close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

1265.Бытовые машины и приборы

код для вставкиСкачать
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
ГОУ ВПО
УФИМСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ
ЭКОНОМИКИ И СЕРВИСА
Кафедра «Машины, аппараты, приборы и технологии сервиса»
БЫТОВЫЕ МАШИНЫ И ПРИБОРЫ
Методические указания по выполнению лабораторных работ для
студентов направления подготовки 150400.62 Технологические машины и
оборудование, специальности 150408.65 Бытовые машины и приборы
очной и заочной форм обучения
Уфа – 2010
1
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Составитель: А.А. Мухамадиев
УДК 62-1/-9(076)
ББК 31.293-5
Б 95
Бытовые машины и приборы: Методические указания по выполнению
лабораторных работ для студентов очной и заочной форм обучения / Сост.:
А.А. Мухамадиев – Уфа: Уфимская государственная академия экономики и
сервиса, 2010. – 44 с.
Лабораторные работы знакомят с принципами построения,
особенностями конструкций, основными техническими и эксплуатационными
характеристиками бытовых машин и приборов.
Методика проведения лабораторных исследований позволяет
студентам выбрать оптимальные условия эксплуатации, приобрести
практические навыки при контроле технических характеристик.
Рецензент: профессор кафедры «Информационно-измерительная техника»
ГОУ ВПО Уфимского государственного авиационного технического
университета, д-р техн. наук, профессор Ураксеев М.А.
© Мухамадиев А.А., 2010
© Уфимская государственная академия
экономики и сервиса, 2010
2
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Оглавление
Введение .......................................................................................................................... 4
Лабораторная работа №1 ............................................................................................... 5
Лабораторная работа №2 ............................................................................................. 18
Лабораторная работа №3 ............................................................................................. 24
Лабораторная работа №4 ............................................................................................. 30
3
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ВВЕДЕНИЕ
Лабораторные работы по дисциплине «Бытовые машины и приборы»
имеют цель – ознакомить студентов с эксплуатационными и
метрологическими характеристиками бытовых машин и приборов.
В описании лабораторных работ приведены теоретические вопросы по
теме, принципиальные схемы устройств и общий вид стендов, установок и
приборов.
Необходимые справочные материалы, содержащие технические
данные, при проведении лабораторных работ выдаются студентам во время их
проведения.
До начала проведения лабораторных работ студент должен
ознакомиться с индивидуальным графиком их выполнения на каждом из
предстоящих четырехчасовых занятий на протяжении всего семестра. Каждый
студент выполняет лабораторные работы индивидуально, подготовившись
предварительно по данному пособию.
Для успешного выполнения лабораторных работ студенты обязаны
перед каждой работой проработать теоретический материал дисциплины по
разделам, рассматриваемым в работе. Студенты, не подготовившие требуемый
материал, к выполнению лабораторных работ не допускаются. После
выполнения каждой работы в лаборатории студент предъявляет
преподавателю результаты деятельности.
Перед выполнением лабораторных работ необходимо ознакомиться и
знать основные правила по технике безопасности.
При изучении конструкции бытовых машин и приборов необходимо
усвоить назначение всех узлов и элементов.
При неумелом и небрежном обращении с точными дорогостоящими
приборами их можно легко повредить и вывести из строя. Поэтому
запрещается отпускать зажимные винты и перемещать отдельные части,
вращать маховики и ручки приборов, если недостаточно твердо усвоено их
назначение. После ознакомления с устройством прибора необходимо
научиться определять его основные характеристики и снимать показания по
соответствующим шкалам. Затем можно приступить к проверке прибора или
снятию информации.
По окончании работы необходимо привести в порядок свое рабочее
место: выключить осветительное устройство приборов, снять измеренные
изделия с приборов, аккуратно уложить их в футляры.
4
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Лабораторная работа №1
Исследование эксплуатационных характеристик
бытовых компрессионных холодильников
Цель работы
Изучить принцип работы компрессионных холодильников, особенности
их конструкций и экспериментально исследовать температурные режимы
внутри холодильного шкафа при различных режимах работы бытового
холодильника.
Задание
1. Изучить принцип работы компрессионного холодильника и
особенности его электрической схемы.
2. Исследовать температурный градиент (распределение температур)
по объему холодильного шкафа при различных режимах работы холодильника
(коэффициенты рабочего времени).
3. Определить пути повышения экономичности работы компрессионных
холодильных агрегатов.
Вопросы для проверки
1. За счет, какого эффекта осуществляется охлаждение испарителя
холодильного шкафа при кипении фреона?
2. Какие основные узлы содержит компрессионный холодильник и их
назначение?
3. В чем преимущество коммутационного режима работы компрессора
холодильного агрегата и электрической схемы обеспечения периодического
включения компрессора?
4. Как связан градиент температур внутри холодильного шкафа с
конструкцией компрессионного холодильника?
5. Как определяется средняя температура в холодильном шкафе и
порядок размещения датчиков температур?
6. Как связана средняя температура внутри шкафа со значением
коэффициента рабочего времени холодильника (энергопотреблением
холодильника)?
5
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Методические указания
1. Принцип работы компрессионного холодильника
и особенности его построения
Бытовые холодильники служат главным образом для хранения
скоропортящихся продуктов в охлажденном или замороженном состоянии.
По типу холодильного агрегата различают компрессионные,
абсорбционные и термоэлектрические бытовые холодильники. Схема
холодильного агрегата компрессионного холодильника представлена
на рисунке 1.
3
2
8
4
7
5
1
6
Рис. 1. Схема холодильного агрегата
На этой схеме показаны компрессор и электродвигатель,
размещенные в общем герметичном кожухе (1). Компрессор засасывает
парообразный фреон из испарителя (3) по всасывающему трубопроводу
(6). В компрессоре пар фреона сжимается, по нагнетательному
трубопроводу (7) направляется в конденсатор (2), где пар охлаждается и
6
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
происходит его конденсация. Жидкий агент из конденсатора, проходя
через фильтр (4) по капиллярной трубке (5), припаянной к всасывающей
трубе (6), поступает в испаритель (3). В испарителе агент кипит за счет
отбора тепла от продуктов и воздуха внутри холодильника, превращается в
пар и поступает по всасывающему трубопроводу в компрессор. В
регенеративном теплообменнике (8) происходит тепловой контакт между
жидким хладагентом и всасываемым паром, с целью повышения
эффективности работы холодильника.
Надежность, долговечность и экономичность таких машин может
быть обеспечена только при их циклической работе. Это требование
обуславливает
наличие
компрессора
холодопроизводительностью
значительно большей, чем потребная холодопроизводительность при
максимальной тепловой нагрузке в холодильной камере.
Цикличность работы обеспечивается автоматическими устройствами,
при помощи которых происходит периодический пуск и остановка
компрессора. В холодильниках отечественного производства, охлаждаемых
компрессорными машинами, автоматический пуск и остановка компрессора
осуществляется при помощи регулятора температуры (термореле).
Поскольку в герметичных фреоновых холодильных агрегатах
используются однофазные асинхронные двигатели (рис . 2), то у
электродвигателя делается дополнительная пусковая обмотка 6,
включение которой осуществляется пусковым реле 5. Катушка пускового
реле 5 включена последовательно с рабочей обмоткой электродвигателя 7.
При замыкании контактов термореле 1 напряжение подается на
рабочую
обмотку
электродвигателя.
При
взаимодействии
пульсирующего магнитного поля статора с магнитным полем ротора
вращающий момент не появляется и вращение ротора не происходит.
