Вплив тиску на масову витрату та холодопродуктивність
Незважаючи на те, що в даний час замість поршневих компресорів воліють використовувати ротаційні (що мають цілу низку переваг), ми розглядатимемо поршневі компресори (для простоти викладу), щоб показати основні явища, які не залежать від типу застосовуваного компресора.
Розглянемо три позиції малюнку 9.1, показують хід поршня холодильного компресора при всмоктуванні.
Поз. 1. Поршень знаходиться у верхній мертвій точці (точка А) Оскільки поршень не повинен ударятися в клапанну плиту, у верхній частині циліндра передбачено вільний простір, що забезпечує механічну безпеку (його називають мертвим об'ємом).
У цьому прикладі цей обсяг містить пари холодоагенту при тиску 15 бар Оскільки низький тиск дорівнює 4 бар, всмоктуючий клапан закритий.
Поз. 2. У міру опускання поршня в циліндрі пари холодоагенту, які були стиснуті в мертвому обсязі до тиску 15 бар, починають розширюватися і їхній тиск зменшується.
Всмоктуючий клапан не зможе відкритися доти, доки тиск у циліндрі не впаде трохи нижче 4 бар, що станеться, наприклад, у точці В. Отже, хід поршня між точками А і В служить тільки для розширення парів і в цей період жодна молекула газу не може проникнути в циліндр.
Поз. 3. Поршень входить у нижню мертву точку (точка З). Циліндр повністю заповнений парами холодоагенту при тиску 4 бари, проте в компресор надійшла тільки та кількість газу, що міститься в просторі між точками і С.
Таким чином, у зв'язку з тим, що в циліндрі існує так званий мертвий об'єм, хід поршня між точками А і є марним ходом і компресор починає працювати на всмоктування тільки між точками В і С.
Тепер розглянемо хід поршня при стисканні (див. рисунок 9.2).
Поз. 4. Поршень знаходиться в нижній мертвій точці (точка С) і в компресор надійшла тільки кількість газу, яка міститься між точками В і С.
Поз. 5. У міру того, як поршень піднімається, тиск у циліндрі зростає (отже, всмоктуючий клапан закритий) доти, поки зростання тиску не призведе до відкриття нагнітального клапана і витіснення газу при тиску 15 бар колектор ВД.
Поз. 6. Поршень повертається у верхню мертву точку. Шкідливий простір циліндра містить таку ж кількість парів при тиску 15 бар, що і в поз. 1 малюнку 9.1.
Отже, підіб'ємо підсумок нашим міркуванням. У міру опускання поршня компресор всмоктує тільки таку кількість парів, що міститься між точками і при тиску 4 бару. При підйомі поршня компресор нагнітає тільки кількість газу, яке попередньо надійшло в циліндр. Отже, при нагнітанні компресор витісняє таку ж кількість пар, яке увійшло до нього при всмоктуванні.
Подивимося, що станеться, якщо тиск всмоктування впаде?
Якщо тиск всмоктування стане, наприклад, рівним 2 бар замість 4 бар, клапан всмоктування відкриватиметься, коли тиск у циліндрі при всмоктуванні впаде трохи нижче 2 бар.
Отже, поршень повинен опуститися набагато нижче, щоб газ, укладений у шкідливому просторі за 15 бар, розширився до тиску 2 бари.
У зв'язку з цим, марний хід поршня, укладений між точками А і В, буде більшим, а маса газу, що надходить у компресор при всмоктуванні зменшиться.
Таким чином, чим більше падає тиск всмоктування, тим більше зменшується маса газу, що надходить у компресор привсмоктуванні.
А що буде, якщо зросте тиск нагнітання?
Якщо тиск нагнітання стане, наприклад, рівним 20 бар замість 15 бар, газ, укладений у шкідливому просторі при знаходженні поршня у верхній мертвій точці, буде стиснений до тиску в 20 бар.
Отже, щоб при всмоктуванні тиск у циліндрі зміг впасти до величини трохи менше 4 бар. і відкрився клапан всмоктування, поршень повинен опуститися набагато нижче.
У зв'язку з цим, марний перебіг поршня між точками А і В також збільшиться, а маса газу, що надходить в циліндр при всмоктуванні, зменшиться.
Отже, чим більше зростає тиск нагнітання, тим більше падає маса газу, що надходить компресор при всмоктуванні.
Вплив тиску на масову витрату
Ми змогли переконатися, що масова витрата холодоагенту при зверненні в контурі залежить від значень тисків всмоктування та нагнітання при яких працює компресор, і що вихід маси газу через вентиль нагнітання такий самий, як вхід через вентиль всмоктування.
Отже, масова витрата строго однакова в будь-якій точці контуру і змінюється тільки фазовий стан холодоагенту (рідина або пара). При цьому, якщо тиск нагнітання зростає, то масова витрата падає, якщо тиск всмоктування падає, масова витрата також падає.
Вплив на холодопродуктивність
У усереднених умовах функціонування невеликого кондиціонера масова витрата R22 величиною 1 кг/год здатна забезпечити поглинання випарником близько 50 Вт (тобто 0,05 кВт) тепла
Якщо витрата становить 100 кг/год, холодопродуктивність досягає 100х0,05=5 кВт. При масовій витраті 80 кг/год холодопродуктивність падає до 80х0,05=4 кВт.
Отже, холодопродуктивність прямопропорційна масовій витраті. Якщо масова витрата падає Ы, так само падає і холодопродуктивність
Оскільки масова витрата залежить від робочих значень тисків всмоктування та нагнітання, від них так само залежить і холодопродуктивність
Якщо тиск нагнітання зростає, масова витрата падає і холодопродуктивність падає. Якщо тиск всмоктування падає, масова витрата падає та холодопродуктивність падає.
Ці зміни холодопродуктивності не можна не брати до уваги, оскільки розрахунки показують, що при зменшенні температури кипіння на 1 К втрати холодопродуктивності становлять від 3 до 5%, а при підвищенні температури конденсації на 1К втрачається близько 1% холодопродуктивності.
Вправа
У холодильній установці манометр ВД (нагнітання) показує 16,5 бар, манометр НД (всмоктування) - 4,5 бар.
Якщо та ж установка працює при ВД=15,4 бар (тобто нижчому) і НД=4,2 бар (також нижчому), якою буде масова витрата?
Чи підвищиться він (оскільки впало ВД) чи зменшиться (оскільки впало НД)?
Як підказку врахуйте, що одним із параметрів, що визначають зміну масової витрати, є відношення тисків, го є відношення ВД/НД (нагнітання/всмоктування).
Масова витрата справді залежить від відношення тисків у компресорі (доказ цього не є предметом розгляду цього підручника).
Відношення тисків визначається ставленням ВД/НД, причому обидва ці значення повинні бути виражені в абсолютних величинах (Згадайте ваші старі знання в галузі холодильної техніки!)
Зазначимо, що манометри проградуйовані у відносних (надлишкових) величинах.
Коли манометр показує 0 бар від носіїв (надлишкових),це показання означає 0 по відношенню до атмосферного тиску.
По відношенню до абсолютного вакууму абсолютний тиск дорівнюватиме 1 атмосфері (тобто близько 1 бар).
Тому показанню манометра 4,5 бар надлишкових відповідає близько 5,5 оар абсолютних.
Отже, у першому випадку ступінь стиснення дорівнює: