Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние исследований и тенденции развития холодильных винтовых компрессоров
1.1. История развития холодильных винтовых компрессоров 10
1.2. Анализ работ по исследованию регуляторов производительности и геометрической степени сжатия 20
1.3. Анализ работ по исследованию методов расчета рабочих процессов винтовых компрессоров 35
Глава 2. Расчет рабочего процесса холодильного винтового компрессора
2.1. Характер рабочего процесса холодильного винтового компрессора 41
2.2 Экспериментальное исследование маслозаполненного винтового компрессора с различными регуляторами производительности 42
2.3 Геометрические зависимости для определения массообмена между парными полостями винтового компрессора 50
2.4. Расчет параметров состояния пара хладагента в элементарном рабочем процессе сжатия в ВКМ 55
2.5. Коэффициент подачи холодильного маслозаполненного винтового компрессора 61
2.6. Расчет процесса сжатия маслозаполненного холодильного винтового компрессора 63
2.7. Расчет термодинамических и теплофизических свойств хладагента и масла 66
Глава 3. Расчет потерь работы винтового компрессора в процессе нагнетания и перепуска пара на всасывание при регулировании производительности
3.1. Определение площади торцевой части окна нагнетания со стороны ведущего винта 67
3.2. Определение площади торцевой части окна нагнетания со стороны ведомого винта 85
3.3. Определение площади цилиндрической части окна нагнетания 93
3.4. Площади окна нагнетания винтовых компрессоров с различными профилями винтов 96
3.5. Влияние геометрии винтов компрессора на процесс выталкивания и перепуска пара на всасывание 111
Глава 4. Совершенствование регуляторов производительности и геометрической степени сжатия холодильного винтового компрессора
4.1. Предлагаемая схема регулятора производительности и геометрической степени сжатия 115
Заключение 120
Список литературы
- Анализ работ по исследованию методов расчета рабочих процессов винтовых компрессоров
- Геометрические зависимости для определения массообмена между парными полостями винтового компрессора
- Определение площади торцевой части окна нагнетания со стороны ведомого винта
- Предлагаемая схема регулятора производительности и геометрической степени сжатия
Анализ работ по исследованию методов расчета рабочих процессов винтовых компрессоров
Масло поступает в компрессор при помощи масляного насоса большой производительности 6, где оно перемешивается с паром хладагента и попадает в маслоотделитель 8 с температурой нагнетания, где масло отделяется от пара хладагента и направляется в маслоохладитель 5 или компрессор. В состав масляного контура входят также следующие элементы: фильтры для очистки масла 4, 7, гидравлический контур регулирования производительности 11. Это все увеличивает металлоемкость компрессорного агрегата [78, 91].
В зависимости от условий и режима эксплуатации ВКМ производители рекомендуют применять холодильные масла, либо выпускаемые под брендом компании, изготавливающей ВКМ, и это позволяет избежать проблем при эксплуатации. Или рекомендуют масла других производителей, имеющие специальные свойства [24, 26]. Требования к маслам, применяемым в холодильном оборудовании следующие: достаточно высокая вязкость, малая растворимость с холодильным агентом, незначительное изменение вязкости в рабочем диапазоне температур компрессора. Раствор холодильного агента в масле должен также сохранять достаточно высокую вязкость.
Как упоминалось ранее, в состав масляного контура может входить маслоохладитель. Наличие маслоохладителя в составе агрегата определяется режимом его работы. Для нормальной работы компрессора в высоко- и среднетемпературном режиме обязательно применяют маслоохладители, а вот в составе бустеркомпрессоров (поджимающих компрессоров) отдельные фирмы маслоохладители не используют. В основном применяют три типа охлаждения масла: водой, жидким холодильным агентом (термосифон или впрыск капельной жидкости хладагента в область сжатия) и газообразным холодильным агентом [25].
Большинство ведущих производителей винтовых компрессоров постоянно ведут исследования в области разработки новых профилей роторов и совершенствования способов их изготовления.
В конце 60-х годов прошлого века результатом исследований компании "SMR", стала разработка нового ассиметричного профиля, (лишенного недостатков профиля Лисхольма, который был разработан в 40-х годах.) в отличие от симметричного, этот профиль позволил снизить потребление электроэнергии на 10-15 %. На ряду с этим, компания "SMR" совместно с компанией J. Holroyd & Со. разработала фрезерные станки и инструмент для нарезания роторов, тем самым облегчили создание роторов со сложной геометрией. Таким образом, благодаря освоению промышленного способа изготовления роторов с запатентованным компанией SMR эффективными ассиметричными винтами с соотношением числа зубьев на ведущем и ведомом роторах 4/6, началось массовое производство ВК. Более 28 компании-изготовителей холодильных ВК производили компрессоры с ассиметричным профилем по лицензии компании SMR. В ходе дальнейшего развития винтовых компрессоров в области создания новых профилей компания SMR разработала и внедрила: D-профиль, G-профиль, Н-профиль. [93]
Предприятия нашей страны выпускают винтовые компрессоры с ассиметричными профилями винтов, разработанными в СКБК г. Казань.
Применение компьютерной техники позволило на этапах исследования осуществить создание и анализ многовариантных математических моделей винтовых компрессоров. Такие исследования позволили фирме "Kaizer" (Германия) в 70-х годах разработать и запустить в производство маслозаполненные ВК с различными диаметрами роторов и асимметричным профилем зубьев "Сигма" при соотношении числа заходов на ВЩ и ВМ винтах 5/6. Данные, полученные компанией, позволили утверждать, что внедрение разработанного профиля привело к повышению энергетической эффективности компрессоров на 15... 20% по сравнению с профилями зубьев фирмы "SRM" [25].
Исследования, проведенные компанией "Bitzer" (Германия), позволили ей применить в бессальниковых холодильных ВКМ малой производительности разновеликие ВЩ и ВМ роторы с соотношением числа заходов на соответствующих роторах 5/6 и профилем собственной разработки [87].
В конце 70-х годов компания "Kobe Steel" (Япония) также на основании результатов математического моделирования разработала а -профиль для ВКС и /?-профиль для ВКМ [32, 92]. Проведенные испытания показали, что объемные и энергетические характеристики ВКС улучшились соответственно на 2... 5% и 6... 8% по сравнению с компрессорами с профилем "SRM". Данные параметры у ВКМ достигали следующих значений соответственно на 5... 10% и 10... 20%.
К концу 80-х годов компания "Hitachi" (Япония) провела исследования маслозаполненных ВК в области малых производительностей [88]. Исследовали компрессоры с соотношением зубьев 4/5; 4/6; 5/6; 6/7; 6/8; и 7/8. В результате полученных данных была разработана модель на ЭВМ, а затем и проведены экспериментальные проверки нового профиля разновеликих роторов с соотношением числа зубьев 5/6. Применение роторов с таким профилем позволило повысить КПД компрессора на 8... 10%.
В нашей стране новые профили винтов с различным числом заходов на ВЩ и ВМ винтах разрабатывает НИИтурбокомпрессор [14]. По полученным в ходе исследований данным, ВКМ с соотношением числа зубьев 5/6 обладает наилучшими энергетическими характеристиками. В случае ВКМ с соотношение числа зубьев 5/7, такие компрессоры позволяют использовать роторы с одинаковыми диаметрами и подшипниками одного типоразмера и при этом обладают высоким КПД.
Отечественная промышленность выпускает ВКМ на базе унифицированного ряда ВК как для общепромышленного применения, так и в судовом исполнении [12, 25, 44, 46, 65, 66, 67, 73, 74, 75, 76, 83, 95]. Диапазон холодопроизводительностей выпускаемых ВКМ лежит в пределах от 50 до 1500 кВт. Компрессоры выпускают как с сальниками, так и без сальников. В зависимости от режима работы ВКМ изготавливаются с одним из трех возможных значений геометрической степени сжатия - 2,6; 4,0; 5,0.
В 60-х - 70-х годах компания SMR для продвижения ВКМ в области промышленного холода оборудует свои модели встроенным регулятором производительности в виде золотника и регулятором геометрической степени сжатия - подпятником. Эти нововведения позволили повысить энергоэффективность холодильной установки и обеспечить поддержание температуры охлаждаемого объекта или хладоносителя путем обеспечения теплового равенства между теплопритоками и холодопроизводительностью машины.
Энергетически более эффективным способом регулирования является применение внутренних устройств. Наиболее широкое распространение среди большинства компрессоростроителей получил вышеупомянутый способ регулирования производительности компрессора посредством золотникового регулятора. Суть данного способа состоит в изменении эффективной длины роторов. Золотник, расположенный под роторами, перемещаясь в сторону окна нагнетания, открывает перепускное окно, через которое осуществляется внутренний перепуск хладагента на всасывание, это позволяет изменять производительность ВКМ в широких пределах.
Однако такой способ также имеет свои недостатки, так как при таком регулировании уменьшается геометрическая степень сжатия. Это приводит к тому, что при уменьшении производительности компрессора, возрастают потери работы, связанные с внешним дожатием пара до давления нагнетания.
Сегодня большинство компаний для повышения энергетических характеристик выпускаемых ими компрессоров ("Hitachi" [57], "Frick"[55], "Sabroe" [63]) выполняют торцевую часть окна нагнетания меньше площадью, чем следовало бы для одновременного открытия цилиндрической и торцевой частей окна, что позволяет предотвратить падение геометрической степени сжатия при уменьшении производительности. Компании "SRM" [64] и "Frick"[55] используют регулятор, состоящий из двух золотников, т.е. золотника и подпятника. Таким регулятором можно изменять геометрическую степень сжатия при полной производительности, а также по двум разным законам при регулировании производительности. Еще один из способов регулирование производительности и геометрической степени сжатия с помощью встроенных устройств - это применение поворотных заслонок, установленных непосредственно у торца нагнетания [6, 8, 9, 44]. С помощью такой конструкции можно регулировать площадь торцевой части окна нагнетания, либо открывать отверстия и перепускать пар хладагента на всасывание. Однако в случае применения заслонок в качестве регулятора производительности диапазон изменения последней гораздо меньше, чем при регулировании золотником.
Изменением частоты вращения роторов при регулировании производительности ВК является достаточно экономичным и прогрессивным на сегодняшний день, так как при этом не изменяется геометрическая степень сжатия. Но при падении производительности ниже 30% от номинальной, в этом случае значительно снижаются объемные и энергетические характеристики компрессора.
Возможно, осуществить дискретное и плавное изменение частоты вращения роторов [80, 81, 86, 94]. Дискретное регулирование реализуется применением многоскоростных асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором. Применение двигателей постоянного тока для привода ВКМ позволит регулировать производительность в более широком диапазоне и плавно. Использование частотных преобразователей для регулирования производительности ВКМ является одним из перспективных направлении на сегодняшний день.
Геометрические зависимости для определения массообмена между парными полостями винтового компрессора
На рис. 1.14.а (верхняя схема) компрессор с єг равной 2.0 по цилиндрической части, оборудован одним золотником, положение которого соответствует полной производительности. Следующие схемы соответствуют 80 % и 50 % производительности соответственно. При 50 % как это видно из схемы, окно нагнетания состоит только из торцевой части, которая соответствует єг равной 5.0. В этом положении текущее значение єг равно 2,5. На рис. 1.14.6 изображен компрессор с автоматической изменяемой єг в диапазоне от 2.0...5.0, оборудованный золотником и подпятником. Рисунок ниже это положение золотников соответствующее єг равно 5.0 при 100 % производительности. А ниже положение соответствующее 50 % производительности. Так вот отличие этих схем при регулировании производительности состоит в том, что подпятник вместе с золотником переместились в сторону окна нагнетания для обеспечения єг равной 5.0 и при дальнейшем движении золотника происходит открытие перепускного окна на всасывание. Но вот открытие этого окна в случае схемы золотника и подпятника происходит гораздо позже, чем в случае с одним золотником. Это значит, что на сжатие газа расходуется больше электроэнергии.
Следующая схема регулирования производительности и геометрической степени сжатия компрессора также относится к схеме со встроенными устройствами. Регулирование осуществляется с помощью золотника 1 и поворотных заслонок 2 рис. 1.15.[40]. При такой схеме, возможно, менять геометрическую степень сжатия при полной и частичной производительности изменением площади цилиндрической части окна нагнетания (ОН) золотником, а торцевой - поворотными заслонками.
. Винтовой компрессор, оборудованный золотником и поворотными заслонками Золотник 1, на котором выполнена цилиндрическая часть окна нагнетания, перемещается вдоль винтов со стороны высокого давления. Поворотные заслонки 2, которые позволяют изменять торцевую часть нагнетательного окна, установлены на дополнительных подшипниках 3. При регулировании геометрической степени сжатия заслонки поворачиваются на некоторый угол. Механизм поворота заслонок защищен авторским свидетельством 1714200 СССР [8]. Заслонки 2, могут перемещаться независимо от золотника 1.
Далее рассмотрим различные варианты схем регулирования производительности ВКМ как при помощи внутренних устройств (золотников), так и внешних.
В статье [98] представлен график изменения потребляемой мощности при частичных нагрузках в случае регулирование производительности путем дросселирования газа на всасывании рис 1.16.
Изменение потребляемой мощности при дросселировании газа на всасывании В качестве хладагента был использован хладон R22, температура конденсации 54 С, степень отношения давлении равна 3. В данном случае использовались два типа винтовых компрессоров, один из которых оснащен устройством регулирования геометрической степени сжатия єг в диапазоне значении от 2,7...5,7 (пунктирная линия), а другой с фиксированной степенью сжатия єг =2,7 (сплошная линия). На основании полученных зависимостей в статье приведены следующие выводы, что для компрессоров с єг =2,7 при регулировании производительности за счет дросселирования газа вообще отсутствует снижение потребляемой мощности, а при єг больше чем 2,7 можно увидеть некоторое снижение потребляемой мощности. При значениях єг ниже, чем 2,7 наблюдается даже некоторое повышение потребляемой мощности при дросселировании. Это означает, что способ регулирования производительности путем дросселирования более выгодно применять при использовании компрессоров с изменяемой геометрической степенью сжатия, чем с теми у которых она фиксирована.
Байпасирование позволяет регулировать производительность компрессора путем перепуска газа со стороны нагнетания на всасывание. С энергетической точки зрения, это самый неэффективный способ, так как при таком регулировании не происходит снижение потребляемой мощности.
Регулирование частоты вращения - является самым перспективным в настоящий момент, но при понижении частоты вращения, снижается и окружная скорость вращения винтов, что при определенных значениях приводит к увеличению перетечек между парными полостями в процессе сжатия и это приводит к снижению объемных и энергетических показателей работы машины. Еще одним из недостатков этого способа является высокая стоимость, как самих регуляторов частоты вращения, так и электродвигателей для привода компрессоров. Но, исходя из вышесказанного, стоимость системы регулирования производительности в данном случае смещается от компрессора в сторону привода. Сегодня стоимость компрессорного агрегата в состав, которого входит регулятор частоты вращения на 15... 17 % выше аналогичной модели с пускателем двигателя методом "плавный пуск". Существенным плюсом применения регуляторов частоты вращения является увеличение частоты вращения до 60 Гц и более, что позволяет применить компрессорный агрегат меньшего типоразмера и меньших габаритов. Сегодня это актуально при проведении технического перевооружения в пределах существующего машинного отделения, когда габариты оборудования играют одну из важных ролей.
Компания "Bitzer" - производитель винтовых компрессоров средней и малой мощности приводит графики своих исследовании, полученные на экспериментальном стенде, на базе винтового бессальникового компрессор марки CSH6561-60Y, объемная производительность которого 170 мЗ/ч при часототе 50 Гц, оборудованном золотником с возможностью ступенчатого регулирования производительности 100%, 75%, 50 % и 25% [84]. Основанием проведения эксперимента была необходимость сравнение эффективности двух методов регулирования производительности: при помощи золотника и регулятора частоты вращения. Эксперимент проводился в области температур кипения - 10 С... 10 С т.е. области температур систем кондиционирования. Температуры конденсации поддерживались на уровне 30 С, 40 С и 50 С. В качестве хладагента использовался R407C. На рис. 1.17. представлен график изменения потребляемой мощности при регулировании производительности золотником и при помощи регулятора частоты вращения. Сплошная темная линия соответствует изменению производительности при помощи регулятора частоты вращения при температуре конденсации 30 С. Линия, соответствующая потребляемой мощности при использовании золотника, лежит частично выше сплошной, а частично ниже. Авторы объясняют этот факт, изменением геометрической степенью сжатия при различных положениях золотника.
