Гидромеханические процессы в бытовых машинах и приборах

   Полный цикл компрессора

   Полный  рабочий цикл компрессора: всасывание, сжатие и нагнетание сжатых паров  холодильного агента — осуществляется за один оборот эксцентрикового вала. Ротационные компрессоры более  уравновешены, чем поршневые, так  как в них нет деталей, совершающих возвратно-поступательное движение. Благодаря этому, а также отсутствию всасывающих клапанов возможна работа их при больших частотах вращения вала по сравнению с поршневым. Габариты ротационных компрессоров невелики. Мертвый объем в цилиндрах ротационных компрессоров меньше, чем у поршневых компрессоров, поэтому они имеют более высокий коэффициент подачи. Однако механический к. п. д. ротационных компрессоров ниже, чем поршневых, из-за повышенного расхода мощности трения. Допустимая степень сжатия в одной ступени ротационного компрессора ниже по сравнению с поршневым. Кроме того, они имеют более высокий уровень шума, чем поршневые компрессоры. Промышленность выпускает герметичные ротационные компрессоры типа ФГр, которые при работе в среднетемпературном режиме на фреоне-12 имеют холодопроизводительность от 255 до 640 Вт. Все компрессоры типового ряда одинаковы по устройству и принципу действия, но отличаются размерами цилиндра (диаметром и высотой) и частотой вращения вала. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

   Расположение  основных частей холодильного агрегата бытового холодильника:

   

   1. Испаритель

   2. Конденсатор

   3. Фильтр-осушитель

   4. Капилляр и теплообменник

   5.Компрессор 
 

   Классификация компрессоров

   Гидравлической  машиной называют устройство, преобразующее  механическую работу в энергию потока жидкости и наоборот.

     Турбиной или гидродвигателем  называется гидравлическая машина, в которой в результате обмена  энергией происходит преобразование  механической энергии жидкости  в механическую работу (вращение  вала, возвратно-поступательное движение поршня и т.д.).

     Нагнетатель – гидравлическая  машина, в которой происходит  преобразование механической работы  в механическую энергию жидкости. Основное назначение нагнетателя  – повышение полного давления  перемещаемой среды.

     Насос – устройство, служащее для напорного перемещения (всасывания, нагнетания) главным образом капельной жидкости в результате сообщения ей энергии. Насосы в основном классифицируют по принципу действия и конструкции. В этом смысле их подразделяют на объемные и динамические.

   Компрессором  называют воздуходувную машину, предназначенную  для сжатия и подачи воздуха или  какого-либо газа под давлением не ниже 0,2 МПа.

   Объемные  компрессоры работают по принципу вытеснения, когда давление перемещаемой среды  повышается в результате сжатия. В таких компрессорах среда перемещается путем периодического изменения объема камеры, попеременно сообщающейся со входом и выходом компрессора. К ним относятся возвратно-поступательные (поршневые) и роторные (аксиально и радиально-поршневые, шиберные (пластинчатые), винтовые и т.п.) компрессоры.

     К преимуществам объемных компрессоров  относятся:

    - возможность развивать напор  независимо от подачи;

    - высокий КПД;

    - способность перекачивать жидкости  различных вязкости и температуры;

    - возможность перекачивать жидкости, содержащие твердые взвеси;

    - хорошая всасывающая способность;

    - отсутствие пенообразования.

     К недостаткам объемных компрессоров  относятся:

    - сложность конструкции;

    - сложная система регулирования  подачи;

    - пульсирующая подача перекачиваемой жидкости.

   Динамические  компрессоры работают по принципу силового действия на перемещаемую среду. В таких  компрессорах среда под воздействием гидродинамических сил перемещается в камере (незамкнутом объеме), постоянно  сообщающейся с входом и выходом компрессора. К ним относятся лопастные (радиальные, центробежные, осевые) нагнетатели и нагнетатели трения (вихревые, дисковые, струйные и т.п.).

   Лопастными  называют компрессоры, в которых  среда перемещается за счет энергии, передаваемой ей при обтекании лопастей рабочего колеса. Лопастные компрессоры объединяют две большие группы компрессоров: центробежные и осевые. В центробежных компрессорах среда перемещается через рабочее колесо от центра к периферии, а в осевых – через рабочее колесо в направлении его оси.

   В компрессорах трения и инерции среда  перемещается под действием сил  трения и сил инерции. В эту  группу входят вихревые, лабиринтные, червячные и другие насосы. Среди  них выделяют группу насосов-аппаратов, то есть насосов без движущихся частей (не считая клапанов). К этой группе относятся струйные насосы, эрлифты, вытеснители.

     Часто насосы поставляют в  виде насосного агрегата, то есть  насоса и двигателя соединенных  между собой. Кроме того, существует  понятие насосная установка, то есть насосный агрегат с комплектом оборудования, смонтированного по определенной схеме, обеспечивающей работу насоса в заданных условиях.

   Компрессоры.

   Компрессор - это машина, предназначенная для  сжатия газов и паров. В процессе сжатия повышается давление газов.Компрессоры классифицируют по максимальному конечному давлению и по объёмной подаче.

