Пособие для ремонтника. Справочное руководство

9. ВЛИЯНИЕ ДАВЛЕНИЯ НА МАССОВЫЙ РАСХОД И ХОЛОДОПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ

Несмотря на то, что в настоящее время вместо поршневых компрессоров предпочитают использовать ротационные (обладающие целым рядом преимуществ), мы будем рассматривать поршневые компрессоры (для простоты изложения), чтобы показать основные явления, которые не зависят от типа применяемого компрессора.

Рассмотрим три позиции на рис. 9.1, показывающие ход поршня холодильного компрессора при всасывании.

Поз. 1. Поршень находится в верхней мертвой точке (точка А). Поскольку поршень не должен ударяться в клапанную плиту, в верхней части цилиндра предусмотрено свободное пространство, обеспечивающее механическую безопасность (его называют мертвым объемом).

В рассматриваемом примере этот объем содержит пары хладагента при давлении 15 бар. Поскольку низкое давление равно 4 бар, всасывающий клапан закрыт.

Поз. 2. По мере опускания поршня в цилиндре пары хладагента, которые были сжаты в мертвом объеме до давления в 15 бар, начинают расширяться и их давление уменьшается.

Всасывающий клапан не сможет открыться до тех пор, пока давление в цилиндре не упадет несколько ниже 4 бар, что произойдет, например, в точке В.

Следовательно, ход поршня между точками А и В служит только для расширения паров и в этот период ни одна молекула газа не может проникнуть в цилиндр.

Поз. 3. Поршень приходит в нижнюю мертвую точку (точка С). Цилиндр целиком заполнен парами хладагента при давлении 4 бара, однако в компрессор поступило только то количество газа, которое содержится в пространстве между точками В и С.

Таким образом, в связи с тем, что в цилиндре существует так называемый мертвый объем, ход поршня между точками А и В является бесполезным ходом и компрессор начинает работать на всасывание только между точками В и С.

Теперь рассмотрим ход поршня при сжатии (см. рис. 9.2)

Поз. 4. Поршень находится в нижней мертвой точке (точка С) и в компрессор поступило только то количество газа, которое содержится между точками В и С.

Поз. 5. По мере того, как поршень поднимается, давление в цилиндре возрастает (следовательно, всасывающий клапан закрыт) до тех пор, пока рост давления не приведет к открытию нагнетательного клапана и вытеснению газа при давлении 15 бар в коллектор ВД.

Поз. 6. Поршень возвращается в верхнюю мертвую точку. Вредное пространство цилиндра содержит точно такое же количество паров при давлении 15 бар, что и в поз. 1 на рис. 9.1.

Итак, подведем итог нашим рассуждениям. По мере опускания поршня компрессор всасывает только такое количество паров, которое содержится между точками В и С при давлении 4 бара. При подъеме поршня компрессор нагнетает только то количество газа, которое предварительно поступило в цилиндр. Следовательно, при нагнетании компрессор вытесняет точно такое же количество паров, которое вошло в него при всасывании.

Посмотрим, что произойдет, если давление всасывания упадет?

Если давление всасывания станет, например, равным 2 бар вместо 4 бар, клапан всасывания будет открываться, когда давление в цилиндре при всасывании упадет чуть ниже 2 бар.

Следовательно, поршень должен опуститься гораздо ниже, чтобы газ, заключенный во вредном пространстве при 15 бар, расширился до давления 2 бара.

В связи с этим, бесполезный ход поршня, заключенный между точками А и В, будет более значительным, а масса газа, поступающая в компрессор при всасывании, уменьшится.

Таким образом, чем больше падает давление всасывания, тем больше уменьшается масса газа, поступающего в компрессор при всасывании.

А что будет, если возрастет давление нагнетания?

Если давление нагнетания станет, например, равным 20 бар вместо 15 бар, газ, заключенный во вредном пространстве при нахождении поршня в верхней мертвой точке, также будет сжат до давления в 20 бар.

Следовательно, чтобы при всасывании давление в цилиндре смогло упасть до величины, несколько меньшей 4 бар, и открылся клапан всасывания, поршень должен опуститься гораздо ниже.

В связи с этим, бесполезный ход поршня между точками А и В также увеличится, а масса газа, поступающая в цилиндр при всасывании, уменьшится.

Итак, чем больше растет давление нагнетания (), тем больше падает масса газа, поступающая в компрессор при всасывании ().

Влияние давления на массовый расход

Мы смогли убедиться, что массовый расход хладагента при обращении в контуре зависит от значений давлений всасывания и нагнетания, при которых работает компрессор, и что выход массы газа через вентиль нагнетания точно такой же, как вход через вентиль всасывания.

Следовательно, массовый расход строго одинаковый в любой точке контура и меняется только фазовое состояние хладагента (жидкость или пар). При этом, если давление нагнетания растет , то массовый расход падает , если давление всасывания падает , то массовый расход также падает .

Влияние на холодопроизводительность

В усредненных условиях функционирования небольшого кондиционера массовый расход R22 величиной 1 кг/ч способен обеспечить поглощение испарителем около 50 Вт (то есть 0,05 кВт) тепла.

Если расход составляет 100 кг/ч, холодопроизводительность достигает 100 х 0,05 = 5 кВт. При массовом расходе 80 кг/ч холодопроизводительность падает до 80 х 0,05 = 4 кВт.

Следовательно, холодопроизводительность прямо пропорциональна массовому расходу. Если массовый расход падает , точно так же падает и холодопроизводительность .

Поскольку массовый расход зависит от рабочих значений давлений всасывания и нагнетания, от них точно так же зависит и холодопроизводительность

Если давление нагнетания растет , массовый расход падает и холодопроизводительность падает . Если давление всасывания падает , массовый расход падает и холодопроизводительность падает .

Эти изменения холодопроизводительности нельзя не принимать во внимание, поскольку расчеты показывают, что приуменьшении температуры кипения на 1 К потери холодопроизводительности составляют от 3 до 5 %, а при повышении температуры конденсации на 1К теряется около 1 % холодопроизводительности.