Определение площади торцевой части окна нагнетания со стороны ведомого винта
Цилиндрическая часть окна нагнетания ограничена со стороны ВЩ винта линиями а"-с"-с -10-3, а со стороны ВМ винта линиями а"-с -11-9. Линии С]о и с і"-а - передние гребни окна нагнетания ведущего и ведомого винтов, соответственно. Линии 10-3 и 11-9 кромки окна нагнетания со стороны ВЩ и ВМ винтов соответственно. Углы наклона винтовых линий на внешних цилиндрах. Расстояние от точки а до точки с - zc. Толщина гребня ВМ винта вдоль оси Величину площади окна нагнетания со стороны ВЩ винта определяем по формуле
При достижении передних кромок парной полости а -с и а"-с" окна нагнетания (при рг = р1С) начинает возрастать площадь окна нагнетания. 9 а -с -с"-а"-3-с-11-9. Рост площади со стороны ВЩ винта/происходит на угле поворота рг который отсчитан от времени соединения парной полости с окном нагнетания срх є [О; (аш - /?01 )J. Максимальное значение площади ОН\МАХ определяется по формуле (3.31). После достижения угла срх значения (р1=І7г/г1 начинается процесс сокращения площади / (линия а-Ь-с). Сокращение происходит на угле поворота Афг = [аш - /?01) линия d-e.
При регулировании производительности ВКМ часть пара хладагента из парной полости через перепускное окно (ПО) поступает на всасывание.
При регулировании производительности перепускное окно ограничено кромками гребней зубьев парной полости винтов и отсечными кромками золотника. В традиционном исполнении отечная кромка золотника перпендикулярна осям винтов.
При регулировании производительности таким регулятором в начальный момент его перемещения происходит ступенчатое падение объёмной производительности компрессора.
Для уменьшения потерь давления при выдавливании пара на всасывание наклон кромок золотника может быть равным углам наклона гребней винтов. Такой регулятор защищен авторским свидетельством 1691558 СССР [7].
На рис. 3.22 даны графики зависимости изменения площади проходного сечения перепускного окна экспериментального компрессора Fu0 от угла поворота ВЩ винта (рх при объемной производительности 50% от максимальной. Кромки золотника изготовлены в обычном исполнении и по а.с. 1691558 СССР.
Основные геометрические характеристики экспериментального компрессора ВХ-130: числа заходов ведущего и ведомого винтов 4/6; наружный диаметр ведущего винта 160 мм; относительная длина винтов 0,9; ход ведущего вита 192 мм; полезный объем парной полости 429 см ; частота вращения ведущего винта 49 с"1. В компрессоре использованы винты с профилем типоразмерного ряда СКБК. Расчет изменения площади перепускного окна производился по методу, аналогичному методу расчета цилиндрической части окна нагнетания. Из рисунка видно, что площадь перепускного окна в случае изготовления окна по [7] значительно увеличивается.
Площади окна нагнетания винтовых компрессоров с различными профилями винтов Продолжительность процесса нагнетания по углу поворота ВЩ винта фі для торцевой части ОН определялась по формуле Фі,=аін+27і/ і Продолжительность процесса нагнетания по углу поворота ВЩ винта (pi для цилиндрической части ОН определялась по формуле ФіІ=(аін-Роі) + 27і/г1 где ос1н - угол раскрытия нагнетательного окна со стороны ВЩ винта; (3 угол между линией центров 0\Ог и прямой, проведенной из центра ВЩ винта в точку пересечения внешних окружностей ВЩ (R\) и ВМ (R2) винтов _, A2+Rl-R2 pm = arccos 01 2AR1 Угол окна нагнетания ВЩ винта аш = т13 - Р\С + Рої Для ВМ винта ос2# - h\am + 9 4 + 2у2з
Угол начала сжатия Рої- угол заключенный между линией центров 0\Ог и прямой, проведенной через вершину зуба ВЩ винта и центр ВЩ винта 0\ в положение начала сжатия пара в парной полости (точнее, начала заполнения зубом ведомого винта впадины ведущего винта у торца всасывания).