Через рабочую обмотку идет ток короткого замыкания, величина которого
больше в 3-4 раза рабочего значения при нормальной работе
электродвигателя. В случае возрастания силы тока (примерно в два
раза) замыкаются контакты пускового реле, включается пусковая
обмотка электродвигателя. В зависимости от разгона, ток
уменьшается, и пусковое реле отключает пусковую обмотку.
Длительность запуска электродвигателя с помощью пускового реле от
момента включения рабочей обмотки до отключения пусковой обмотки
измеряется долями секунды. В электрической схеме предусмотрено
тепловое реле 4, защищающее двигатель компрессора от перегрузки.
Электрическая лампа 2 предназначена для освещения внутреннего объема
шкафа, включается при открывании дверцы шкафа включателем 3,
установленным в проеме дверцы шкафа.
7
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
1
2
~сеть
3
4
5
2'
3'
1'
6
7
Рис. 2. Электрическая схема холодильника
2. Технико-эксплуатационные характеристики
Показатели, характеризующие качество холодильников при сравнении
их технического уровня разделяются на 6 групп: техникоэксплуатационные, надежности, технологические, эстетические и
эргономические, стандартизации и унификации, патентно-правовые.
Важную роль при эксплуатации и ремонте бытовой холодильной
техники
играют
ее
технико-эксплуатационные
показатели,
характеризующие объемно-весовые и температурно-энергетические
свойства данного класса бытовой техники.
I. Технико-эксплуатационные показатели
1.1 Объемно-весовые показатели
 Общая емкость  Vобщ. .
 Полезная емкость  Vп .
 Емкость плюсового отделения  Vпл. .
 Емкость низкотемпературного отделения  Vнт .
 Площадь поверхностей для хранения продуктов  Fхр .
 Габаритные размеры.
 Габаритные размеры при эксплуатации.
 Габаритный объем  Vгб .
 Масса  М.
8
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Коэффициент использования габаритного объема   .
 Коэффициент использования занимаемой аппаратом площади пола  f.
 Коэффициент использования емкости   .
 Относительная емкость низкотемпературного отделения  нт .
 Удельная масса  m.
1.2 Температурно-энергетические показатели
 Температура в плюсовом отделении  t пл .
 Температура в низкотемпературном отделении  t нт
 Расход электроэнергии  W.
 Коэффициент рабочего времени (к.р.в.)  b.
 Теплопроходимость  kF .
 Удельный расход электроэнергии   .
II. Показатели надежности
 Вероятность безотказной работы.
 Параметр потока отказов.
 Срок службы.
III. Технологические показатели
 Трудоемкость.
 Коэффициент сборности.
IV. Эстетические и эргономические показатели
4.1 Эстетические показатели
 Взаимосвязь изделия со средой.
 Рациональность формы.
 Целостность композиции.
 Соответствие современным художественным тенденциям.
 Товарный вид.
4.2 Эргономические показатели
 Гигиенические  уровень шума и вибрации.
 Антропометрический  соответствие размерам тела человека.
 Физиологические и психофизические  соответствие силовым и
зрительным психофизическим возможностям человека.
 Психологические  соответствие закрепленным и вновь формируемым
навыкам человека.
V. Показатели стандартизации и унификации
 Коэффициент применяемости.
 Коэффициент повторяемости.
VI. Патентно-правовые показатели
 Показатели патентной защиты.
 Показатели патентной чистоты.
Особый интерес при эксплуатации вызывают температурно энергетические показатели, однозначно связанные с тем назначением,
которое должны выполнять холодильные машины.

9
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Температуру в плюсовом отделении t пл регулирует потребитель.
Поддержание температуры в плюсовом отделении t пл ниже 0°С
свидетельствует о хорошем качестве холодильника.
Температура в низкотемпературном отделении t нт характеризует
допустимую длительность хранения замороженных продуктов без
снижения их качества.
В отечественной и международной практике установлено три уровня
температур:
6°С (одна звездочка"*");
12°С (две звездочки "**");
18°С (три звездочки"***").
Расход электроэнергии определяет экономичность работы аппарата, а
величина его зависит от установки терморегулятора и температуры
окружающего воздуха.
Удельный расход электроэнергии  расход, приходящийся на
единицу емкости
W

.
v общ
Этот показатель в значительной степени зависит от объема
холодильника, поэтому применять его можно лишь для оценки
холодильников близких емкостей.
Коэффициент рабочего времени определяется как отношение
длительности рабочей части цикла  р (рисунок 3) к длительности
всего цикла ц
b
 р
.
 ц
Коэффициент рабочего времени служит мерой расхода энергии для
компрессора одинаковой или близкой производительности. При работе
отечественных холодильников в номинальном режиме значение
b =0,25÷0,35.
Теплопроходимость холодильника определяет теплоприток в шкафе и
нагрузку на холодильный агрегат.
Наличие продуктов в холодильнике существенно снижает колебания
температуры воздуха в отделениях. Продукты, запасая холод в течение
работы холодильной машины, служат аккумулятором, сглаживающим
колебания температуры. Колебания температуры самой поверхности
продуктов примерно в 10 раз меньше уровня колебаний температуры
воздуха в холодильной камере.
Чем выше частота включений, тем меньше диапазон изменения
температуры продуктов.
Для различной конструкции шкафа и различных положений
10
остановка
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
пуск
T
Tвкл
Tотк
л
Δτр
Δτн
τ
Δτц
Рис. 3. Диаграмма изменения температуры в холодильной камере
испарителя распределение температур внутри шкафа неодинаково.
Температура по поверхности аппаратов тоже переменна по времени и
меняется с изменением режима работы холодильной машины.
Шкаф
холодильника
обычно
конструируется
двухстенным:
пространства между стенками заполняются теплоизоляцией.
Для удобства сборки конструк цию разделяют на следующие
составляющие части:
- корпус;
- холодильная камера;
- дверь и теплоизоляция.
Корпус шкафа, изготавливаемый из штампованных стальных листов,
представляет собой обычно цельнометаллическую пространственную
конструкцию. Для увеличения жесткости плоскостей тонких листов в них
делаются штамповки в виде овальных канавок. Эти канавки выполняют
роль ребер жесткости.
Холодильная камера изготавливается из малоуглеродистой стали,
либо из термопластичных материалов.
Места крепления холодильной камеры с корпусом конструируют
обычно в углах камеры в виде ушек. Чтобы не было утечек тепла, в местах
крепления устанавливаются резиновые или пластмассовые прокладки.
Холодильная камера из ударопрочного термопластика обладает
достаточной прочностью, не требует антикоррозийного и декоративного
покрытия.
11
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
В бытовых холодильниках применяют в основном следующие
теплоизоляционные материалы: минеральный и стеклянный войлок,
пенополистирол (стиропор), пенополиуретан.
Минеральный войлок изготавливают из минеральной ваты путем
обработки ее растворами синтетических смол. Исходное сырье - минеральные
породы, металлургические шлаки. Стеклянный войлок является
разновидностью искусственного минерального войлока. Он состоит из
тонких, толщиной 10-12 микрон, коротких стеклянных нитей. Такая
изоляция биостойка, не имеет запаха, обладает водоотталкивающими
свойствами.
Пенополиуретан – это пенопласты мелкопористой жесткой структуры.
Получают пенополиуретаны различной жесткости, пористости, прочности.
Жесткие и полужесткие пенополиуретаны хорошо прилипают к
металлическим и пластмассовым поверхностям.
Пенополистирол (стиропор) представляет собой твердую пористую
газонаполненную пластмассу с равномерно распределенными замкнутыми
порами. В готовом виде абсолютно безвреден и обладает конструкционном
свойствами.
Недостатком синтетических пенопластов, пенополистирола,
пенополиуретана является возгораемость.
