Теоретические принципы обеспечения технического состояния бытовых холодильных приборов на этапе их технической эксплуатации Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

ТЕХНОЛОГИИ ЛЕГКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

УДК 621.565.92.041

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ БЫТОВЫХ ХОЛОДИЛЬНЫХ ПРИБОРОВ НА ЭТАПЕ ИХ ТЕХНИЧЕСКОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ

© 2013 г. А.В. Кожемяченко, С.П. Петросов, МА. Лемешко, В.В. Рукасевич, В.В. Шерстюков

Кожемяченко Александр Васильевич - д-р техн. наук, профессор, Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса, г. Шахты. E-mail: [email protected]

Петросов Сергей Петрович - д-р техн. наук, профессор, Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса, г. Шахты. E-mail:[email protected]

Лемешко Михаил Александрович - канд. техн. наук, доцент, Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса, г. Шахты.

Рукасевич Владимир Владимирович - ассистент, ЮжноРоссийский государственный университет экономики и сервиса, г. Шахты. E-mail:[email protected]

Шерстюков Виталий Владимирович - ассистент, ЮжноРоссийский государственный университет экономики и сервиса, г. Шахты. E-mail:[email protected]

Kozhemyachenko Alexander Vasilevich - Doctor of Technical Sciences, professor, South-Russian State University of the Economy and Service, Shahty. E-mail: [email protected]

Petrosov Sergei Petrovich - Doctor of Technical Sciences, professor, South-Russian State University of the Economy and Service, Shahty. E-mail:[email protected]

Lemeshko Michael Alexandrovich - Candidate of Technical Sciences, assistant professor, South-Russian State University of the Economy and Service, Shahty.

Rukasevich Vladimir Vladimirovich - assistant, South-Russian State University of the Economy and Service, Shahty. E-mail: [email protected]

Sherstyukov Vitaly Vladimirovich - assistant, South-Russian State University of the Economy and Service, Shahty. E-mail: [email protected]

Изложены теоретические принципы конструкторско-технологического обеспечения технического состояния бытовых компрессионных холодильных приборов на этапе их технической эксплуатации, разработанные на основе теории подобия технического состояния бытовых холодильных машин.

Ключевые слова: бытовой холодильный прибор; техническая эксплуатация; теория подобия; индикатор подобия; критерии подобия.

In article theoretical principles of konstruktorsko-technological maintenance of a technical condition household compression refrigerating devices at a stage of their technical operation, developed on the basis of the theory of similarity of a technical condition of household refrigerators are stated.

Keywords: the household refrigerating device; technical operation; the similarity theory; the similarity indicator; criteria of similarity.

На этапе технической эксплуатации бытовых холодильных приборов (БХП) любая его подсистема-оригинал описывается полной функциональной зависимостью

ыт = {/х, / т, (1)

где хр, Zji, Эр - соответственно /-е параметры входных, задающих, возмущающих (управляющих) воздействий и внутренние параметры структуры и процессов функционирования подсистемы БХП, функционально связанные с его yi - выходной характеристикой [1, 2].

В соответствии с положениями, изложенными в работе [3], и зависимостью (1), выражение для i-го критерия подобия технического состояния по i-й выходной характеристике БХП имеет вид

л * =

у,

х « j z ßi„ Tit v Л]1 ji ji i

(2)

где а-, Р/, у„ у - показатели степеней при независимых параметрах соответственно х-, , z,i, s,i, ti, определяемые методом нулевых размерностей для yi - выходной целевой характеристики.

Предположим, что значения yi, х-, , z, s-i изменены (изменились в процессе эксплуатации системы или появилась иная, например, более производительная, чем прежде, система-аналог) до значений соответственно yia, хра, z-ia, s-ia. Так как для подобных явлений

(согласно первой теореме теории подобия) численные значения критериев подобия есть постоянные величины, т.е. п, = const = idem, то для новых условий имеем:

Угс

п ■ = -

y Pi Ji

У,

ЯсЬс?