   - Pк≈0,1МПа – вентиляторы (перемещение газа)

   - Рк<1МПа – компрессоры низкого  давления

   Многоступенчатые  компрессоры:

   - Pк<10МПа – компрессор среднего давления

   - Pк>10МПа – компрессор большого давления

   В многоступенчатых компрессорах сжатие происходит в несколько этапов с  промежуточным охлаждением сжатого  газа.

   По  величине объёмного расхода (объёмной подачи) -    компрессоры делятся на машины:

   - малой подачи:     Gv=0,003м3/с;

   - средней подачи:  Gv=0,03м3/с;

   - большой подачи: Gv=0,3м3/с.

   Компрессоры малой подачи, как правило, поршневые  компрессоры, а с большой подачей  работают турбокомпрессоры. Принципы сжатия газа в поршневом компрессоре  и турбокомпрессоре различаются. В поршневом компрессоре давление повышается за счёт сжатия газа в закрытом объёме. В турбокомпрессоре сжатие происходит в 2 этапа: сначала газ разгоняют до больших кинетических энергий, а затем затормаживают его, ставя преграду, в этом случае кинетическая энергия превращается в энергию давления.

   Количественные  характеристики процесса сжатия газа.

   1. Степень сжатия газа - это отношение  начального объёма Vнач. к конечному объёму газа Vкон.:

   

   2. Степень повышения давления:

   

   Обе характеристики в раз не задают.

   

   

     
 
 
 
 

   Процессы  в идеальном поршневом компрессоре.

   

   1 - впускной клапан; 2 - нагнетательный  клапан.

   Vвред. - вредный объём.

   h - ход поршня;

   ВМТ - верхняя мёртвая точка; НМТ - нижняя мёртвая точка.

   Поршневой компрессор - двухтактная машина, т. е. все процессы происходят за  2 такта (2 хода поршня).

     Один такт – перемещение в  пределах h.

   Vвред. - вредный объём; в пределах этого объёма, когда поршень в положении ВМТ, остаётся сжатый газ, не вытолкнутый из компрессора. Наличие этого объёма снижает производительность компрессора.

   Выпускной клапан 1 самооткрывающийся.

   Нагнетательный  клапан 2 снабжён пружиной, жёсткость  которой определяет конечное давление сжатия.

   В компрессоре присутствуют силы трения:

   1. трение поршня о стенки цилиндра (необходимо проводить смазку);

   2. аэродинамическое трение в клапанах (необходимо увеличить сечение  клапанов).

   Идеальный компрессор.

   1. Сжимается идеальный газ, т.  е. отсутствует аэродинамическое  трение (это приводит к тому, что  процессы всасывания и нагнетания  проходят при p=const).

   2. Отсутствует вредный объём.

   3. Пренебрегаем трением поршня.

   Изобразим процессы в идеальном компрессоре  на индикаторной диаграмме.

   

   0-1 – процесс всасывания при p1=const.

   

   [Дж]>0

   1-2 – процесс сжатия; оба клапана  закрыты; поршень движется влево:

   

   [Дж]<0.

   В точке 2 открывается нагнетательный клапан и происходит процесс 2-3.

   2-3 – процесс сжатия при p2=const; поршень движется влево:

   

   [Дж]<0

   В компрессоре процесс незамкнутый.

   Процессы 0-1 и 2-3 – не термодинамические, т. е. в этих процессах параметры газов остаются постоянными, а изменяется только его количество.

   Вся работа компрессора:

   

   Lсжатия - техническая или располагаемая работа.

   Удельная  работа, т. е. работа для сжатия 1кг газа:

   

   

   

   В общем случае показатель политропы  сжатия может быть любым, однако на практике реализуется показатель политропы от k до 1 (1<n<k).

   n=1 – изотермически компрессор;

   n=k – адиабатный компрессор. 

   В термодинамической диаграмме P-v изображается только процесс сжатия, т. к. он единственный является термодинамическим.

   

   Минимальная работа – у изотермического компрессора;

   Максимальная  работа – у адиабатного компрессора.

   Работа  потребляется от двигателя привода, поэтому наиболее рационален способ сжатия - изотермический. Теплоёмкость газов сφ<0 при 1<n<k, поэтому от компрессора отнимается количество теплоты в процессе его охлаждения:

     
 

   Количество  теплоты можно показать на тепловой диаграмме:

   

   Для выбора мощности двигателя приводов нужно задаться расходом газа:

    - объёмный расход;

    - массовый расход.

   Nк=lк∙G - мощность двигателя привода.

   Многоступенчатое  сжатие.

   Для получения больших конечных давлений используют многоступенчатые компрессоры. При сжатии газов при 1<n<k его температура повышается. При больших значениях πK могут быть достигнуты температуры, опасные для эксплуатации (может произойти возгорание масла и потеря прочности деталей), поэтому πK ограничивают величинами порядка 4÷6. Применяют многоступенчатое сжатие и промежуточное охлаждение газов между ступенями сжатия.