Особенности расчета теплоэнергетических характеристик компрессора при цикличной работе бытового холодильного прибора

ТЕХНОЛОГИИ ЛЕГКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

УДК 621.59

ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТА ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК КОМПРЕССОРА ПРИ ЦИКЛИЧНОЙ РАБОТЕ БЫТОВОГО ХОЛОДИЛЬНОГО ПРИБОРА

© 2010 г. А.В. Сухарников, С.П. Петросов

Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса, г. Шахты

South-Russian State University of the Economy and Service, Shahty

Приведена методика расчета температурных параметров, холодопроизводительности и потребляемой мощности компрессора в условиях цикличной работы бытового холодильного прибора. В расчетах использованы современные данные об особенностях режима работы бытовых холодильных приборов.

Ключевые слова: бытовой холодильный прибор; герметичный компрессор; повышение энергетической эффективности.

The method of calculating temperature parameters, cold productivity and power consumption of the compressor in the conditions of cyclical work of the household refrigerating device is given. Modern data about the peculiarities of household refrigerating devices are used in the calculations.

Keywords: the household refrigerating device; the tight compressor; increase of power efficiency.

Особенности холодильного цикла бытового холодильного прибора достаточно подробно описаны в работе [1]. Одной из наиболее важных особенностей цикличной работы является то, что колебания давления в кожухе компрессора и температуры масла приводят к незначительному изменению массы растворенного хладона в масле, что практически не влияет на его количество в жидкой и паровой фазах в агрегате.

Основными теплоэнергетическими характеристиками герметичного компрессора со встроенным электродвигателем является холодопроизводительность, потребляемая мощность и удельная холодопроизводи-тельность [2].

Для расчета теплоэнергетических характеристик бытового холодильного прибора при цикличной работе примем следующие допущения: температура воздуха в холодильной камере (в охлаждаемом объекте) tоб постоянна; температуры кипения при пуске t1 и остановке компрессора t2 заданы; известна равновесная температура кипения ^ при установившемся тепловом состоянии; известны kFИ испарителя, его водяной эквивалент 'EG1ci (В); температура металлических и других частей испарителя равна температуре хладона; количество жидкого хладона в испарителе неизменно; колебания температуры конденсации не влияют на процессы в испарителе.

Испытания компрессора типа ХКВ показали, что потребляемая мощность линейно зависит от режима работы

Nэ = сТо - d ,

где с и d - постоянные, а холодопроизводительность может быть представлена в виде

Qо = аевТо или Qо = 10аТв,

где а и в - константы; Т0 - температура кипения рабочего тела, К; е - основание натурального логарифма.

Минимальная температура кипения определяется из уравнения теплового баланса испарителя

(^и )р (Тоб - Т0шт ) = °ш%и1 = ^С1сгк = ВЛ0 ,

где Ga - производительность компрессора в конкретном режиме, кг/с;

T

0 min

(kF)p Тоб -

(Юр

При достижении температуры кипения заданного нижнего предела Т2 > Т0ш1П компрессор отключается двухпозиционным датчиком температуры. При этом

T

0min

Gaiq 0и1

10а

Величина времени работы

d тр =-

B

(kFu ) ,

Тоб - р.

Gai q0nl

l0a

-dtn

- Ga9W

где В - водяной эквивалент испарителя.

Общую длительность рабочей части цикла (время работы компрессора) можно найти после интегрирования

Ахр =

В

"(t2 - tl ) .

- Ga9W

Зависимость температуры кипения от времени работы компрессора находим из уравнения

-т!Т„

Т0р _ Т0шт + е Р (Т2 Т1) .

где Тр - постоянная времени в рабочую часть цикла,

Т0р =

В

(kF ) p + а

где а - постоянная.

Количество холода, создаваемого бытовым холодильным прибором за цикл,

AQ = 10а (t2 - tl).

После интегрирования

AQ = Bl0a bl^ 1

Т (Тоб компрессор отключается датчиком температуры.

Зависимость температуры кипения от времени в нерабочей части цикла находим из уравнения (2) после интегрирования

-т Т

Т = Т - Р Тнр|

1 0„р = Т об Р

(to6 -t0 ) >

где Тнр - постоянная времени в нерабочую часть цикла: Т

нр ^)нр

Длительность нерабочей части цикла, при которой температура кипения повышается от Т2 до Ть из уравнения

Атнр =

В

-ln-об -t2

(kFu)Hp -об -tl

Это уравнение получено в предположении, что температура холодильного агента повышается во всем интервале температур от ^ до Ь только за счет тепло-притока от охлаждаемого объекта. Но после остановки компрессора в результате притока жидкости температура кипения возрастает, затем некоторое время остается почти постоянной (пока не повысится температура металла испарителя) и после этого начинает медленно подниматься за счет тепла, отводимого от охлаждаемого объекта.

С учетом температуры Т2, при которой компрессор останавливается за счет отвода тепла из камеры, уравнение (3) примет вид:

Атнр=qF)h

-ln

-об --l

Длительность нерабочей части цикла определяем из уравнения теплового баланса испарителя. За время dтиp приток тепла к испарителю

^ир =(^)ир ('об "¿0 ) dТир .

Протекание процессов в нерабочей части цикла изменяется и в случае оттаивания инея после каждой остановки. Длительность каждого цикла возрастает на время таяния инея.

Коэффициент рабочего времени цикличной работы компрессора

Произведение коэффициента теплопередачи испарителя k на площадь теплопередающей поверхности F во время рабочей и нерабочей части цикла обычно имеет различные значения.

Тепло dQиp расходуется на повышение температуры холодильного агента и температуры металла испарителя

dQиp = ВЛо.

Откуда

d Тир =

В

dt

В нерабочей части цикла температура кипения стремится к предельному значению, равному температуре объекта Тоб. Но при заданном верхнем пределе

b =-

Ат

Атр +Атнр

где Дт - время цикла.

Количество тепла, отводимое в единицу времени от охлаждаемого объекта,

0эср =

AQ

Атр +Атнр

где Дтр - время работы холодильного агрегата; Дтнр -время простоя. Работа должна быть равна тепловой нагрузке установки Q.

Средняя потребляемая мощность

АГЭ

N =-—

ср Атр + Ат

ир

ll8

Общий расход электроэнергии за цикл

т2

Д W = J NdTp

Интегрируя, получим

т2

характеристики компрессора при цикличной работе бытового холодильного прибора. Полученные уравнения могут быть использованы при исследовании усовершенствованных конструкций герметичных компрессоров, в том числе при внедрении систем охлаждения компрессора.

Литература

А^э = | (сТо - d^тр. А^э =(сТо - d)(Т2 -Т1 ) .

1. Вейнберг Б.С., Вайн Л.Н. Бытовые компрессионные холо-Таким образом, полученные в статье уравнения дильники. М., 1965. 272 с. позволяют определять основные теплоэнергетические 2. Якобсон В.Б. Малые холодильные машины. М., 1977. 367 с.

Поступила в редакцию 6 сентября 2010 г.

Сухарников Андрей Валерьевич - старший преподаватель, Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса. Тел. (8636)22-20-37. E-mail: mail@sssu.ru

Петросов Сергей Петрович - д-р техн. наук, профессор, зав. кафедрой «Машины и аппараты бытового назначения», Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса. Тел. (8636)22-20-37. E-mail: mail@sssu.ru

Sukharnikov Andrey Valerievitch - senior lector, South-Russian State University of the Economy and Service. Ph. (8636)22-20-37. E-mail: mail@sssu.ru

Petrosov Sergey Petrovitch - Doctor of Technical Sciences, professor, head of department «Machines and Apparatuses of Consumer Services», South-Russian State University of the Economy and Service. Ph. (8636)22-20-37. E-mail: mail@sssu.ru