ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ КОМПРЕССОРА, ОБЕСПЕЧИВАЮЩЕГО РАБОТУ ХОЛОДИЛЬНОЙ УСТАНОВКИ, РАБОТАЮЩЕЙ ПО ТРАНСКРИТИЧЕСКОМУ ЦИКЛУ НА ДИОКСИДЕ УГЛЕРОДА
ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ КОМПРЕССОРА, ОБЕСПЕЧИВАЮЩЕГО РАБОТУ ХОЛОДИЛЬНОЙ УСТАНОВКИ, РАБОТАЮЩЕЙ ПО ТРАНСКРИТИЧЕСКОМУ ЦИКЛУ НА ДИОКСИДЕ УГЛЕРОДА
Косарев Артем Романович
бакалавр, Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана,
РФ, г. Москва
THERMAL CALCULATION OF THE COMPRESSOR THAT ENSURES THE OPERATION OF A REFRIGERATION DEVICE OPERATING ON A TRANSCRITICAL CARBON DIOXIDE CYCLE
Artem Kosarev
Bachelor, Bauman Moscow State Technical University,
Russia, Moscow
АННОТАЦИЯ
В данной статье произведен тепловой расчет поршневого компрессора, нагнетающего диоксид углерода. Найдено необходимое количество хладагента для обеспечения заданной холодопроизводительности, Посчитаны диаметр и ход поршня, а также мощность электродвигателя компрессора.
ABSTRACT
In this article, a thermal calculation of a reciprocating compressor pumping carbon dioxide is performed. The required amount of refrigerant was found to ensure a given cooling capacity, the diameter and stroke of the piston were calculated, as well as the power of the compressor motor.
Ключевые слова: поршневой компрессор, тепловой расчет.
Keywords: piston compressor, thermal calculation.
Введение
Поршневой компрессор – компрессор объемного принципа действия, обеспечивает сжатие и подачу газа благодаря уменьшению в нем замкнутого объема пространства. Данный тип компрессора является одним из самых первых изобретенных типов компрессоров и самым распространенным. Поршневые компрессоры имеют высокие технические характеристики и отвечают высоким эксплуатационным требованиям. Также они являются очень доступными по цене благодаря простотой конструктивного исполнения, высокой ремонтопригодностью и легкостью эксплуатации.
В данной работе произведен тепловой расчет поршневого V-образного компрессора, обеспечивающего функционирование холодильной машины, работающей по транскритическому циклу на диоксиде углерода [1]. Данный холодильный цикл в P-h диаграмме представлен на рисунке 1.
Рисунок 1. Транскритический холодильный цикл на диоксиде углерода в P-h диаграмме
Проектируемый холодильный поршневой компрессор предназначен для охлаждения камер хранения до температуры 
[1]. Для расчета выбран одноступенчатый поршневой компрессор с углом развала цилиндров 
. Принципиальная схема рассчитываемого компрессора показана на рисунке 2.
Рисунок 2. Принципиальная схема поршневой группы одноступенчатого поршневого V-образного компрессора с углом развала цилиндров 
Тепловой расчет
Исходные данные:
Заданная холодопроизводительность: 15 кВт
Температура кипения хладагента в цикле: 
Температура охлаждения газа в газоохладителе: 
Перегрев в испарителе: 
Давление всасывания: 
Давление нагнетания: 
Количество цилиндров: z = 2
В результате работы компрессора происходит нагрев обмоток электродвигателя. Примем величину такого нагрева 
. Тогда температура в точке 1 будет
(1)
Отсюда получим энтальпию в точке 1т: 
Находим производительность компрессора. Посчитаем давление всасывания и нагнетания с учетом гидравлических потерь [2] [3]:
(2)
где 
– коэффициент гидравлических потерь на всасывании
(3)
где 
– коэффициент гидравлических потерь на нагнетании
; 
, тогда получаем, что 
Удельная холодопроизводительность компрессора:
(4)
Удельная объемная холодопроизводительность:
(5)
где 
– удельный объем.
Массовая производительность компрессора:
(6)
Объемная подача компрессора:
(7)
Удельная адиабатная работа сжатия:
(8)
Адиабатная мощность компрессора:
(9)
Определим коэффициент подачи 
(10)
где 
– объемные коэффициент подачи,
– коэффициент дросселирования,
– объемные коэффициент подогрева,
– коэффициент плотности.
(11)
где 
– относительный мертвый объем
– показатель политропы углекислого газа
– степень сжатия в компрессоре
(12)
(13)
Описанный объем:
(14)
Выбираем электродвигатель с частотой вращения n=1500 
и рабочую частоту примем 
Примем значение соотношения хода поршня к диаметру цилиндра для V-образного бескрейцкопфного компрессора: 
.
Найдем диаметр поршня компрессора:
(15)
Округляем значение диаметра по ГОСТ 9514-81, получаем D = 45 мм
Ход поршня:
(16)
Выполним проверку динамических факторов для поршневых компрессоров.
Средняя скорость поршня:
(17)
Динамический фактор:
(18)
Уточним описанный объем:
(19)
Уточним холодопроизводительность:
(20)
Определим погрешность:
(21)
Уточним адиабатную мощность компрессора:
(22)
Уточним расход хладагента:
(23)
Далее определяем механический КПД компрессора и необходимую мощность электродвигателя.
Индикаторный КПД:
(24)
где b – постоянная хладагента
– температура испарения в цикле в Кельвинах
– температура охлаждения газа в конденсаторе в Кельвинах
Для углекислого газа b = 16, 
, 
следовательно 
Индикаторная мощность:
(25)
Удельная индикаторная работа сжатия:
(26)
Уточним параметры точки 2 в цикле:
(27)
Тогда температура в точке 2 будет 
Определим мощность трения для хладагента R744:
– давление трения для диоксида углерода, тогда
(28)
Эффективная мощность компрессора:
(29)
Определим эффективный КПД компрессора:
(30)
Необходимая мощность электродвигателя:
(31)
Список литературы:
- А.Р. Косарев. Расчет оптимального рабочего давления транскритического холодильного цикла на диоксиде углерода // Интернаука: электрон. научн. журн. 2023. № 28(298). URL: https://internauka.org/journal/science/internauka/298 (дата обращения: 09.08.2023).
- А.В. Быков. Холодильные компрессоры/ А.В. Быков, Э.М. Бежанишвили, И.М. Калнинь и др.: под ред. А.В. Быкова. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Колос,1992. -304 с.: ил.
- П.И. Пластинин. Примеры расчетов поршневого компрессора/ П.И. Пластинин. – 2-е изд. – Москва: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2001. - 60 с.