На рисунке 3.23 представлен график изменения объема парной полости от угла поворота ВЩ винта.
Процесс сокращения объема ПП со стороны торца всасывания начинается с момента внедрения зуба ВМ винта в полость ВЩ на стороне торца всасывания (точка А). Первый этап уменьшения объема полости продолжается от начала образования (точка А) до полного замыкания линии контакта (точка В). Будем отсчитывать угол поворота ВЩ винта от точки А (фА = 0). На первом этапе уменьшения объема полости ВЩ винт повернется на угол фі = фіп и площади впадин ВЩ и ВМ винтов полностью заполнятся, так как линия контакта, приходящаяся на рассматриваемую парную полость, замкнется в плоскости торцов всасывания. Угол полного замыкания линии контакта равен [69] ф177 = р01 + 2п/ zx. Процесс изменения объема парной ПП на этом этапе имеет нелинейный характер.
Второй этап продолжается от момента полного замыкания линии контакта винтов (точка В) до момента начала внедрения переднего для рассматриваемой парной полости зуба ВМ винта во впадину ВЩ со стороны торца нагнетания (точка С). Длина линии контакта винтов на этом участке неизменна.
Третий этап продолжается от момента внедрения переднего зуба ВМ винта во впадину ВЩ на торце нагнетания до полного уменьшения объема парной полости (точка Д). Процесс изменения объема полости на этом участке имеет нелинейный характер. ВЩ винт поворачивается от угла фі = Из до угла фі = ть + фіп.
В современных винтовых компрессорах применяются винты с углами закрутки больше предельных углов ть ть. преД- В этом случае при вращении винтов из положения начала сжатия уменьшение объема парной полости также происходит со стороны торца всасывания, но одновременно со стороны торца нагнетания объем этой же полости продолжает увеличиваться благодаря освобождению ее от зуба ВМ винта (процесс Е - G). До некоторого момента увеличение объема парной полости, обусловленное выходом зуба из полости со стороны торца нагнетания, будет опережать процесс ее сокращения за счет заполнения зубом со стороны торца всасывания, что приведет к возрастанию объема парной полости до максимального значения Wn (точка М). После этого начнется уменьшение объема парной полости, и после точки F (фі = тіз - тіз. пред) объем полости определяется только характером ее заполнения со стороны торца всасывания. Таким образом, объем парной полости в случае, когда %\3 %\3. пред, достигает максимума Wu при угле поворота ВЩ винта фім = (ть -ть. ПреД)/2 . При достижении максимума Wn парная полость отсекается от окна всасывания.
Предлагаемая схема регулятора производительности и геометрической степени сжатия
Как было отмечено ранее, снижение объемных и энергетических показателей работы ВКМ при регулировании производительности одним золотником вызвано главным образом тремя основными факторами. 1. Уменьшение производительности приводит к уменьшению и геометрической степени сжатия єГі, что сказывается на росте потерь в компрессоре при несдожатии. 2. При снижении производительности значительно возрастают потери работы, связанные с выталкиванием хладагента через перепускное окно обратно в камеру всасывания. 3. Происходит увеличение относительных утечек пара из парных полостей с высоким давлением в камеру всасывания.
Для того, чтобы повысить эффективность работы ВКМ при регулировании производительности необходимо снизить потери при недожатии путём изменения объёма парной полости WH в момент её соединения с окном нагнетания. Это можно осуществить одновременным изменением с помощью золотника цилиндрической части окна нагнетания и поворотными заслонками - торцевой части окна нагнетания.
Конструкция винтового регулятора компрессора с золотником и поворотными заслонками Винтовой компрессор в корпус которого интегрированы поворотные заслонки и золотник представлен на рис. 4.1, 4.2. Конструкция винтового регулятора компрессора с золотником и поворотными заслонками: А -А разрез по торцу нагнетания
Поворотные заслонки 2, размещаются в корпусе ВКМ со стороны торца нагнетания и устанавливаются на подшипниках 3, которые установлены в корпусе. Если есть необходимость изменить торцевую часть окна нагнетания, заслонки поворачиваются на некоторый угол. Цилиндрическая часть окна нагнетания изменяется при перемещении золотника 1, при этом величины геометрической степени сжатия по торцевой и цилиндрической части ОН одинаковы.
