновенно, поэтому будем считать, что сжатие от р0 до рпр осуществ­ляется в положении поршня НМТ. Если условно принять, что через испаритель циркулирует 1 условный кг рабочего вещества, то коли­чество рабочего вещества, входящего в компрессор Ворхиса при рпр, определяется как у кг. При этом величина у может принимать любые значения (у>1 или у<1) в зависимости от конструктивных особен­ностей компрессора Ворхиса. Сжатие рабочего вещества в количестве (7+у) кг с затратой внешней работы осуществляется от рпр до рк-

Проведем анализ работы компрессора Ворхиса, используя изображение всех процессов, происходящих в компрессоре, в диаг­рамме T-s (рис.13.16). Работу, затрачиваемую в компрессоре Ворхиса, будем сравнивать с работой, затрачиваемой в любой двухступенчатой холодильной машине, работающей по схеме с неполным промежу­точным охлаждением (система дросселирования значения не имеет). Результаты сравнения представлены в Таблице 13.1.

Теперь проанализируем работу компрессора Ворхиса, используя индикаторную диаграмму (рис.13.3):

Таблица 13.1.

Двухступенчатая холодильная машина с неполным промежуточным охлаждением процесс сжатия 1-(2)-3-4

Компрессор Ворхиса, процесс сжатия 1-3-4

Удельная работа сжатия wKHC=h(2)-h,

Или

WKHC^m.(l-(2)-f-g-l)

От ро до рпр

0

Удельная работа сжатия

КВС і і

W ~п4-п3

Или

WKBC = пл.(3-4-/-3)

От рпр Щ>р к

W = h4-h3

Или

W = m.(3-4~f-3)

Суммарная раб< Zw = 1k?'WKHC +(1 + у)кг-м>квс

Или

Zw = lKZ'nn.(l-(2)-f-g-l) +(1 + у)-пл.(3-4-/-3)

Эта

2и> = (14- у )кг • w

Или

W = ( 1 + у )• пл.(3-4 - f - 3)

Цикл Ворхиса*

Всасывающий клапан

Рис Л 3.3. Анализ работы компрессора Ворхиса в индикаторной диаграмме

• процесс а-Ъ - всасывание 1 кг рабочего вещества при р0

• процесс b~c ~ всасывание у кг при рпр с одновременным сжа­тием 1 кг от ро до рпр. Точка с соответствует (1+у) кг рабочего вещества при рпр

• процесс c-d - сжатие (1 +у) кг рабочего вещества от рпр до р0

• процесс d-e - нагнетание (1+у) кг рабочего вещества при рк. Таким образом V - теоретический объем, описываемый

Поршнем компрессора Ворхиса. Если политропу сжатия c-d продлить до р0, то полученный треугольник b-1-c указывает на:

• экономию работы по сравнению с двухступенчатым сжатием;

• уменьшение металлоемкости компрессора Ворхиса по сравне­нию с обычными одноступенчатыми компрессорами, в которых после­довательно осуществляются две ступени сжатия.

13.1.2. Методика расчета

Методика расчета процессов, происходящих в компрессоре Ворхиса, достаточно сложная. Рассмотрим основы проведения расчетов и методы его выполнения.

Расчет сводится к определению параметров в точке 3 как точке смешения рабочего вещества, находящегося в состоянии, характери­зуемом ТОЧКОЙ 1 (1 КГ при Ро) и точкой 6 (у кг при рпр) при одновременном осуществлении процесса сжатия. Необходимо отме­тить, что точку 1 считают расположенной в области перегретого пара, а точку б (вернее, точку 6'), расположенной на правой пограничной кривой, т. е. соответствующую состоянию сухого насыщенного пара. Запишем уравнение смешения в логическом виде

Точка 3 = точка 1 + точка 6"

Тогда

• уравнение смешения через выражения для определения внутренней энергии в каждой точке

Ui = hi~Po'vn (13.1а)

U3=h3~Pnp'v3i (13.26)

M6»=V> (ІЗ. Ів)

Тогда

[h - Рпр ■ + у)=(А/ - Л> - v7)+V • У; (13-2)

• уравнение смешения через уравнение сплошности потока имеет вид

V3-{l + y) = v6^y + vj-l. (13.3а)

Или может быть упрощено как уравнение постоянства объема пара до и после смешения

V3=f-. (13.36)

1+у

Видно, что два ур. (13.2) и (13.3) содержат 4 неизвестных величины: йз, vj, у, рпр. Таким образом необходимо или записать еще два уравнения (что невозможно), или использовать тот факт, что в области перегретого пара (точка 3) для чистого рабочего вещества существует однозначная связь между изохорой и изоэнтальпой, т. е.

V3=f{h3). (13.4)

Таким образом методом последовательных приближений (методом подбора) значений и v3 и подстановкой их в ур.(13.2) и (13.3) можно определить положение точки 3.

В связи с тем, что во времена разработки этого цикла расчеты осуществлялись исключительно «вручную», то для их выполнения были предложены некоторые вспомогательные приемы, которые потеряли всякую актуальность при современных методах проведения компьютерных расчетов.

В. Е.Цыдзиком в 1940-ых годах был предложен метод расчета идеализированного компрессора Ворхиса, в связи с чем геометри­ческие размеры компрессора в явном виде в анализе и расчете не участвовали.

Ур.(13.2) подвергается упрощению путем вычитания величины (/ + y)h3 из обеих частей. Далее, после подстановки значения vj из ур. (13.36), получаем

(h3 - V-)(/ + у)=Р^3{1 + у) + hj — V-. (13.5)

Совместное решение ур.(13.5) и (13.36) дает возможность определить термодинамические параметры в точке 3.

Методика расчета действительного компрессора Ворхиса была предложена Н. Спарксом в 1935 году.

Рассмотрим действительные процессы, проходящие в ком­прессоре Ворхиса, аналогично методу, изложенному в Главе 8.

Будем считать, что Mj [39]- количество пара рабочего вещества в состоянии, характеризуемом точкой 1 (как и ранее примем 1 условный кг), Мс - количество рабочего вещества, находящееся в «мертвом пространстве компрессора», Af6" - количество пара рабочего вещества, характеризуемой точкой 6"(у кг).

При положении поршня НМТ (всасывающее окно в нижней части цилиндра открыто полностью) масса пара, находящегося в цилиндре компрессора, представляет сумму (М]+Мс+М6> ), кг и

Занимает объем, описанный величиной (рис. 13.4,а). Величины Mj, Мс и М6" могут быть определены только в том случае, когда будут известны термодинамические параметры пара до и после смешения, т. е. когда задача будет решена.

Рассмотрим шесть уровней давления, представленных на рис. 13.46: ро - давление кипения рабочего вещества в испарителе, р0 - давление всасывания (с учетом депрессии во всасывающем клапане,

Цикл Ворхиса*

Положение поршня У

•-Ч1

•4h

•з

V,

Положение поршня X

Vf*

Cq

А)

Рис. 13.4. К расчету действительного компрессора Ворхиса. а) схема компрессора (величина V описывает объем цилиндра до момента пересечения поршнем кромки всасывающего окна прирпр) б) процессы в диаграмме lg p-h

Рпр - давление во всасывающем окне,/?лр - - давление после смешения с учетом газодинамических потерь в момент удара потоков при смешении, рк - давление конденсации, рк - - давление нагнетания (с учетом депрессии в нагнетательном клапане).

Состояние пара рабочего вещества непосредственно перед всасыванием в компрессор обозначено точкой а (влияние внутренних процессов на всасывании в компрессор рассмотрено в п.8.2.2), в соответствии с предположением автора метода, Ta=Tj.

Запишем уравнение закона сохранения массы рабочего вещества при смешении:

• положение поршня X

М с + М j = —, (13.6)

• положение поршня Y

Мс +М7 +М6„ = —, (13.7)

V3

Из ур.(13.7) определим величину М6„ ~ — ~{Мс +М7).

Уравнение сохранения энергии при смешении имеет вид

= (Мс +Mj +М6,.)и3 = (13.8)

= (Mc+MI+M6„)(h3-Pnp, v3).

При совместном решении ур.(13.7) и (13.8) получаем

~ Рпр^з)- —-(Mc+Mj) h6„+(Mc+M,)ua (13.9а)

Цикл Ворхиса*

ИЛИ

- (h3 - h6„ )= Рпр. V ~(МС + М, XV - и J ■ (13-96)

Совместное решение ур.(13.9) и (13.6) дает результат

Цикл Ворхиса*

K"~Ua

(13.10)

На основании выполненного анализа можно сделать следую­щие выводы:

• состояние пара рабочего вещества после смешения (точка 3) зависит от параметров смешиваемых потоков (точка 1 или точка а) и точка 6и не зависит от их массового расхода или массового количества (ур. (13.10));

• * величина у определяется термодинамическим циклом, учет реальных условий работы компрессора оказывает косвенное влияние на изменение этой величины;

• величина у, а, следовательно, и величина рпр устанавливаются в двухступенчатой холодильной машине, работающей с компрес­сором Ворхиса, самостоятельно как функция геометрических разме­ров компрессора (величина V) и параметров смешиваемых потоков. В связи с этим, при непрерывном изменении параметров в точках 1 и 6" (в процессе эксплуатации эти величины постоянно колеблются), постоянно будет изменяться состояние рабочего вещества в точке 3 и, таким образом, величина работы, затрачиваемой компрессором Ворхиса (Таблица 13.1).

разное

Дизайнерские радиаторы из чугуна от radimaxua.com

Интернет-магазин radimaxua.com предлагает широкий ассортимент дизайнерских радиаторов из чугуна, выпускаемых под брендом RETROstyle. Изготовлением декоративных радиаторов занимаются европейские заводы.

Солнечные коллекторы для отопления

Домашние отопительные системы обычно работают за счет энергии электричества, природного газа или масел, за которые необходимо платить. К тому эти способы отопления вредят окружающей среде. Альтернативой им является солнечная батарея или коллектор.

Как раскрутить свой Instagram с помощью сервиса Like Social ?

Популярность социальных сетей сделала возможной организацию бизнеса в Интернете. Чтобы убедиться в том, что интернет-дело может быть прибыльным, достаточно обратить внимание на количество пользователей популярной сети «Инстаграм», которое на сегодняшний …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел. +38 05235 7 41 13 Завод
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 067 561 22 71 — гл. менеджер (продажи всего оборудования)
+38 067 2650755 - продажа всего оборудования
+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи всего оборудования
e-mail: msd@inbox.ru
msd@msd.com.ua
Скайп: msd-alexandriya

Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Представительство МСД в Киеве: 044 228 67 86
Дистрибьютор в Турции
и странам Закавказья
линий по производству ПСВ,
термоблоков и легких бетонов
ооо "Компания Интер Кор" Тбилиси
+995 32 230 87 83
Теймураз Микадзе
+90 536 322 1424 Турция
info@intercor.co
+995(570) 10 87 83

Оперативная связь

Укажите свой телефон или адрес эл. почты — наш менеджер перезвонит Вам в удобное для Вас время.