' yai zßi sli Xli ZjiSji

= idem = const, (3)

c

где су, сх, с2, сх - масштабы изменения параметров или константы подобия технического состояния БХП [2]. Комплекс масштабов представляет собой индикатор подобия технического состояния БХП, который для подобных явлений должен быть равен единице, т.е.:

= 1.

'с?

детерминированно или изменяется стохастически. Детерминированное изменение выходной характеристики у, может быть реализовано специальным регулятором по программе, соответствующей закону изменения у,-. Однако в любой заданный момент времени подобие технического состояния системы-оригинала БХП и системы-аналога БХП будет иметь место, если

В общем случае выражения (2) и (3) могут иметь место, по крайней мере, в трех случаях: cyi = 1;

cyi = ayi ф 1 = const; cyi = ayi ф 1 = var.

Выполнение условия cyi = 1 обязательно для сохранения качества функционирования одной и той же системы-оригинала БХП (квазиабсолютное подобие технического состояния) или системы-оригинала БХП по отношению к системе-аналогу БХП. В этом случае условие (3) выполняется, очевидно, лишь при

В yi 1 CxCz Cs = 1

Это означает то, что при изменении (преднамеренном, детерминированном или стохастическом) значений параметров xji, zц, sJi произведение масштабов их изменений должно оставаться постоянным и равным единице. Этого можно добиться посредством регулирования этих параметров путем использования отрицательной обратной связи с управлением по одному из них.

Очевидно, что такой аспект исследования подобия технического состояния БХП может быть использован при управлении его техническим состоянием посредством регулирования (преднамеренного изменения) одного (или нескольких) параметров в соответствии с зависимостью типа

Cs = (сХРс )*.

Второе условие (cyi = ayi ф 1 = сonst) характерно

для оценки и достижения подобия технического состояния системы-оригинала БХП по отношению к системе-аналогу БХП. В этом случае для сохранения подобия технического состояния системы-оригинала БХП при возможных изменениях параметров Xji и

(или) zi и (или) Sji необходимо какой-либо из этих

параметров изменить соответствующим образом, например s (в соответствии с зависимостью):

с?' (t)=с?; (Ц, «cj (t).

(5)

а,- ß, с 'с '

сх = var- const; с, = const - var.

(4)

Третье условие (су- = ау, Ф1 = var) характерно для

обеспечения подобия технического состояния системы-оригинала БХП по отношению к системе-аналогу БХП в том случае, если выходная характеристика системы-аналога БХП должна изменяться во времени

Это означает, что при изменении су- (V) выражение (5) будет выполняться посредством изменения одного (в частном случае) из параметров х^, , Sji.

В качестве примера представлены: для подсистемы «капиллярная трубка» БКХП обобщенные критериальные выражения по выходным характеристикам

Ткых процесса теплопереноса и Р^к процесса массо-

переноса:

Т КТх = 0,29 -Ш"3—-

вых ' ¿7л 3

Q6

Ркт = 131

DLIV А

dH КГ овср Р02Т ВхТ 0 qFFmKT Х 2к

L л 4,5Т 3,5G 5

LktPхvх^хум.с^хСр Т вх GaK

РкРвх ихЮх0ст.ктМхd внРоТВ]

-; (6)

(7)

В выражениях (6) и (7) константы представляют собой номинальные значения обобщенных критериев подобия технического состояния подсистемы «капиллярная трубка» по параметрам Т^ и Р^к, т.е.

k п

ПЛТкг и ПЯ ркг .

,=1 Твых ,=1 Рвых

Обобщенные критерии подобия технического состояния выходных характеристик подсистемы «капиллярная трубка» для процессов тепломассопереноса имеют вид:

Пл

Л ЯР ПР ПР Л,,' Л.. Л0 Лм ЛТ

РВЫх Рк Ро Рвх их ®х 0ст.кт мх Т вых

Л Lt Лvх ^v х Ла х ЛУмс ^н % х

= 1,31;

k лт лс Лт Лт Я„ Я „ Яр

П кт = Тов Ср Твх То ^ С. = 0,29.10-3. ,=1 ^ ^ Л<н ЛкЛХ2кг

В этих выражениях: я, ,л„ , я_ ,я, ,яи ,

* -^кт ух их /мс "и

ят ,яр ,яр , яр ,я,,' ,ят , яя ,я.. ,ят ,я ят ,яХ , лх гк го г вх их шх исг.кг Гх 1 вых к 1 ов ^ 2кт