3. Описание лабораторной установки
Экспериментальная установка для определения основных характеристик
компрессионных холодильников состоит из стационарного стенда 1 проверки
типа ЧБ-16 (рисунок 4) компрессионного холодильника 2 типа «ЗИЛ»,
«ПОЛЮС», «САРАТОВ», датчиков температуры 3.
1
3
2
Рис. 4. Общий вид лабораторного стенда
12
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
На приборной панели (рисунок 5) стенда размещены вольтметр1;
амперметр2; ваттметр3; счетчик импульсов при работе компрессора4;
счетчик импульсов полного рабочего цикла5; кнопка6; предохранители7;
штепсельная розетка подключения холодильника8; панель для размещения
пускозащитного реле9; секундомер10; шнур питания11; сигнальная
лампочка12; указатель температуры13.
Рис. 5. Общий вид пульта лабораторного стенда
Экспериментальная установка позволяет определять следующие
параметры холодильника: потребляемая мощность, потребляемый ток,
напряжение питания холодильника, расход электроэнергии, коэффициент
рабочего времени и температуру в различных точках холодильной камеры и
шкафа.
Технические характеристики стенда:
 напряжение питания стенда220 В;
 замер мощности до 1000 Вт;
 замер потребляемого холодильником токадо 3А;
 замер прикладываемого к обмотке возбуждения холодильника
напряжениядо 250 В;
 замер температур в точках холодильной камеры и шкафав
пределах ±50°С;
 определение коэффициента рабочего временив пределах от «0» до
«1».
13
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Порядок выполнения работы
Перед проведением экспериментальных исследований распределения
температур по объему холодильного шкафа при различных режимах работы
холодильного агрегата, необходимо, обеспечить размещение датчиков
температур (термопар, термосопротивлений) в соответствующих точках
(рисунок 6) холодильной камеры и поверхности конденсатора.
Рис. 6. Схема размещения датчиков температуры
Задание № 1
1. Проверить исправность измерительных приборов стенда ЧБ-16М.
2. Установить переключатель термореле холодильника в заданное
положение. Произвести измерение температур воздуха внутри шкафа
холодильника и на его поверхности после выхода холодильника на рабочий
режим. Датчики размещать в соответствии со схемой размещения,
представленной на рисунке 6. Причем измерение температур производить в
моменты включения и выключения компрессора холодильника. В момент
включения зажигается сигнальная лампочка 12 стенда, в момент
выключения  сигнальная лампочка гаснет. Текущее время τ включения
регистрируется с помощью счетчиков 5 и 6.
3. Замеры температур для заданного режима работы холодильника
(заданного положения термореле) повторить 34 раза, т.е. в период 34
полных циклов и данные измерений занести в таблицу.
4. Записи температур в периоды работы и остановки компрессора
холодильного агрегата производить с интервалом 23 минуты.
14
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
5. Установить термореле холодильника в другое положение и
повторить экспериментальное снятие соответствующих температурных
значений в установленных точках холодильника. Данные наблюдений занести
в таблицу.
6. Провести подсчеты средних температур воздуха внутри шкафа и
на его поверхности с учетом, что средняя температура в холодильной камере
'
''
'''
t 'к.ср.  t 'к.ср.
 t 'к.ср.
 t 'к.ср.
,
t к.ср. 
4
средняя температура по поверхности конденсатора
'
t 'ср.  t 'ср.
,
t ср. 
2
средняя температура по поверхности испарителя,
'
t 'о.ср.  t 'о.ср.
.
t о.ср. 
2
Следует иметь в виду, что в каждой точке измерения среднее
значение температуры t ср. определяется как среднее значение ряда
измерений.
7. Построить график зависимостей
t к.ср.  f ' (),
t ср.  f ' () ,
t о.ср.  f ' () ,
где τтекущее время работы холодильного агрегата.
Задание №2
1.
Провести анализ зависимостей изменения температур в точках
холодильника по времени τ, характер которых показан на рисунке 7.
2. Вычислить на основе анализа указанных зависимостей и данных
таблицы средний коэффициент рабочего времени
 р
b
,
 ц
где р  суммарное время работы холодильного агрегата в течение
испытания одного режима (мин),
р  р  р  р  ...,
1
2
3
ц суммарное время циклов одного режима (время одного режима),
ц  ц  ц  ц  ... .
3. При различных режимах работы холодильника (различное
положение термореле) определить соответствующее значение коэффициента
рабочего времени « b ».
1
2
15
3
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Δt0
Δtн
Δt
t
τр1
τнр1
τр2
τ
τнр2
τц1
τц2
Рис. 7. Графики температуры воздуха внутри шкафа и температур
на поверхности аппаратов
4. Определить энергопотребление W холодильника на заданном
интервале времени (30 минут) в зависимости от значения коэффициента
рабочего времени « b » (от режима холодильника).
5. Составить таблицу наблюдений при определении взаимосвязи
расходуемой энергии W от режимной работы « b » и построить график
данной взаимосвязи.
Время
Время
замера
Температура
16
при выходе агента
°С
мв
при входе агента
°С
мв
нижняя
°С
мв
°С
мв
внизу
°С
мв
середине
°С
мв
°С
морозильной
камере
мв
мв
вверху
за
°С
цикла
значения
работы
стоянки
выключения
включения
№ циклов
Средние
режим
верхняя
на поверхности на поверхности
испарителя
конденсатора
воздуха в шкафу
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Контрольные вопросы
1. В чем достоинство цикличного режима работы холодильного
агрегата?
2. К какому типу показателей относится коэффициент рабочего времени
и что и он определяет?
3. Как влияет на температурный режим внутри холодильной камеры
загрузка холодильника продуктами хранения?
Список литературы
1. Петров A.M., Фишман Б.Е. Бытовые машины и приборы. - М.,
Легкая индустрия, 1973.
2. Вейнберг Б.С., Вайн А.Н. Бытовые компрессионные холодильники. М., Пищевая промышленность, 1974.
3. Чуклин С.Г. и др. Примеры расчетов по холодильным установкам. М., Пищевая промышленность, 1964.
4. Курылев С.А., Герасимов Н.А. Примеры расчетов по холодильным
установкам. - Л., Машиностроение, 1971.
17
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Лабораторная работа №2
Определение холодопроизводительности
бытового компрессионного холодильника
Цель работы
Определение холодопроизводительности, холодильного коэффициента и
расхода электроэнергии бытового компрессионного холодильника
Задание
1.Экспериментально
определить
холодопроизводительность,
холодильный коэффициент и расход энергии.
2.Произвести сравнительный анализ экспериментальных результатов,
полученных для пяти холодильных агрегатов.
3.Сравнить результаты, полученные различными способами для
холодильника «Снайга – 1М».
Вопросы для проверки
1. Назовите холодильные агенты, применяемые в домашних
холодильниках, и напишите их химические формулы.
2. Напишите основные теплофизические, физико-химические и
физиологические свойства рабочих тел холодильных машин.
3. Место и роль теплообменных аппаратов в схеме холодильной
установки.
4. Изменение
каких
параметров
можно
повысить
холодопроизводительность холодильной машины?
5. Перечислите типы мотор – компрессоров, применяемых в бытовых
холодильниках и их основные элементы.
6. Перечислите теплоизоляционные материалы, которые используются в
бытовых холодильниках.
7. Физический смысл холодильного коэффициента.
Методические указания
1. Цикл компрессионной холодильной машины
Для получения искусственного холода в бытовой технике применяют
холодильные машины трех типов: компрессионные, термоэлектрические и
абсорбционные.
Наиболее широко применяются компрессионные холодильные машины,
в которых используются промежуточные тела (холодильные агенты) с низкой
температурой кипения при невысоком давлении.
18
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
В качестве холодильных агентов наибольшее распространение получили
хладоны разных марок.
