CC BY
11
УДК 621.51
Сжатие различных рабочих тел в центробежном компрессоре теплового насоса
Канд. техн. наук И.А. БАРСКИЙ, канд. техн. наук И.К. ШАТАЛОВ, Е.В. ДАНИЛОВ Российский университет дружбы народов Д.В. ТЕРЕХОВ ФГУ11 ММПП «Салют»
Compression processes of air and refrigerants in centrifugal compressors used in heat pumps are compared. It is shown that pressure ratio of freons is higher and compressor efficiency is lower in comparison with air.
Преимущество центробежных компрессоров в том, что, имея высокий КПД (цк - 0,77...0,82), они более компактны, чем винтовые, и не требуют добавления масла в сжимаемый газ.
Проведем сравнение процесса сжатия разных хладагентов в центробежном компрессоре и сравним его со сжатием воздуха, учитывая, что по воздушным компрессорам накоплен огромный теоретический и экспериментальный материал [2]. Будем считать, что хладагенты находятся в состоянии перегретого пара, что позволяет использовать зависимости, принятые для воздушных компрессоров.
В табл. 1 приведены молекулярная масса р, газовая постоянная Н, теплоемкость при постоянном А- _
давлении сг=~!~\ ' показатель адиабаты к, плотность р, давление р, коэффициенты динамической рд и кинематической у вязкости разных рабочих тел при начальной температуре 7В = 288 К 11).
Рассмотрим процесс сжатия в компрессоре с радиальными лопатками рабочего колеса.
Таблица I
Свойства рабочих тел
Рабочее вещество Основные параметры при Гв 288 К
Р. кг/моль R, Дж/(кг-К) с , Дж/(кгК) к = Ср/еу г, Дж/кг РДЮ6, Не/м2 v Ю6, М2/с Р. кг/м2 Р, МПа
Воздух 29,3 287 1005 1,4 - 18 14,75 1,22 0,1013
со2 44 188,6 842 1,29 216 13,7 7,5 1,84 0,1
NH, 17 488 2170 1,29 1205 9,68 1,44 6,7 0,858
R22 85,6 96 856 1,125 187 12,68 0,379 33,4 0,789
К12 99,3 83,4 698 1,137 144 13,52 0,482 28,1 0,49
Зависимость кк от показателя адиабаты при Т = 288 К, тг = 0,8 для разных величин АТ
Работа компрессора 1
Ц = СрТ. | я/ -1 J— = ср&Т
(1)
Из этого выражения можно получить формулу для определения степени повышения давления кк = рк/рК в зависимости от к = ср/с\ и подогрева газа АТ:
Параметры центробежного компрессора при А Т = 40 'С, Г = 288 К
Рабочее вещество Параметры центробежного компрессора
к Дж/кг 14, м/с м/с Яе ,10-* ш1 а п*
Воздух 40200 204,6 133 1,01 0,02 0,04 0,8 1,445
со2 33680 187,3 122 0,6 0,708 0,044 0,79 1,57
N11, 86800 304 197 32,7 0,94 0,02 0,86 1,57
К22 34080 188,4 123 3,56 1,03 0,032 0,82 2,85
Я12 27920 170,5 110 2,52 1,01 0,035 0,815 2,35
(2)
В тепловых насосах величину АТ выбирают в пределах 30. ..40 "С, так как при больших ее значениях сильно уменьшается коэффициент преобразования. В холодильных машинах величина Добывает больше. На рисунке показана зависимость кк от показателя адиабаты при разных АТ. Видно, что %. очень быстро растет при к< 1,2, а именно такие показатели адиабаты характерны для фреонов. Так, если при работе на воздухе (к 1,4) при я* 1,45 его Д Т 40 'С, то на фреоне К.22 потребная величина Т1к возрастает до 2,85.
Работа центробежного компрессора с радиальными лопатками описывается выражением [2|
/■» = (1‘, + °)“г ’ ^
где |л; коэффициент мощности (Кухарского), зависящий от числа лопаток и равный 0,85...0,92; а коэффициент трения диска;
«2 окружная скорость на наружном диаметре колеса
Коэффициент трения диска а зависит от геометрических параметров колеса и коэффициента трения газа [ 2]:
по окружной скорости.
Величина а в зависимости от Сунаходится как
\ 0,2
£
’с,
Кс
и1
Кс
При этом в компрессорах с закрытыми колесами <х0 0,02...0,03, с полузакрытыми колесами а0=
-0,03...0,06.
С ростом числа Рейнольдса потери трения снижаются, что приводит к уменьшению а.
КПД компрессора зависит от числа Рейнольдса, определенного по относительной скорости на входе в колесо Величина определялась по формуле, предложенной Г.Ю. Степановым:
% = 1—СКе^-1, где С — постоянная, определяемая для компрессора по известным г)к и Яс» • В наших подсчетах С 0,8.
Был проведен расчет параметров компрессоров, работающих на разных рабочих телах при А Г = 40 ’С. Работа вычислялась по формуле (1), окружная скорость — по формуле (3) при цг = 0,92. Относительный расход воздуха О/О0 рассчитывали пропорционально плотности газа на входе и относительной скорости.
Для оценки волновых потерь определялась безразмерная скорость
К, =«2/% >
критическая скорость звука, за-
’сйнольдса, определенное
2 кЯ
где а =. -----Т[
V к + 1 ‘
висящая от к иЯ.
Результаты расчетов представлены в табл. 2. Видно, что при использовании ЫН3 работа компрессора в 2 раза больше, чем на воздухе, при мало отличающемся як. Для Я22 и Ю2 величина тгк достигает 2,35...2,85 из-за малого показателя адиабаты 1,125 и 1,137 соответственно (см. табл. 1), в то время как на воздухе як= 1,45.
КПД компрессора, работающего на фреонах, на »2% (абсолютных) выше, чем на воздухе, из-за больших чисел Рейнольдса.
Список литературы
1. Богданов С.//. и др. Свойства веществ. Справочник. -М.: Агропромиздат, 1985.
2. Холщевников К.В. Теория и расчет авиационных лопаточных машин. М.: Машиностроение, 1970.
