разное

Конструктивно-эксплуатационные свойства

Анализ конструктивно-эксплуатационных свойств рабочих веществ фактически представляет набор правил и теорий, на осно­вании которых рекомендуется проводить выбор рабочего вещества и оборудования (в большинстве случаев компрессора). Иногда выбор рабочего вещества на основании конструктивно-эксплуатационных свойств превращается в задачу оптимизации, если схемное решение машины известно. Чаще такая оптимизация имеет место для односту­пенчатых парокомпрессорных холодильных машин и тепловых насосов.

Первоначально рассмотрим основные классификационные признаки рабочих веществ:

• по нормальной температуре кипения Ts все рабочие вещества разделяют на;

Ts = -130 ... -60°С - низкотемпературные;

Ts = -60 ... -10°С - среднетемпературные;

Ts = -10 ... +80°С - высокотемпературные.

• по давлению р при температуре насыщения Т= 30°С;

Р = 2,0 ... 7,0 МПа - высокого давления;

Р = 0,5 ... 2,0 МПа - среднего давления;

Р < 0,5 МПа - низкого давления.

Очевидно, что два классификационных признака являются взаимозависимыми.

Выбор оборудования осуществляется по каталогам заводов - изготовителей, выбор рабочего вещества - по аналогичной рекламной продукции. Для создания единообразия в представлении информации, еще в 1930-ых годах обществом по отоплению, вентиляции и кондиционированию США (ASRAE) был предложен стандартный режим[19], т. е. некоторый температурный режим работы одноступен­чатой холодильной машины, который должен быть принят для составления классификации холодильных машин по производитель­ности, прежде всего для использования в рекламно-проспектной продукции. Эта идея в 1938 году была поддержана Международным институтом холода как «проспектные температуры», однако в даль­нейшем появились стандарты (в том числе и в СССР), расширившие понятие стандартный режим. Первоначально стандартный режим соответствует Tq= -15°С; 7>=30°С. Ныне в это понятие входят:

• Т0= -15°С и Г#=30°С;

• переохлаждение рабочего вещества в конденсаторе на 5 градусов (Гз=25°С все зависимости от рабочего вещества);

• температура рабочего вещества на всасывании в компрессор 7> -10°С (для R717) и Г7>15°С (для рабочих веществ HFC - и HCFC - типа).

Рассмотрим требования, предъявляемые к рабочим веществам, выполнение которых обеспечит надежную и экономичную эксплуата­цию холодильного оборудования (наиболее важно - компрессора):

• давление кипения. Желательным является соблюдение условия Ро^Оу /МПа, что позволит избежать подсоса воздуха в машину при воз­можном кратковременном нарушении герметичности элементов или трубопроводов. Диапазон 0,1МПа^о<0,5МПа рекомендуется, исходя из практики компрессоростроения и эксплуатации. Отметим, что условиер0>ОДМПа не является строгим требованием;

• давление конденсации. Для серийно выпускаемого оборудова­ния (компрессоры и теплообменные аппараты) максимальное давле­ние ограничено значением 2,5 МПа, следовательно, рк <2,5 МПа. При рк>2,5 МПа необходимо использовать специальные типы компрессо­ров и теплообменного оборудования, адаптированные к условиям работы при повышенном давлении;

• разница давлений при одноступенчатом сжатии составляет (Рк - Ро)< 1,6 МПа, что соответствует условиям прочности серийно выпускаемых компрессоров. Нарушение этого условия требует применение специального типа компрессоров;

• отношение давлений в одноступенчатом компрессоре рк/ро ^ 7...8 (в некоторых случаях рх/р0<&..7)[20]. Если соблюдение этого условия невозможно, то следует изменить цикл холодильной машины.

Отметим, что первые четыре требования относятся к серийно выпускаемому холодильному (теплонасосному) оборудованию. Если холодильная машина (тепловой насос) по каким-либо условиям должна работать на строго определенном рабочем веществе, которое при необходимом температурной режиме работы выходит за пределы рекомендованных диапазонов изменения давлений, то все оборудо­вание должно быть специально спроектировано и заказано на заводе - изготовителе как спецзаказ. Естественно, что стоимость такого обору­дования несравнимо выше серийно выпускаемого.

Графической интерпретацией вышеописанных ограничений является диаграмма, предложенная К. Бенке еще в J 966 году, которая, однако, нашла широкое применение в рекламной продукции фирм - изготовителей холодильных компрессоров сравнительно недавно - рис.6.11.

Работоспособная зона одноступенчатого компрессора (кон­кретной конструкции, конкретного завода-изготовителя) для опреде­ленного рабочего вещества ограничена следующими условиями: 1234 - температурные границы рациональной работы компрессора; АВ - ограничения максимальной температуры конца сжатия (Т2=тах); CD - ограничения максимальной степени сжатия (рк/ро-тах) EF - ограничения максимальной разности давлений {рк-р0-тах) MN - ограничения минимальной разности температур (Тк-Т0-тіп).

Любая точка, лежащая в области 1AB3NM1, будет соответст­вовать работоспособному режиму функционирования холодильной машины (теплового насоса) на заданном рабочем веществе. Таким об-

То" То

Разом из всего множества рабочих веществ, ограниченных одной из трех областей по первоначальной классификации, необходимо выб­рать ту группу, которая удовлетворяла бы рассмотренным требова­ниям (рис.6.11). Далее из этой группы методом исключения по ниже - рассмотренным требованиям определяют одно рабочее вещество, которое и будет использоваться в проектируемой холодильной машине (тепловом насосе).

Конструктивно-эксплуатационные свойства

Анализ известного термодинамического уравнения для определения удельной адиабатной работы компрессора

K-i

(6.15)

Показывает, что эта величина представляет собой функцию —- и к

(Т0 считаем известной). Не существуют рабочие вещества, для кото­рых совпадали бы эти величины, таким образом появляется возмож­ность оптимального выбора рабочего вещества, для которого совмест-

Т? п

Конструктивно-эксплуатационные свойства

Рис.6.11. Диаграмма Бенке для выбора рабочего вещества по известным ограничениям на использование оборудования (компрессора)

Рк

НЫЙ анализ величин —~ И k будет соответствовать условию (Укм)тіп-

Ро

Наряду с требованием (ууш)ты существует и требование максимально возможной удельной массовой холодопроизводи­тельности q0. Условие (qo)max соответствует выбору такого рабочего вещества, у которого максимально большая (из анализируемых рабо­чих веществ) величина тепла фазового перехода и одновременно,
минимальное значение теплоемкости жидкости ctlfCUdK, что способст­вует уменьшению потерь, связанных с дросселированием.

Эти требования могут быть объединены в одно, которое было сформулировано и описано Р. Планком в 1930-ых годах. Метод Планка заключается в анализе величины СОР цикла холодильной машины через анализ термодинамических свойств рабочего вещества.

Рассчитывая значение СОР для холодильной машины, рабо­тающей на различных рабочих веществах по циклу, предложенному Р. Планком (рис.5.6), определяют величину СОР рабочего вещества в определенном температурном режиме работы. В рекламной продук­ции заводов-изготовителей рабочих веществ широко используется величина СОР рабочего вещества в стандартном режиме.

Очевидно, что величина СОР цикла холодильной машины будет зависеть не только от температурного режима работы (Т0 и 7V), но и от свойств применяемого рабочего вещества, а именно:

• г-тепла фазового перехода;

• с' - теплоемкости насыщенной жидкости;

• с"-теплоемкости насыщенного пара;

• сп - теплоемкости перегретого пара.

На диаграмме состояний T-s эти величины будут зависеть от характера расположения пограничных кривых и изобар в области перегретого пара.

Величина СОР для холодильной машины с детандером определяется как

(6.16)

W

Цикла

При замене детандера дроссельным вентилем холодопроизводитель - ность машины уменьшается на величину Aq0, характеризующую необратимость процесса дросселирования, а работа цикла возрастает на величину недополученной работы в детандере Aw (п.5.1). С учетом сказанного, перепишем ур.(6.16)

Конструктивно-эксплуатационные свойства

(6.17)

Максимально возможную удельную массовую холодопроизво - дительность в цикле можно получить только при условии, что начало

Рис.6.12. Метод Планка для определения СОР рабочего вещества

Процесса кипения рабочего вещества в испарителе совпадает с точкой 5 (насыщенная жидкость), тогда