На основании второго закона термодинамики для получения
искусственного холода необходимо определенная затрата энергии. Обычно
одноступенчатые холодильные установки работают с перегревом паров при
сжатии и с переохлаждением жидкого холодильного агента при конденсации.
Цикл компрессионной холодильной машины в диаграмме T – S
изображен на рисунке 1.
Тепло q, отведенное конденсатором и отнесенное к 1 кг холодильного
агента, определяется площадью
b – 1 – 1а – 2а – 2 – 2' – 3 – 3' – 4 – а.
(1)
Работа l затрачиваемая за цикл и отнесенная к 1 кг холодильного агента,
определяется площадью
1 – 1а – 2а – 2 – 2' – 3 – 3' – 4.
(2)
T
2
3
X=0
Pк Tк
2'
2
a
X=1
3'
Po To
4
1a
1
а
b
S
Рис. 1. Холодильный цикл бытового компрессионного холодильника
На рисунке 1 изображены следующие линии:
1 – 1а – изобара перегрева паров в регенеративном теплообменнике;
1а – 2а – адиабатическое сжатие рабочего вещества в компрессоре;
2а – 2' – изобара – охлаждение перегретых паров до состояния
насыщения паров (процесс в конденсаторе);
2' – 3 – изобара и изотерма – конденсация насыщенных паров (процесс в
конденсаторе);
3 - 3' – изотерма переохлаждения жидкого холодильного агента(процесс
в переохладителе);
3' – 4 – изоэнталпа – дросселирование жидкого холодильного агента с
падением давления и температуры (процесс в дроссельном устройстве);
4 – 1 – изотерма и изобара – испарение холодильного агента за счет
подведенного тепла охлажденным телом (процесс в испарителе).
19
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Тепло qo, подведенное охлаждаемом телом в испаритель, т.е.
теоретическая холодопроизводительность 1 кг рабочего вещества,
определяется площадью
1 – 4 – а – b.
(3)
Таким образом, энергетический баланс компрессионной холодильной
машины определяется равенством
q=qo+l.
(4)
Зная состояние холодильного агента в узловых точках рабочего цикла
машины, можно определить теоретическую холодопроизводительность в
единицу времени и затрату энергии для достижения этой производительности.
Теоретическая холодопроизводительность зависит от условий работы
установки и изменяется в зависимости от параметров рабочего цикла. Так как
в испытуемой установке мы не имели приборов, определяющих ее работу, то
холодопроизводительность будет определена косвенным путем через тепло,
отнятое от охлаждаемого тела в испарителе.
Основным экономическим показателем компрессионной холодильной
машины является холодильный коэффициент, который определяется
отношением холодопроизводительности к затраченной работе
E=qo/l,
(5)
где qo – холодопроизводительность установки;
l – работа, затрачиваемая компрессором.
2. Описание экспериментальной установки
В качестве объектов для испытания приняты автоматические
электрохолодильники типа «Снайге – 1М», «Каспий - 3», «Полюс - 2»,
«Юрюзань».
3. Методика проведения работы
Перед испытанием холодильный шкаф приводят в рабочее состояние.
Для этого следует:
а) удалить из холодильного шкафа всю посуду, оставив только один
закрытый сосуд под испарителем для сбора воды от тающего снежного
покрова.
б) повернуть ручку термостата на деление «выключено» и оставить
холодильный шкаф и испаритель открытыми до полного оттаивания снежного
покрова.
в) после полного оттаивания удалить воду из сосуда, а затем вытереть
внутренние и наружные поверхности испарителя мягким полотенцем или
фланелью.
г) повернуть ручку термостата на деление «холод», закрыть испаритель и
холодильный шкаф.
20
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Взвесить 3 кг воды (m0) и нагреть ее до 85 – 90oС. Взвесить сосуд в
котором вода будет охлаждаться в испарителе. Более удобным для этой цели
является сосуд, предназначенный для охлаждения мяса. Включить в сеть
приборы, определяющие мощность компрессора холодильника.
Когда температура нагреваемой воды достигнет 85 – 90oС, ее
переливают в сосуд, предназначенный для опыта, и устанавливают его в
холодильный шкаф под испаритель. Закрывают шкаф и фиксируют время
начала охлаждения и показания ваттметра. Записывают в протокол начальную
температуру воды, температуру воздуха помещения, вес сосуда, в котором
охлаждается вода. Показания ваттметра фиксируют через каждые 10 минут.
Продолжительность охлаждения воды в холодильной камере около 1
часа. После истечения 1 часа работы холодильника камеру открывают,
вынимают сосуд с водой, перемешивают воду и измеряют температуру
(tк).Определяют количество охлажденной воды (m1), температуру снежного
покрова на испарителе (tl) и температуру воздуха в средней части
холодильного шкафа (tш).
4. Обработка результатов эксперимента
После
испытания
холодильника
необходимо
определить
холодопроизводительность камеры Qк, расход энергии W, холодильный
коэффициент E.
I. Определяем Qк камеры:
Qк=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6+Q7,
а) тепло, отведенное при охлаждении воды
Q1=m1CВ(tн-tк),
[Дж]
где m1 – количество охлажденной воды, кг;
CВ – теплоемкость воды, равная 4,2×103Дж/кг×град;
tн, tк – начальная и конечная температура воды, град.
б) тепло, отведенное при охлаждении сосуда
Q2=mсCс(tнс-tкс),
[Дж]
где mс – масса сосуда, кг;
CВ – теплоемкость сосуда, Дж/кг×град;
tнс, tкс – начальная и конечная температура сосуда, град.
В начале испытания принимается tнс равной температуре воздуха, в
конце испытания tкс равной температуре воды после охлаждения.
в) тепло затрачиваемое на испарение воды
Q3=Δm×r1,
[Дж]
где Δm = m0 – m1 – масса сосуда, кг;
r1 – скрытая теплота испарения при средней температуре воды, Дж/кг (берется
из таблицы 1).
г) тепло, затраченное на конденсацию испарившейся воды
Q4=Δm×r2,
[Дж]
где r2 – тепло конденсации водяного пара при температуре tш, Дж/кг.
21
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
д) тепло, затраченное на охлаждение сконденсированных паров до
температуры замерзания
Q5=Δm×Cл×(tш-tз),
[Дж]
3
где Cл – теплоемкость льда, равная 2,1×10 Дж/кг×град;
tз - температура затвердевания воды, град.
е) тепло, затраченное на затвердевание и охлаждение льда
Q6=Δm×(rл - Cл tл),
[Дж]
3
где rл – теплота плавления льда, равная 3,36×10 Дж/кг;
tл - температура льда, град.
ж) потери тепла стенками холодильного шкафа в окружающую среду
Q7 для данного типа холодильника принимаются примерно 5% от общего
расхода тепла
n
Q7= 0,05   Q n .
[Дж]
i 1
2.Холодопроизводительность холодильного шкафа, отнесенная к 1
секунде работы
Q0=Qк/3600τ.
[Вт]
где τ – продолжительность работы холодильной установки, с.
3.Расход электроэнергии на холодильник определяют по показанию
ваттметра. Так как показания прибора в течении опыта будут разными, то
берут среднее значение
W=(W1+W2+…+Wn)/n.
[Вт]
где Wi – показания прибора при замере, Вт.
n – число замеров.
4.Видимый холодильный коэффициент определяет отношение
холодопроизводительности к затратам энергии или определяется уравнением
E= Q0/0,86W.
[Вт]
После обработки результатов испытаний составить протокол, в который
занести все материалы опыта. В конце протокола дать выводы и замечания по
испытанию холодильников.