яс ,ят , яр , ят , я _ - соответственно частные

1 вх ^п.кт 1 о Ур

критерии подобия: длины капиллярной трубки, плот-

ности жидкого хладагента, кинематической вязкости

хладагента, коэффициента поверхностного натяжения,

коэффициента местного сопротивления, наружного диаметра капиллярной трубки, коэффициента тепло-

проводности хладагента, давления конденсации, давления кипения, давления на входе в капиллярную трубку, удельного объема хладагента, скорости истечения хладагента, динамической вязкости хладагента, температуры на выходе из капиллярной трубки, коэф-

с

cs = var;

с

Cs =

фициента теплопередачи меди, температуры окружающего воздуха, паросодержания рабочего тела на выходе из капиллярной трубки, теплоемкости меди, температуры на входе в капиллярную трубку, площади теплопередающей поверхности капиллярной трубки, температуры кипения, плотности теплового потока.

С целью системного анализа процесса обеспечения технического состояния БХП предлагается использовать выражения из системы обобщенных критериальных выражений выходных характеристик подсистем бытовых холодильных приборов.

Обобщенные индикаторы подобия технического состояния подсистемы «капиллярная трубка» БКХП по выходным характеристикам Т^ процесса тепло-

переноса и Рвктх процесса массопереноса, которые представляют собой отношения значений параметров по выражениям (6) и (7) соответственно для подсистем оригинала и аналога:

С

С

С 6

С 7С 3 СъъСп С 2 СТ

С

"да Хы ов Ср р0 Гвх qp Fjj.Kj Х2кт

^кг CPxCVxCCxC1m c CXxCOp СтВх С&„кг

С С С , С С С С11 С С

гк гвх их шх ист.кт гх "вн го 1 вых

Рвых Твл

= 1;

Скт лСкт ф 1 = const;

Рвых Твых

С кт л С

ф 1 = var.

Теоретические принципы обеспечения технического состояния БХП на этапе технической эксплуатации (на одном из этапов жизненного цикла) с учетом этих выражений формулируются следующим образом:

- первый принцип - принцип сохранения технического состояния БХП, математическое представление которого определяется выражением типа

С

л C кг = 1 (по выходной характеристике Р^

Т вых

Ткт )■

вых

- второй принцип: С кт лС

ф 1 = const -

В общем случае выражения (4) и (5) могут иметь несколько областей существования, определяющих по существу сущность теоретических принципов конст-рукторско-технологического обеспечения технического состояния БХП на этапе технической эксплуатации (на одном из этапов жизненного цикла).

Эти области существования, с учетом (4) и (5), определяются выражениями:

принцип детерминированного изменения технического состояния БХП;

- третий принцип: С кт лС кт Ф 1 = var - прин-

Рвых Твых

цип обеспечения технического состояния БХП при стохастическом изменении параметров его подсистем;

- четвертый принцип - принцип определения соответствия действительных значений параметров БХП их нормативным значениям, т.е. Сi = const.

Можно утверждать, что сформулированные выше теоретические принципы реализуются на таких этапах технической эксплуатации БХП, как:

- модернизация (принцип второй), при решении вопросов взаимозаменяемости;

- создание новых конструкций и технологий (принцип третий);

- диагностика (принцип третий);

- параметрические исследования (принцип четвертый).

Литература

1. Алабужев П.М. Основы теории подобия, размерности и моделирования. Тула, 1988. 321 с.

2. Кожемяченко А.В., Лемешко М.А., Рукасевич В.В. Диагностирование технического состояния бытовых холодильных машин // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. 2012. № 4. С. 110 - 114.

3. Першин В.А. Методология подобия функционирования технических систем : монография / под ред. А.Н. Дров-никова. Новочеркасск; Шахты, 2004. 227 с.

Поступила в редакцию

26 декабря 2012 г.