Д™еор = пл.( а -1 — 5 — d )~hl - h5 = r. (6.18)

При использовании адиабатного расширения в детандере как метода получения низкой температуры, выражение для определения удельной массовой холодопроизводительности имеет вид

Д0(Д) =пл.( а-І-5-d )-wi.(c-4s - 5 - d). (6.19)

IIn.(c-4s-5-d) необходимо выразить как T0(s4S-ss)- Так как s^ ТО T0(s4s ~-s5)-T0(s4s-sз). Определить величину изменения энтропии (s4S-s5) в изобарном процессе 3-5 можно при условии, что существует некоторое среднее значение теплоемкости насыщенной жидкости (с') в этом процессе, т. е.

(6.20)

С учетом вышесказанного

Т

4o<a)=r-To{s4,-Ss^r-Toi^s - s3)=r-c'T0ln-:f-. (6.21)

In

О

JL и-

Величину In —— раскладываем в ряд с учетом только первых То

Конструктивно-эксплуатационные свойства

Nd с і) f am

L-ся—J

Конструктивно-эксплуатационные свойства

Двух членов, что достаточно для инженерных расчетов,

ТК=ТК-Т0 1{тк-тоу То Т0 2 То тогда ур.(6.21) перепишется как

Яо(Д) =r-c'T0ln^ = r-c'{TK-T0). (6.23) lo

Для точности расчетов по ур.(6.23) достаточно использовать только

Т

Первое слагаемое ур.(6.22) - первый член ряда In——.

То

Ранее уже было доказано, что величина потери холодо­производительности (Aq0) и величина недополученной работы в детандере (Aw) равны. Используем этот факт для определения умень­шения удельной массовой холодопроизводительности вследствие замены детандера дроссельным вентилем

Aq0 = пл.(b~4h -4S - с ) = пл.(5 -3-4S ) = — пл.(d — 5 — 3 ~~ с) — пл.(d — 5 — 4S — с)

Или

А„ ,/гр гр ^ Тк-Т0 1 (Тк - Т0) Мо тк - то)-с то——-- с то~ "і

- (6-24)

Г "2 т 2

Lo z 10

Для точности расчетов по ур.(6.24) необходимо использовать

Т

Оба слагаемых ур.(6.22), т. е. два первых члена ряда In к

Т0

После преобразования ур.(6.24), получаем

Л (^к То)

АЧо=с -------------- ;-- '--- (6-25)

I0 і

2Т0

Тогда действительная удельная массовая холодопроизводительности цикла холодильной машины с дроссельным вентилем определиться как

Чо =Яо(Д) - АЯо^г-с'ІТк ~То)-с'~{Тк -~тоУ =

(6.26)

= с'ІТ - Т І г_____________ 1 - Тк

= _J_v(6.22)

Кк °[с'{Тк-Т0) 2Т0

Теперь проанализируем величину Aw. Выразим работу цикла Карно l-e-3-4s через удельную массовую холодопроизводительность, выраженную пл.(а-1-45-с), тогда

LO 1о

Увеличение работы, затрачиваемой в цикле с дроссельным вентилем, на величину Aw (недополученной работы в детандере) составит

Aw = n^(b-4h -4S - с) + пл.(е-2-к), (6.28)

Где

Rm.(b-4h -4S - с) = Aqa.

Рассматривая пл.(е-2-к) как площадь прямоугольного треуголь­ника, запишем

Пл.(е-2-к) = ^-^-. (6.29)

Отрезок ек выразим как ек - sk - s}. Предположим наличие некото­рого среднего значения теплоемкости с" (отметим, что с"<0) в процессе к-1, тогда, аналогично ур.(6.20), получим

— Т

Ек = s. - S, =-c"Zn—. (6.30)

Т0

Отрезок е2 определим из подобия треугольников А е-2-к и Af-к-п е2 ек — И ек ТК с" ТК ^

— = = , тогда е2 = ______ = —------------ In —!~. Окончательно получаем

¥ fit jh сп т0


F rp rjrt rji ^

2 (6-31)

Hl^L^l Ac")* Tk{TK-TQ)2 Го) cn 2 T02

To cn T0 j

Cn 2

Пл.( е-2-к )z -

Последнее равенство в ур.(б. ЗІ) получено с учетом ур.(6.22).

Увеличение работы, затрачиваемой в цикле с дроссельным вентилем, составит

^ - c'±(JhIoL +И1 Ll(T[21]-TqY. , (6.32)

Т0 2 сп 2 Т02

Тогда выражение для знаменателя в ур.(6.17) получит вид

ЛТг-Тп

W

Цикла - ^ / гр

' І

О

. 1 (Тк-То)2 , И2 тк (тк - тоу

+ 'о, - uj = (633)

Тк - т,

То 2 сп 2 Т02

Чо-Мо

W + Aw

YVцикла '

С'{Тк-Т0)

К-1-М+- 2 _

Т0

К -1 + ML +

Тк-т0

К-М -- 2

Т0

СОР =

1 Т —Т

2

Исследование ур.(6.37) как математической функции СОР = /(г, с',с",сп) на предмет определения значений г, с с" и ст при которых СОР-гпах с целью подбора оптимального рабочего вещества, не дало желаемых результатов, так как функция не имеет экстремумов. Величина СОР стремится

(6.37)

К максимальным значениям при г —> <*> и с' Q,

(6.38)

По многочисленным данным расчетов цикла Планка на различных рабочих веществах И. И.Левиным в 1930-ых годах было получено соотношение (рис.6.)

- = const,

Рк - Ро

Где qv - удельная объемная холодопроизводительность цикла холодильной машины, определяемая отношением удельной массовой холодопроизводительности цикла к удельному объему паров рабочего вещества в точке всасывания в компрессор qv = qQ / v}.

Используя это выражение, возможно в первом приближении определить будущие размеры компрессора, т. е. от термодинамичес­кого анализа перейти к экономическому*, соответственно, выбирая то рабочее вещество, для которого размеры компрессора будут минимальными.

Рис.6.13. Зависимость между

(Рк-Ро) и qv: 1 - R-10;2-R-30; З - R-130c; 4 - R-150a; 5 - R-ll; 6-R-160; 7 - R-(CH3)2NH; 8 - R-40B1; 9 - C4Hi0; 10- R-600a; II-CH3NH2; 12-S02; 13-R-40; 14-R-12; 15 - R-290; 16-R-R717

Выполнение нижеперечисленных требований окончательно выявит рабочее вещество для холодильной машины (теплового насоса) для заданных условий эксплуатации:

• достоинством рабочего вещества является низкое значение плотности жидкости (пара). Это обусловлено тем, что при циркуляции рабочего вещества имеют место гидравлические (газодинамические)

Сопротивления, величина которых определяется как Ар р^— (где

2g

- коэффициент местного сопротивления; р - плотность рабочего вещества; w - скорость движения рабочего вещества; g - ускорение свободного падения).

Величина вязкости прямо пропорциональна плотности. Минимальное значение вязкости рабочего вещества обеспечивает высокое значение коэффициента теплоотдачи, т. е. способствует уменьшению теплообменной поверхности всех теплообменных аппаратов холодильной машины;

• максимальная растворимость со смазочным маслом;

• химическая стабильность и химическая инертность к конструкционным материалам.

• экологическая чистота;

• минимально возможная стоимость.

Конструктивно-эксплуатационные свойства

9

8 7 6 5 4 3 2

К сожалению не существует некоторой эмпирической зависимости для определения цены рабочего вещества. Рабочее вещество является «продуктом» на холодильном (теплонасосном) «рынке», и цена на него устанавливается индивидуально каждым заводом-изготовителем. Существуют разрозненные данные по стои­мости некоторых рабочих веществ относительно стоимости R-22
(стоимость 1 кг R-22 принята равной 100%): R-11 - 60%; R-123 - 190%; R-12 - 70%; R-134a - 290%; R-718 (вода) - 14% и R717 - 30%. Из имеющихся данных можно сделать вывод, что цена рабочего вещества (синтезированного) прямо пропорциональна его молеку­лярной массе, что объясняется более сложным, а, следовательно, и дорогим процессом синтеза.

На основании всего изложенного понятно, что не существует единого рабочего вещества, удовлетворяющего всем критериям одновременно. Необходимым является компромиссное решение в выборе рабочее вещества, т. е. оптимизация.

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.