Таблица 1
t,0C
0
10
20
30
40
50
60
70
r1, Дж/кг
2501
2477,4
2453,8
2430,2
2406,5
2382,5
2358,4
2338,8
tl,0C
80
90
100
110
120
130
140
150
r2, Дж/кг
2308,9
2283,4
2257,2
2230,0
2202,0
2174,3
2145,0
2114,3
22
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Контрольные вопросы
1.Объясните сущность 1 и 2 закона термодинамики.
2.Изобразите цикл бытового компрессионного холодильника и назовите
основные процессы, происходящие в нем.
3.Назовите теплообменные аппараты бытового компрессионного
холодильника.
3.Как влияет температура окружающей среды на работу холодильника?
Список литературы
1. Петров A.M., Фишман Б.Е. Бытовые машины и приборы. - М.,
Легкая индустрия, 1973.
2. Вейнберг Б.С., Вайн А.Н. Бытовые компрессионные холодильники. М., Пищевая промышленность, 1974.
3. Чуклин С.Г. и др. Примеры расчетов по холодильным установкам. М., Пищевая промышленность, 1964.
4. Курылев С.А., Герасимов Н.А. Примеры расчетов по холодильным
установкам. - Л., Машиностроение, 1971.
23
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Лабораторная работа № 3
Определение холодопроизводительности компрессионного холодильника
Цель работы
Ознакомление с работой холодильного агрегата компрессионного типа,
определение холодильного коэффициента и холодопроизводительности
установки.
Задание
1. Изучить экспериментальную установку и усвоить методику работы со
стендом СХ-1.
2.
Исследовать
установившийся
режим
работы
бытового
компрессионного холодильника.
3. Определить основные характеристики холодильного агрегата.
Вопросы для проверки
1. Назовите холодильные агенты, применяемые в домашних
холодильниках, и напишите их химические формулы.
2. Напишите основные теплофизические, физико-химические и
физиологические свойства рабочих тел холодильных машин.
3. Место и роль теплообменных аппаратов в схеме холодильной
установки.
4. Изменение
каких
параметров
можно
повысить
холодопроизводительность холодильной машины?
5. Перечислите типы мотор – компрессоров, применяемых в бытовых
холодильниках и их основные элементы.
6. Перечислите теплоизоляционные материалы, которые используются в
бытовых холодильниках.
7. Физический смысл холодильного коэффициента.
Методические указания
1.Основные понятия
При искусственном охлаждении производится отнятие тепла
холодильным агентом от охлаждаемой среды.
Второй закон термодинамики в формулировке Клаузиуса гласит:
«Теплота не может переходить от холодного тела к более нагретому сама
собой даровым процессом (без компенсации)». Т.е. теплоперенос от низшего
температурного уровня к высшему, может протекать при наличии
дополнительной затраты энергии из вне.
24
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
При этом температуру окружающей среды принимаются верхним, а
температура охлаждения – нижним температурным уровнем.
В соответствии со вторым законом термодинамики получение
искусственного холода происходит при непрерывной затрате работы в
компрессоре, необходимой на перенос тепла от охлаждаемой среды к
окружающей среде (воздуху, воде в конденсаторе).
Обычно одноступенчатые холодильные установки работают с сухим
насыщенным паром или перегретым паром при сжатии его и с
переохлаждением жидкости после конденсации. Холодильный цикл
парокомпрессионной машины осуществляется следующим образом (рисунок
1).
Сухие насыщенные пары хладагента состояния 1 или перегретые
(состояния 1а) адиабатический сжимаются в компрессоре S = const процесс 1 2 от давления P0 до давления конденсации Pк при этом возрастают его
температура от T0 до Tк энтальпией на величину i2-i1.
Перегретые пары (т.2а) при P = const в изобарическом процессе (2а - 2 2') охлаждаются до состояния насыщения, а затем конденсируется (2' - 3) в
теплообменном аппарате – конденсаторе.
На участке 3 - 3' температура жидкого хладагента, движущегося по
капиллярной трубке, понижается (процесс переохлаждения хладагента)
вследствие теплообмена, как с окружающей средой, так и с холодным паром
хладагента, идущим из испарителя.
Соответственно в вышеуказанных процессах снижается энтальпия на
величину i2а-i2', i2'-i3' и i3'-i3.
Сжиженный и переохлажденный хладагент (т.3), проходя через
дроссельный вентиль, в изоэнтальпическом процессе i = const (3' - 4) понижает
свое давление от Pк до P0 с понижением температуры до T0. Парожидкостная
смесь хладагента (т.4),поступая в теплообменный аппарат – испаритель, в
изобарическом P = const, в изотермическом T = const процессе (4 – 1)
испаряется с повышением энтальпии (Δi = i1 – i4)
Перешедший в парообразное состояние холодильный агент засасывается
снова в компрессор и цикл повторяется в указанном выше порядке.
При расчете теоретического цикла удобно пользоваться диаграммой lgP
– i (рисунок 1).
Основным экономическим показателем компрессионной холодильной
машины является холодильный коэффициент
(5)
=qo/Al,
который равен отношению удельной холодопроизводительности установки на
1 кг циркулирующего холодильного агента qo к тепловому эквиваленту
затраченной механической работы Al .
Удельное тепло q, отводимое водой или воздухом, на верхнем уровне,
равно
q=i2–i3
хладоагента.
Где
удельное
тепло
q
(удельная
холодопроизводительность), подводимое охлажденной средой, при нижнем
25
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
lg P
3
2'
Pк Tк
X=0
3'
2
2a
X=1
Po To
4
i4= i3
1
i3'
i1
1a
i2'
i1a
i2
i2a
Рис. 1. Теоретический холодильный цикл
бытового компрессионного холодильника
температурном уровне определяется зависимостью
qo = i1 – i4 = i'2 – i'3,
(6)
где i1 – энтальпия сухого насыщенного пара при заданной температуре
испарения;
i2 – энтальпия перегретого пара в конце сжатия в компрессоре;
i'2 – i'3 – энтальпия жидкого хладоагента при температуре переохлаждения;
Al – тепловой эквивалент затраченной механической работы в компрессоре на
1 кг холодильного агента.
Известно, что
А1=q–q0.
(7)
Откуда,
А1=i2–i1.
[Дж/кг]
(8)
Холодильный коэффициент показывает, какое количество тепла
отнимает холодильный агент от охлаждаемой среды за счет одной
килокалории, затраченной в компрессоре механической работы, выраженной в
тепловых единицах, холодильный коэффициент для большинства установок
больше единицы.
26
i
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Теоретически холодильный коэффициент выражается также следующим
образом:

Т0
,
Тк  Т0
(9)
где Т0 – абсолютная температура испарения холодильного агента;
Тк – абсолютная температура конденсации холодильного агента.
Из последнего уравнения видно, что холодильный коэффициент не
зависит от свойств холодильного агента, а определяется только температурами
испарения и конденсации холодильного агента.
Высокое значение холодильного коэффициента свидетельствует об
экономичности работы холодильной установки
q = q0 + A1.
[Дж/кг]
(10)
Холодопроизводительность установки или тепловая нагрузка испарителя
Q0 = М×q0,
[Вт]
(11)
где М – масса циркулирующего холодильного агента в установке,
определяемая по формуле
М
Q0
.
q0
[кг/с]
(12)
Теоретическая мощность, затраченная в компрессоре
NT = М×A1 =M×(i2–i1).
Тепловая нагрузка конденсатора
QK=Q0+NT.
[Вт]
(13)
[Вт]
(14)
2. Описание экспериментальной установки
Экспериментальная установка включает в себя холодильный агрегат. В
работе используется холодильный агрегат холодильника «Снайге – 1».