Такая конструкция регулятора позволяет регулировать zri при полной производительности по линии f— е (рис. 4.2) и получить произвольные законы изменения zri при уменьшении производительности. Изменение геометрической степени сжатия при полной производительности происходит при большей площади окна нагнетания, чем при регулировании двумя золотниками.
Экспериментально установлено, что наиболее эффективно изменять zri нужно по линии f - q (при температуре кипения - 20С и температуре конденсации +12,5С). Зависимость изменения геометрической степени сжатия SJ-OT относительной производительности Vn/VT
Экспериментальное исследование ВКМ ВХ-130 на хладоне R22 с имитацией схемы регулятора - золотник и поворотные заслонки показало, что изменение торцевой части окна нагнетания при регулировании производительности компрессора по закону, определяемому кривой f q (рис. 4.2), позволяет в диапазоне Л"н=2,5...4 повысить эффективный изоэнтропный КПД компрессора по сравнению со схемой регулирования одним золотником на 5... 10% при уменьшении VTi до величины 75% и на 7..29% при уменьшении V-h до величины 50% на различных режимах работы без учета влияния переносного объема и влияния температурных напоров в аппаратах холодильной машины.
К определению уменьшения относительной теоретической производительности компрессора при регулировании торцевой части окна нагнетания заслонками показано положение поворотных заслонок при различной геометрической степени сжатия для компрессора ВХ-130. Положение заслонок 2, обеспечивающее геометрическую степень сжатия по торцам винтов є =2,6 выделено жирной линией. Положение золотника 1 обеспечивает эту же геометрическую степень сжатия.
Впадины ведущего (ВЩ) и ведомого (ВМ) винтов, в которых начался процесс сокращения объема - ajbjCjd] и а , соответственно. Кромка заслонки со стороны ВЩ винта афі совпадает с тыльной частью впадины, в которой начался процесс сокращения объема, а со стороны ВМ винта g2 2 сдвинута от впадины в сторону противоположную вращению винта. Положение точек ai и а2 впадин винтов соответствует углам осо1 и осо2, определяемым по формулам число заходов на ВЩ и ВМ винтах, 04- центральный угол, соответствующий тыльной части впадины ВМ винта.
Определение угла ос2е при одновременном отсоединении полости ВЩ и ВМ винтов, образующие одну ПП в процессе сжатия, от камеры всасывания. Положение кромок окна нагнетания со стороны ВЩ винта erfi и ВМ винта е 2 соответствует геометрической степени сжатия компрессора Sj-=2,6. При положении заслонок, соответствующих степени сжатия 2.г=5, эти кромки повернутся на угол Аос1н = а[н -са\н и Лос2н = ос2н -ос2н, где QL\H И ОС2Н- углы окна нагнетания со стороны ВЩ и ВМ винтов при s_ =2,6, а а\н и а2н- соответствующие углы ОН при є =5. Кромки заслонок со стороны низкого давления займут положение а[Ъ[ и g22, при этом со стороны ВЩ винта откроется полость аф с4\ \ глубина которой равна толщине заслонки.
Уменьшение относительной теоретической производительности компрессора при регулировании торцевой части окна нагнетания заслонками
При регулировании производительности по линии f - q на рис. 4.2 затраты на привод экспериментального компрессора минимальны при условии поддержания постоянными значения температуре кипения to = - 20 С и температуре конденсации tK = +12,5 С, что соответствует, при применении воздушного конденсатора и воздухоохладителя, температуре наружного воздуха tBli = +25 С и температуре воздуха в холодильной камере кам = - 10 С. При уменьшении производительности и постоянных значениях температур наружного воздуха и в холодильной камере, температура кипения возрастает, а температура конденсации падает. Таким образом, величина внутренней степени повышения давления па будет уменьшаться и линия изменения геометрической степени сжатия в зависимости от величины относительной производительности будет/- q\ на рис. 4.2. При расчете этой зависимости использовалась методика определения температур кипения и конденсации представленная в [78]. При расчете этой зависимости учитывалось уменьшение относительной теоретической производительности компрессора из-за более позднего отсечения полости ведущего винта. Величина эффективного КПД винтового компрессора увеличивается при этом на 26% при уменьшении VTi до 50%.
