Результаты испытаний холодильного винтового компрессора малой производительности с новым профилем зубьев на хладагенте R134а

За последние годы применение винтовых компрессоров в холодильной технике значительно расширилось как у нас в стране, так и за рубежом.

Эта тенденция обусловлена высокой энергетической эффективностью винтовых компрессоров в сочетании с простотой обслуживания, надежностью в работе, компактностью конструкции.

В.Н. Докукин, А.Н. Носков (Санкт-Петербургский государственный университет низкотемпературных и пищевых технологий)

Винтовые компрессоры широко применяются в холодильной технике и в высокотем-пературных режимах для охлаждения, осушки и нагрева приточного воздуха в составе кондиционеров и тепловых насосов.

Несмотря на различные холодопроизводительности и режимы работы винтовых компрессоров, они в нашей стране долгое время изготавливались по типоразмерному ряду [1] с соотношением числа зубьев на ведущем и ведомом винтах 4/6 при одинаковых наружных диаметрах.

В последние годы многие зарубежные фирмы начали выпуск винтовых компрессоров с новыми профилями зубьев роторов и с соотношением числа заходов на ведущем и ведомом винтах 4/5; 5/6; 5/7; 6/8, причем кромки зубьев состоят из множества участков. Они обладают более высокими технико-экономическими показателями по сравнению с разработанными ранее профилями. Именно успехи в разработке новых типов профилей и позволили значительно расширить область применения холодильных винтовых компрессоров в сторону малых производительностей.

В ФГУП «Конструкторское бюро «АРСЕНАЛ» имени М.В. Фрунзе совместно с Санкт-Петербургским государственным университетом низкотемпературных и пищевых технологий был спроектирован маслозаполненный винтовой компрессор малой производительности с новым профилем зубьев и соотношением числа зубьев 6/8. Кривые, описывающие профиль винтов приведены в [2]. Привод компрессора осуществляется за ведомый (8-ми заходный) ротор. Основные техническая характеристика компрессора: наружный диаметр ведущего ротора D₁=80 мм; ход ведущего ротора h₁ = 144 мм; наружный диаметр ведомого ротора 73,6 мм; длина роторов l_в = 125 мм; среднеквадратичная величина профильных зазоров δ = 0,03…0,06 мм; геометрическая степень сжатия ε_г = 3,6; теоретическая объемная производительность компрессора V_т = 0,0226 м³/c при частоте вращения ведомого винта n₂= 50с^-1.

В Санкт-Петербургском государственном университете низкотемпературных и пищевых технологий проведены испытания винтового компрессора на хладагенте R134а. Для проведения испытаний винтового компрессора был создан стенд.

Пар рабочего вещества после сжатия в компрессоре и прохождения маслоотделителя охлаждается в газоохладителе, после чего происходит разделение рабочего вещества. Большая его часть дросселируется в первом регулирующем вентиле, а меньшая − конденсируется в теплообменнике, сливается в ресивер и дросселируется во втором регулирующем вентиле. Пар и жидкость рабочего вещества подаются в смеситель. Из смесителя холодный пар низкого давления, пройдя расходомер поступает в компрессор. Масло из маслоотделителя на-правляется в маслоохладитель, откуда сливается в масляный ресивер и масляным насосом через масляный расходомер направляется в компрессор. Такая схема позволяет поддерживать и регулировать давление всасывания, давление нагнетания и температуру всасывания регулирующими вентилями. Тиристорный преобразователь, изменяя частоту вращения вентилятора маслоохладителя, позволяет изменять температуру масла, а байпасный вентиль дает возможность регулировать количество масла подаваемого в компрессор. Частотный преобразователь позволяет изменять и измерять частоту вращения вала и мощность электродвигателя компрессора.

При исследовании компрессора температура кипения хладагента изменялась в пределах t₀ = – 10…5 ⁰С (давление кипения P₀ = 0,2…0,35 МПа), а конденсации t_к = 27…60 ⁰С (давление конденсации P_к = 0,7…1,7 МПа). Наружная степень повышения давления изменя-лась в пределах π _н =3,5…6,6, а частота вращения ведомого ротора n₂ изменялась в пределах 30…50 с^-1.

Объемный расход хладагента на всасывании в компрессор Vд определялся вихревым газовым расходомером ВЗЛЕТ ВРС (ВРСГ-2x1). Также расход определялся по тепловому балансу газоохладителя.

Величины холодопроизводительности Q₀, теплопроизводительности Q_h, мощности изо-энтропного сжатия N_s и коэффициента подачи λ определялись по зависимостям, приведенным в [1].

Эффективный КПД компрессора η_е = N_s/N_е. Эффективная мощность компрессора N_е определялась по формуле N_е = N_э · η _эл.дв, где η _эл.дв – КПД электродвигателя.

Величины холодопроизводительности Q_o изменялись в следующих диапазонах. При температуре кипения t₀ = – 10 ⁰С от = 10 кВт (n₂=30 c^-1, π _н = 6) до = 22,6 кВт (n₂=50 c^-1, π _н = 4,5). При t₀ = 5 ⁰С от = 16,5 кВт (n₂=30 c^-1, π _н = 4,8) до = 37,5 кВт (n₂=50 c^-1, π _н = 3,5).

Величины теплопроизводительности изменялись в следующих диапазонах. При t₀ = – 10 ⁰С от = 14 кВт (n₂=30 c^-1, π _н = 6) до = 31,5 кВт (n₂=50 c^-1, π _н = 4,5). При t₀ = 5 ⁰ С от = 21 кВт ( n₂ =30 c^-1 , π _н = 4,8) до = 49 кВт ( n₂ =50 c^-1 , π _н = 3,5).

Величины коэффициента подачи λ изменялись в следующих диапазонах. При t₀ = – 10 ⁰ С от λ = 0,66 ( n₂ =30 c^-1π _н = 6) до λ = 0,81 ( n₂ =50 c^-1 , π _н = 4,5). При t₀ = 5 ⁰ С от λ = 0,72 ( n₂ =30 c^-1 , π _н = 4,8) до λ = 0,84 ( n₂ =50 c^-1 , π _н = 3,5).

Величины эффективного КПД ηе изменялись в следующих диапазонах. При t₀ = – 10 ⁰ С от ηе = 0,58 ( n₂ =30 c^-1π _н = 6) до ηе = 0,71 ( n₂ =50 c^-1 , π _н = 4,5). При t₀ = 5 ⁰ С от ηе = 0,62 ( n₂ =30 c^-1 , π _н = 4,8) до ηе = 0,69 ( n₂ =40 c^-1 , π _н = 4,3).

Полученные данные показывают, что характеристики винтового маслозаполненного компрессора на хладагенте R134а имеют высокие значения, соизмеримые с аналогичными характеристиками винтовых маслозаполненных компрессоров более высокой производи-тельности и поршневых компрессоров близкой производительности [3]. Таким образом, мас-лозаполненный винтовой компрессор малой производительности с новым профилем зубьев винтов может эффективно применяться в составе холодильной машины, кондиционера и те-плового насоса.

Библиографические ссылки:

1. Холодильные машины / Под ред. Л.С. Тимофеевского. – СПб.: Политехника, 2006. – 942 с. 2. Пат. 2109170 России, МКИ F 04 С 18/16. Зубчатое зацепление винтового компрес-сора / Носков А.Н. 1998. Бюл. №11. 3. Холодильные компрессоры / А.В. Быков, Э.М. Бежанишвили, И.М., Калнинь и др. / Под ред. А.В. Быкова.  М.: Колос, 1992.  304 с.