Техническая характеристика агрегата
Компрессор
Тип ФГ-014
Холодопроизводительность 105Вт
Хладоагент Хладон 12
Электродвигатель
Тип КО 63 №632
Напряжение 220В
Число оборотов 3000 об/мин
Масса холодильного агента (М).
27
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
В состав установки также входят: манометры для определения давления,
в испарителе перед компрессором и в конденсаторе после компрессора, а
также переносной стенд для проверки бытовых компрессорных холодильников
типа СХ-I, который используется для контроля времени и для определения
температур в трех точках холодильного агрегата.
3. Методика проведения работы
1. Изучить по методическому пособию теоретический цикл и схему
экспериментальной установки.
2. Ознакомиться с работой переносного стенда СХ-I.
3. Произвести проверку готовности установки.
4. Произвести включение экспериментальной установки и выход на
установившийся режим.
5. При установившемся режиме работы температура испарения хладона
на всасывании должна поддерживаться постоянной.
6. После достижения установившегося режима необходимо приступить
к снятию показателей приборов. Полученные замеры занести в таблицу 1.
Таблица 1
Журнал наблюдений
в конденсаторе после
компрессора
Давление
в испарителе перед
компрессором
в конденсаторе
переохлажденный
пар
перед компрессором
Интервал
времени
в испарителе
Температура хладона
Теплосодержание
i1
i2
i2'
i3
i3'
4. Обработка результатов эксперимента
По полученным данным строят холодильный цикл в диаграмме lg P– i.
По диаграмме lg P– i находят для расчета i1, i2, i2', i3, i3', i4.и по указанным
выше формулам определяют удельную холодопроизводительность и работу
(q0, A1), холодильный коэффициент (Е), теоретическую мощность компрессора
(NT), тепловую нагрузку конденсатора (QK).
28
i4
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Контрольные вопросы
1. Второй закон термодинамики в формулировке Клаузиуса.
2. Теоретический цикл парокомпрессионной холодильной машины с
подачей сухого насыщенного и влажного насыщенного пара.
3. Физическая сущность холодильного коэффициента и способы его
определения.
4. Связь холодильного коэффициента с природой хладоагента и с
конструктивными особенностями бытовых холодильников.
5. Основные термодинамические точки компрессионной холодильной
установки.
Список литературы
1. Вейнберг В.С., Зайн Л.Н. Бытовые компрессионные холодильники /
Пищевая промышленность. М., 1975 г.
2. Курылев К.С., Герасимов Н.А. Примеры, расчеты и лабораторные
работы по холодильным установкам / Машиностроение. Л., 1971.
29
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Лабораторная работа № 4
Исследование принципов работы и основных эксплуатационных
характеристик компрессоров холодильных агрегатов
Цель работы
Аналитическое и экспериментальное исследование принципов
функционирования и основных факторов, влияющих на эксплуатационные
характеристики компрессоров бытовых холодильников.
Задание
1. Изучить принципы работы и особенности конструкции компрессора.
2. Изучить действительный рабочий термодинамический процесс,
протекающий в компрессоре при его работе.
3. Выявить и исследовать факторы, влияющие на производительность и
экономичность компрессора при его функционировании в холодильном
агрегате.
4. Экспериментально исследовать взаимосвязь производительности
компрессора с его режимами работы.
5. Провести тепловой расчет и подбор одноступенчатого компрессора
при заданной (экспериментально найденной) холодопроизводительности
компрессора.
Вопросы для подготовки
1. Какие требования предъявляются к компрессорам холодильных
агрегатов бытовых холодильников, и каковы условия их работы?
2. Чем обуславливается различие теоретического и реального циклов
работы компрессора, и какие факторы влияют на снижение его
производительности и экономичности?
3. Как влияет значение холодопроизводительности на подбор
компрессора для бытового холодильника?
4. В чем особенности теплового расчета компрессора при подборе его
для холодильной установки?
Методические указания
1.1. Принцип действия и особенности эксплуатации холодильных
компрессоров
Компрессор служит для отсасывания паров хладагента из испарителя и
нагнетания их в конденсатор. Он наиболее сложный узел холодильного
30
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
агрегата и во многом определяет работоспособность бытового холодильника в
целом.
По принципу действия компрессоры делятся на два класса:
1) Компрессоры объемного принципа действия. Рабочие органы машин
этого класса засасывают определенный объем рабочего вещества, сжимают его
благодаря уменьшению замкнутого объема и затем перемещают (нагнетают) в
камеру нагнетания. Это машины дискретного действия.
2) Компрессоры динамического принципа действия. В этих машинах
рабочее вещество непрерывно перемещается (течет) через проточную часть
компрессора. При этом кинетическая энергия потока преобразуется в
потенциальную. Это машины непрерывного действия.
По конструктивным признакам основных элементов компрессоры
объёмного принципа действия делятся на следующие типы:
 поршневые (кривошипно-кулисные, кривошипно-шатунные);
 ротационные;
 электромагнитные.
Компрессоры, основанные на динамическом принципе действия,
подразделяются на:
 радиальные (центробежные);
 осевые;
 вихревые.
Условия работы холодильных компрессоров характеризуются
следующими особенностями:
 компрессор должен сохранять работоспособность в широком диапазоне
изменений давления нагнетания и всасывания, при большой разнице этих
давлений;
 работоспособность компрессора должна сохраняться без изменения
конструкции при работе на различных холодильных агентах.
Важной особенностью компрессоров динамического принципа действия
является полное отсутствие масла в рабочем пространстве, так как они работают
на холодильном агенте, не содержащем масла.
1.2. Компрессор объемного принципа действия
В настоящее время у нас в стране и за рубежом наибольшее
распространение получили поршневые компрессоры, реализующие объемный
принцип действия.
Различают кривошипно–шатунные (рисунок 1, а) и кривошипно–
кулисные варианты поршневых компрессоров (рисунок 1, б).
Компрессоры приводятся в движение от асинхронных однофазных
электродвигателей с короткозамкнутым ротором и вспомогательной пусковой
обмоткой. Применяются также конденсаторные электродвигатели.
31
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
1
1
2
2
3
3
4
4
5
ω
ω
б
1–цилиндр; 2–поршень; 3–кулиса;
4–обойма; 5–кривошип
а
1–цилиндр; 2–поршень; 3–шатун;
4–кривошип
Рис. 1. Принципиальные схемы построения компрессоров
Компрессоры одноцилиндровые. Корпус компрессора, закрепленный в
кожухе, отлит из чугуна заодно с подшипником и цилиндром. Коленчатый
вал–стальной, шатун–чугунный, поршень–стальной.
Статор двигателя закреплен в кожухе, ротор–на конце коленчатого вала,
два противовеса компрессора для балансировки вращающихся частей–на
роторе.
Всасывание и нагнетание производится через соответствующие
глушители, состоящие из нескольких камер, соединенных между собой
отверстиями в разделительных стенках.
Компрессор имеет наружную пружинную подвеску.
1.3.Факторы, влияющие на производительность и экономичность компрессора
В реальном компрессоре действует ряд конструктивных и
функциональных факторов приводящих, в конечном счете, к снижению
производительности и экономичности действительного компрессора по
сравнению с теоретическим.
Диаграмма изменения давления Р идеального компрессора, в
зависимости от изменения объема V к , отсасываемого поршнем, показана на
рисунке 2, где:
 линия «а–1» характеризует всасывание пара, протекающего при
постоянном давлении P0 , равного давлению в испарителе;
 линия «1–2» – адиабатическое (без теплообмена с окружающей
средой) сжатие;
 л и н и я «2–b» – вытеснение пара при постоянном давлении Pк ,
32
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
равного давлению в конденсаторе.
Объем пара, всасываемого компрессором, соответствует объему
отсасываемого поршнем.
Количественным показателем изменения (уменьшения) действительной
производительности Vдк компрессора по сравнению с теоретической
(теоретическим объемом Vтк ,описанным поршнем) служит коэффициент
подачи λ компрессора Vд    Vтк .
Для анализа и расчёта коэффициента подачи λ условно представляют в
виде произведения отдельных сомножителей, каждый из которых оценивает
уменьшение производительности от действия соответствующего ему фактора.
Обычно λ, лежит в пределах 0,5÷0,7.
P
b
a
2
PК
1
P0
V  SR
x
V
PK
S
P0
h
Рис. 2. Диаграмма изменения давления компрессора
Уменьшение значения коэффициента подачи может быть обусловлено
следующими факторами:
1. Наличие мёртвого пространства
В действительном компрессоре объем цилиндра больше объема,
описанного поршнем за один ход, на величину так называемого мертвого
пространства, т.е. на величину того объема, откуда пар не может быть
вытеснен при достижении поршнем мертвой точки в конце процесса
нагнетания. При обратном движении поршня процесс всасывания начинается
после того, как сжатый пар оставшийся в мёртвом пространстве, расширится и
понизит свое давление Р до давления всасывания. Этот процесс происходит на
некоторой части хода поршня и называется процессом обратного расширения.
Таким образом, наличие мертвого пространства уменьшает объемную
производительность действительного компрессора.
Диаграмма изменения давления Р от объема V к , описываемого
поршнем, представлена на рисунке 3.
33
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
P
2
3
PK
1
4
P0
V  Sh
c
V1
h
мертвое пространство
Рис. 3. Диаграмма изменения давления компрессора
2. Гидравлические потери
Во всасывающем и нагнетательном трактах, включая клапаны, имеют
место потери давления пара, что приводит к снижению объемных и
энергетических коэффициентов компрессора.
3. Подогрев пара
На участке от всасывающего патрубка до цилиндра компрессора
проходит повышение температуры поступающего пара и, как следствие,
уменьшение массовой производительности компрессора.
4. Теплообмен в цилиндре
В процессах сжатия и обратного расширения между паром и стенками
цилиндра и поршня имеет место теплообмен различной направленности и
интенсивности. В результате этого эффективность компрессора снижается.
5. Пульсация давлений
Поршневой компрессор является машиной периодического действия.
Поэтому во всасывающей и нагнетательной полостях давление меняется с
определенной частотой и амплитудой. Это переменное давление, называемое
пульсацией давлений, увеличивает мощность привода компрессора.
6. Перетечки
В процессе работы компрессора имеют место перетечки пара через
различные конструктивные зазоры, в разъемах поршневых колец, в зазорах
между поршнем и поршневыми кольцами и стенками цилиндра, через
неплотности в клапанах.
7. Трение
Часть энергий привода действительного компрессора расходуется на
преодоление трения в механических узлах.
34
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Влияние большей части перечисленных факторов отражается на
действительной индикаторной диаграмме, которая позволяет провести
качественный и количественный анализ действительных рабочих процессов.
1.4. Тепловой расчет и подбор одноступенчатого компрессора
При проектировании холодильных установок обычно задается
холодопроизводительность Q 0 и режимы работы холодильной машины.
Для подбора компрессора необходимо найти объемную теоретическую
подачу Vтк , и мощность двигателя Nдв. .
Основой при подборе компрессора является построенный рабочий цикл
в диаграмме S–T, либо i–lgP, где
Т – температура паров хладагента;
S – энтропия рабочего вещества (хладагента), представляющая
математический параметр его состояния, зависящий от температуры и
удельного объема;
I – энтальпия газа, представляющая собой математический параметр
состояния газа;
Р – давление в камере компрессора.
Вид данных диаграмм приведен на рисунке 4.
По найденным диаграммам и таблицам для сухих насыщенных паров
определяются необходимые параметры узловых точек диаграммы.
При использовании в качестве рабочей жидкости аммиака данные для
точек
1. t 0  10 C , t к  30 C;
2. t 0  15 C , t к  20 C;
3. t 0  20 C , t к  25 C.
приведены в таблице 1.
35
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Т
2
3
2'
Тк
Тп
3'
1'
Твс
Т0
4'
4
1
S
lg P
3'
Тк
Т0
4'
3
2'
4
1
2'
1'
i
Рис. 4. Диаграммы «S–T» и «i–lgP»
для приборов характеристик компрессора
36
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 1
№
Давление, Па
Энтальпия, кДж/кг
1.
2.
3.
290
236
190
1671
1664
1658
1166
857
1002
1700
1700
1700
1900
1900
1900
561
512
536
Удельный
объем,
3
м кг
0,42
0,51
0,62
Далее порядок определения мощности N дв на валу двигателя
компрессора последующий. Последовательно определяются:
1. Удельная массовая производительность холодильного агента
q o  i1  i 4 .
2. Действительная масса всасываемого пара
M  Qo q o .
3. Действительная подача
Vg  mg  V1к .
где V1к –удельный объем всасываемого пара в точке l'.
4. Индикаторный коэффициент подачи
 i =0,65.
5. Коэффициент невидимых потерь
 w   T0 Tк .
6. Коэффициент подачи компрессора
   i   w .
7. Теоретическая подача
Vт  Vд .
8. Удельная рабочая объемная холодопроизводительность
q v  q 0 v1' .
9. Удельная объемная холодопроизводительность в стандартных
условиях
q v  q 0 v1' .
10. Коэффициент подачи компрессора в стандартных условиях:
 ст  i   w .
11. Стандартная холодопроизводительность
Q0  Q0  q v  'ст q v    .
12. Адиабатная мощность
Nа  M д (i 2  i1' ) .
ст
ст
ст
ст
13.
ст
ст
ст
Индикаторный коэффициент полезного действия
i   w   b  t 0 .
37
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Индикаторная мощность
N i  N а i .
15. Мощность трения
N тр  Vт  Pтр .
16. Эффективная мощность
Ne  Ni  N тр .
17. Мощность на валу двигателя
Nдв  (1,1 1,12) Ne n .
18. Эффективная
удельная
холодопроизводительность
или
холодильный коэффициент
0  Q Ne .
19.Тепловой поток в конденсаторе
Qк  mg  (i 2  i3 ) .
В частности, для компрессора с аммиачным хладагентом, могут быть
подобраны
его
характеристики,
например,
для
обеспечения
холодопроизводительности Q0=273000 Вт, t 0  10 C , t к  30 C; t вс  0C;
коэффициент мертвого хода (рисунок 3) С=5%.
С учетом данных таблицы 2.1 коэффициенты рассчитываются в
следующем порядке. В таблице указаны параметры точек при t 0  15 C ;
t к  20 C; t 0  20 C ; t к  25 C .
1. q o  i1  i 4 =1671–561=1110 кДж/кг;
2. M  Q o q o =273000/1110000=0,246 кг/с;
14.
3.
4.
5.
6.
Vg  m g  V1к =0,2460,42=0,103 м 3 с .
 i =0,83.
 w   T0 Tк =(273–10)/(273+30)=0,87.
   i   w  =0,830,87=0,722.
7. Vт  Vд  =0,103/0,722=0,142 м 3 с .
8. q v  q 0 V1' =1110/0,42=2643 кДж м3 .
9. q v  q 0 V1' =2214 2643 кДж м3 .
ст
ст
ст
10.  ст  i   w =0,7790,851=0,662.
ст
11.
12.
13.
14.
15.
ст
273000  2214  103  0,662
Q 0  Q 0  q v   ст q v    
=209664 Вт.
2643  103  0,722
Nа  M д (i 2  i1' ) =0,246(1900–1700)=49,2 кВт.
i   w   b  t 0 =0,87+0,001(–10)=0,86.
N i  N а i =49,2/0,86=57,2 кВт.
N тр  Vт  Pтр =0,14259=8,45 кВт.
'
ст
ст
16. Ne  Ni  N тр =57,2+8,45=65,65 кВт.
38
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
17. Nдв  (1,1 1,12) Ne n =(1,165,65)/0,96=75,2 кВт.
18.  0  Q N e =273/65,65=4,16.
19. Qк  mg  (i 2  i3 ) =0,246(1900–561)10 3 =329394 кВт.
По таблице выбирается соответствующий компрессор с учетом
результатов расчета.
1.5 Описание лабораторной установки
Для проведения экспериментальных исследований лабораторная
установка (рисунок 5) содержит мотор-компрессор 1 в кожухе, всасывающая
трубка которого сообщается с окружающей средой. Общий вид установки
показан на рисунке 6.
Рис. 5. Принципиальная схема лабораторного стенда
Глушители 1 и 5 обеспечивают требуемый уровень шума работы
компрессора. Поршень 4 качает воздух через клапаны 3.
Рессивер 6 устраняет пульсации воздуха на выходе компрессора, а
следовательно, и колебания поплавка 10 ротаметра 9 при изменении расхода
воздуха через компрессор в процессе его работы.
Вентиль 7 позволяет изменить сопротивление на выходе компрессора, а
следовательно, и его производительность. Контроль изменения давления в
системе осуществляется по манометру 8.
39
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рис. 6. Общий вид лабораторного стенда
Установка позволяет проводить экспериментальные исследования
зависимости производительности компрессора при различных условиях
системы нагнетания и отсасывания воздуха (имитатор хладагента).
1.6. Порядок проведения работ
Перед проведением экспериментальных исследований ознакомимся с
конструкцией лабораторного стенда и назначением основных его элементов.
В ответах на контрольные вопросы, в консультациях с ведущим
преподавателем проконтролировать уровень своих знаний по вопросам:
 рабочей схеме установки, измерительным приборам и методам
обработки результатов измерений;
 конструкции, особенностям устройства и функционирования мотор
компрессоров;
 методике определения производительности, тепловых расчетов и
метода подбора одноступенчатых компрессоров.
Результаты экспериментальных исследований могут быть обработаны на
ЭВМ.
40
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Задание № 1
1. Проверка горизонтальности установки компрессора.
Контрольную линейку положить на верхнюю плоскость блока цилиндра
(кожух) и на неё кладется уровень.
При правильной установке компрессора воздушный пузырек уровня
размещается между нулевыми рисками.
Уровень при проверке на горизонтальность кладите в двух взаимно
перпендикулярных направлениях.
Величина отклонений от горизонтальности подсчитывается как
среднеарифметическая величина двух показаний.
2. Определить теоретическую производительность компрессора. Для
этого:
 включить компрессор и определить время, за которое баллон
(рессивер) наполнится воздухом до давления 1 МПа (сравнить со временем,
указанным в справочной таблице);
 если установлен компрессор другой марки, теоретическая
производительность компрессора связана со временем нагнетания воздуха до
давления 1МПа через соотношение
  0  Vn  n 0  Vбал Vn  n1  Vбал ,
а следовательно, теоретическая производительность
  Vn  n1  Vбал
,
Vn 
0  n 0  Vбал
где  0 – время нагнетания до давления 1 МПа в баллон (вместимостью 10
литров) компрессором 2ФВ–4/4,5;  0 =172 с;
Vn –теоретическая производительность компрессора другой марки, м 3 с ;
0
1

1
0
1

0
0
1
0
Vn  7,5с 1 (450 об/мин);
0
Vn – теоретическая производительность компрессора другой марки, м 3 с ;
1
n 1 – действительная частота вращения вала компрессора во время обкатки, с 1 ;
n 0 – частота вращения вала компрессора по технической характеристике, с 1 ;
Vбал – вместимость баллона, равна 10 л;
0
Vбал – вместимость баллона другой величины, л.
3. Определение холодопроизводительности компрессора по формуле
q  Vбал
,
Q0  q v  Vд  q v  Vбал 10  1000  v
 1000
где q v – объемная холодопроизводительность, при стандартных условиях для
R12, q v =1395 кДж/ м3 ;
Vд – действительная производительность компрессора;
Vбал – вместимость баллона, л;
1
41
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
100– числовой коэффициент (степень сжатия).
Задание № 2
1. С
помощью
ротаметра
9
определить
действительную
производительность компрессора при различных давлениях P в магистрали
нагнетания.
2. Вычислить теоретический объем, описываемый поршнем
  d2
к
Vт 
hn,
4
где d– диаметр поршня (d=27 мм);
h– ход поршня (h=15мм);
n– число оборотов вала в минуту (n=1500 об/мин);
Vтк – часовой объем, описываемый поршнем.
3. Для каждого измерения действительного расхода компрессора вычислить
коэффициент подачи λ компрессора
Vд
№ п/п V4
P
λ
1.
2.
3.
...
4. Построить зависимости λ=f Vдк  и объяснить характер зависимости.
Задание № 3
1. Найдите экспериментально значение холодопроизводительности,
которое обеспечивает мотор–компрессор, установленный в лабораторной
установке.
2. Проведите расчет потребной мощности мотор–компрессора при
обеспечении найденной экспериментально холодопроизводительности при
выборе в качестве рабочего тела аммиака для одного из двух случаев
3. t 0  15 C , t к  20 C;
4. t 0  20 C , t к  25 C.
Причем принимаем t вс  0C; С=5%.
3.Сравните найденную по расчетам мощность компрессора с мощностью
компрессора, установленного на стенде.
Контрольные вопросы
1. Чем вызвано изменение коэффициента подачи мотор–компрессора
при изменении давления (производительности) в системе нагнетания?
42
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
2. Как установка мотор–компрессора в холодильном агрегате может
влиять на его эксплуатационные характеристики?
3. Почему у компрессоров различных марок различное время нагнетания
воздуха в замкнутый объем?
4. В чем отличие действительного цикла работы мотор–компрессора от
теоретического цикла?
Список литературы
1. Кошкин Н.Н., Сакун Н.А. Холодильные машины. – Л:
Машиностроение, 1985.
2. Кантарович В.Н., Свишев В.В. Лабораторные работы по холодильным
установкам. – М.: Легкая и пищевая промышленность, 1984.
3. Кондрашов Н.Г., Лашутина Н.Г. Холодильно–компрессорные машины
и установки. – М.: Высшая школа, 1994.
4. Мурзаков В.В. Основы технической термодинамики. – М: Энергия,
1973.
43
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Составители: Мухамадиев Айдар Асхатович
БЫТОВЫЕ МАШИНЫ И ПРИБОРЫ
Методические указания по выполнению лабораторных работ
для студентов направления подготовки 150400.62 Технологические машины и
оборудование, специальности 150408.65 Бытовые машины и приборы очной и
заочной форм обучения
Технический редактор: Р.С. Каримуллина
Подписано в печать 15.11.2010. Формат 60х84 1/16.
Бумага писчая. Гарнитура «Таймс».
Усл. печ. л. 2,56. Уч.-изд. л. 2,75. Тираж 150 экз.
Цена свободная. Заказ № 161.
Отпечатано с готовых авторских оригиналов
на ризографе в издательском отделе
Уфимской государственной академии экономики и сервиса
450078, г. Уфа, ул. Чернышевского, 145, к. 227; тел. (347) 241-69-85.
44
Документ
Категория
ГОСТ Р
Просмотров
186
Размер файла
822 Кб
Теги
бытовые, приборы, 1265, машина
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа