автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.03, диссертация на тему:Повышение эффективности регулирования производительности и геометрической степени сжатия холодильных винтовых компрессоров с помощью внутренних устройств

На правах рукописи

Зимков Артур Анатольевич

Повышение эффективности регулирования производительности и геометрической степени сжатия холодильных винтовых компрессоров с помощью внутренних устройств

Специальность 05.04.03 - Машины и аппараты, процессы холодильной и

криогенной техники, систем кондиционирования и жизнеобеспечения

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

005558001)

Санкт-Петербург - 2014

005558000

Работа выполнена в Санкт-Петербургском национальном исследовательском университете информационных технологий, механики и оптики

Научный руководитель: Носков Анатолий Николаевич

доктор технических наук, профессор

Официальные оппопепты: Козлов Владимир Владимирович

доктор технических наук, профессор, профессор Военно-космической академии имени А.Ф. Можайского

Григорьев Константин Александрович кандидат технических наук, ЗАО «Юнайтед Элементе Инжиниринг», технический директор

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский

государственный технологический университет растительных полимеров»

Защита состоится 25 декабря 2014 г. в часов на заседании диссертационного совета Д 212.227.08 при Санкт-Петербургском национальном исследовательском университете информационных технологий, механики и оптики по адресу: 191002, Санкт-Петербург, ул. Ломоносова, д. 9, ауд. 2219, тел./факс (812) 315-30-15

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского национального исследовательского университета информационных технологий, механики и оптики и на сайте fppo.ifmo.ru .

Автореферат разослан « у> И^^^^З) 2014 года.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.227.08 доктор технических наук, профессор

Рыков В.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Использование искусственного холода во многих отраслях промышленности связано со значительными затратами энергии при его производстве. Для уменьшения затрат энергии необходимым условием является повышение энергетической эффективности винтовых компрессоров, так как именно на долю компрессоров приходится значительная часть энергопотребления холодильной машины.

В настоящее время в холодильной технике наиболее распространенным типом винтовых компрессоров являются маслозаполненные винтовые компрессоры (ВКМ). ВКМ обладают высокими энергетическими показателями и рядом эксплуатационных достоинств перед другими типами компрессоров.

Достоинством винтового компрессора является возможность осуществления плавного регулирования производительности в диапазоне от 10 % до 100 %. В конструкцию винтовых маслозаполненных компрессоров может быть интегрирован один регулятор производительности, позволяющий изменять эффективную длину винтов.

В случае применения этой схемы при регулировании производительности объем парной полости при соединении с окном нагнетания всегда остается постоянным. Таким образом, уменьшение производительности приводит к уменьшению геометрической степени сжатия и к несовпадению давления в конце процесса сжатия и давления нагнетания, что приводит к росту потерь работы компрессора из-за внешнего дожатием хладагента. В связи с этим возникает необходимость регулировать геометрическую степень сжатия при полной производительности и при регулировании производительности.

Эффективность работы ВКМ в значительной степени определяется типом профиля зубьев и числом зубьев на ведущем и ведомом винтах. В нашей стране был разработан типоразмерный ряд винтов с асимметричным профилем зубьев с числом заходов на ведущем винте - 4 и ведомом - 6.

В настоящее время многие зарубежные компании успешно выпускают винтовые компрессоры с роторами, которые имеют новые профили и соотношение числа зубьев на ведущем и ведомом винтах 4/6; 5/6; 5/7. Такие ВКМ обладают более высокими значениями коэффициента подачи и эффективного КПД по сравнению с ранее разработанными профилями.

В литературных источниках отсутствует информация о влиянии различных типов регуляторов производительности и геометрической степени сжатия на эффективность ВКМ с различными профилями винтов при частичных нагрузках. Не достаточно полно рассмотрено влияние регуляторов производительности на характер протекания рабочих процессов: выталкивания "лишней" порции газа в полость всасывания, натекание хладагента в парную полость в процессе сжатия, а также выталкивания газа из парной полости в камеру нагнетания.

В настоящее время отсутствуют методы расчета, которые бы позволили определить объемные и энергетические характеристики ВКМ, оборудованного различными конструктивными схемами регуляторов.

Цель работы. Определение методов повышения эффективности работы винтовых компрессоров, оборудованных встроенными регуляторами производительности и геометрической степени сжатия, в составе паровой холодильной машины при полной и частичной нагрузках. Основными задачами исследования являются:

- развитие методов расчета ВКМ при регулировании производительности;

разработка математической модели, учитывающей влияние конструктивной схемы регуляторов производительности на эффективность работы ВКМ;

- на основе разработанной математической модели определение объемных и энергетических показателей холодильных винтовых компрессоров при регулировании их производительности;

- анализ факторов, влияющих на эффективность регулирования производительности холодильных винтовых компрессоров;

- разработка рекомендаций по повышению эффективности регуляторов производительности холодильных винтовых компрессоров.

Основные положения, научная новизна которых защищается:

методы расчета холодильных винтовых компрессоров при интегрировании в корпус компрессора различных конструктивных вариантов регуляторов производительности;

- методы расчёта процесса сжатия, который в случае несовпадения давления внутреннего сжатия и давления нагнетания сопровождается натеканием компримируемой среды в парную полость, а затем выталкиванием среды в камеру нагнетания, а так же процесса перепуска части среды через открывшееся перепускное окно обратно на всасывание в процессе регулирования производительности;

метод определения составляющих окна нагнетания, т.е. цилиндрической и торцевой частей, при различных значениях геометрической степени сжатия и различных профилях винтов;

- новые критерии, а именно: приведенная относительная длина линии контакта винтов и приведённая относительная площадь окна нагнетания, которые позволяю провести оценку геометрических показателей теоретических профилей и область их эффективного применения;

- рекомендации по эффективному изменению геометрической степени сжатия для различных конструкции регуляторов при регулировании производительности.

Практическая ценность работы. Разработанная методика расчета элементов конструкции холодильных винтовых компрессоров, позволяет оценить влияние выбора схемы регулятора производительности на эффективность работы ВКМ при регулировании производительности на стадии проектирования.

Апробация работы. Материалы, изложенные в диссертации докладывались и обсуждались на III Международная научно-техническая конференция «Низкотемпературные и пищевые технологии в XXI веке» — С.-Пб., 2007 г; V Международная научно-техническая конференция «Низкотемпературные и пищевые технологии в XXI веке», — С.-Пб., 2011 г; IX Международная научно-техническая конференция «Современные проблемы холодильной техники и технологий»: Одесса, 2013. - с. 34.; Международная научно-техническая конференция «25-летие Монреальского протокола по озоноразрушающим хладагентам в контексте экологической бивалентности и доминирующей реальности» — С.-Пб., 2013 г.

Внедрение результатов работы. При проектировании холодильных винтовых компрессоров в ОАО «Компрессор» использованы разработанные в диссертационной работе методы расчета элементов конструкции ВКМ, рекомендации по использованию конструкций регуляторов производительности и геометрической степени сжатия, а также эффективные законы изменения геометрической степени сжатия при уменьшении производительности винтовых компрессоров.

Использование изложенных в диссертационной работе методик позволило оптимизировать время и затраты при проектировании ВКМ, а использование рекомендаций по конструктивному решению регуляторов производительности и геометрической степени сжатия позволит существенно повысить эффективность их работы.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ, в том числе 2 статьи в научных изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Объем и структура диссертации. Диссертационная работа включает в себя введение, три главы, заключение и содержит 116 страниц основного текста, 5 таблиц, 77 рисунков. Список литературы включает в себя 105 источников.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Холодильные ВКМ выпускались в СССР с начала 70-х годов.

Основоположником отечественных винтовых компрессоров является И.А. Сакун, заложивший теоретические основы расчета и проектирования винтовых компрессоров.

Большой вклад в создание и развитие отрасли отечественного винтового компрессоростроения внесли работы: П.А. Андреева, С.Е. Захаренко, В.Д. Лубенца, Б.Л. Гринпресса, A.B. Быкова, И.М. Калниня, Ф.М. Чистякова, Г.А. Канышева, А.И. Шварца, А.Л. Верного, В.И. Пекарева, А.Н. Носкова и других. В области однороторных винтовых компрессоров в нашей стране наиболее известны работы В.А. Пронина.

За последние десятилетия увеличили выпуск и расширили номенклатуру производства холодильных винтовых маслозаполненных компрессоров (ВКМ) ряд всемирно известных производителей: "Howden" (Великобритания), "Aerzener Maschinenfabrik" (Германия), "Kobe Steel"

(Kobelco) (Япония), "Mayekawa Mfg." (MYCOM), "Kuhlautomat" (Grasso) (Германия), "Sabroe Refrigeration" (Дания), "Frick/York" (JCI) (США), "Trane Co." (США), "Carrier" (США), "Vilter Manufacturing Co." (США), и другие.

Тепловая нагрузка на холодильную машину постоянно изменяется либо из-за температурных колебаний окружающего воздуха, либо из-за снижения грузооборота выпускаемой продукции. Таким образом, возникает необходимость регулировать производительность компрессора, для того чтобы обеспечить баланс между теплопритоками и производительностью машины при частичных нагрузках. Это можно осуществлять различными способами.

Существуют несколько вариантов регулирования производительности

ВКМ:

- с помощью внешних устройств;

- с помощью встроенных устройств;

- изменением скорости вращения роторов.

Для регулирования с помощью внешних устройств, применяют следующие способы:

- байпасирование сжатого хладагента, этот способ является самым неэффективным с энергетической точки зрения;

- дросселирование газа на всасывании.

Изменение частоты вращения роторов при регулировании производительности ВК является достаточно экономичным и прогрессивным на сегодняшний день, так как при этом не изменяется геометрическая степень сжатия. Возможно, осуществить дискретное и плавное изменение частоты вращения роторов. Дискретное регулирование реализуется применением многоскоростных асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором. Применение двигателей постоянного тока для привода ВКМ позволит регулировать производительность в более широком диапазоне и плавно. Использование частотных преобразователей для регулирования производительности ВКМ является одним из перспективных направлении на сегодняшний день. Но при снижении производительности ниже 30% от номинальной значительно снижаются объемные и энергетические характеристики компрессора.

Энергетически более эффективным способом регулирования является применение внутренних устройств. Широкое распространение среди большинства компрессоростроителей получил вышеупомянутый способ регулирования производительности компрессора посредством золотникового регулятора. Суть данного способа состоит в изменении эффективной длины роторов.

Однако такой способ также имеет свои недостатки, так как при таком регулировании уменьшается геометрическая степень сжатия. Это приводит к тому, что при уменьшении производительности компрессора, возрастают потери работы, связанные с внешним дожатием пара до давления нагнетания.

Сегодня многие компании ("Hitachi", "Frick", "MYCOM") для повышения энергетических характеристик компрессоров выполняют

торцевую часть окна нагнетания (ОН) с меньшей площадью, чем площадь цилиндрической части.

Известны конструкции винтовых компрессоров, например фирм 'Тпск" и "БИМ" с двумя золотниками. На первом золотнике, расположенном ближе к торцу нагнетания выполнена цилиндрическая часть окна нагнетания (ОН), которая обеспечивает минимальную геометрическую степень сжатия ег—2,6 при полной производительности. Торцевая же часть ОН всегда обеспечивает большую геометрическую степень сжатия, чем цилиндрическая, например ег=4,0 при полной производительности. Эти нововведения позволили повысить энергоэффективность холодильной установки и обеспечить поддержание температуры охлаждаемого объект.

Таким регулятором можно изменять геометрическую степень сжатия при полной производительности, а также регулировать производительность по двум разным законам:

• золотники перемещаются в сторону торца нагнетания совместно;

• перемещается только первый золотник и пар хладагента поступает на всасывание через щель, образовавшуюся между двумя золотниками.

Достоинством данной схемы является возможность регулирования как регулирование геометрической степени сжатия (ег) при полной производительности, так и ее изменение при уменьшении производительности, но законы изменения геометрической степени сжатия при уменьшении производительности ограничены.

При использовании такого регулятора выталкивание хладагента в камеру нагнетания происходит при меньших значениях суммарной площади нагнетательного окна, что увеличивает потери работы при выталкивании хладагента на всасывание.

Еще один из способов регулирование производительности и геометрической степени сжатия с помощью встроенных устройств — это применение поворотных заслонок, установленных непосредственно у торца нагнетания. С помощью такой конструкции можно регулировать площадь торцевой части окна нагнетания, либо открывать отверстия и перепускать пар хладагента на всасывание. Однако в случае применения заслонок в качестве регулятора производительности диапазон изменения последней гораздо меньше, чем при регулировании золотником.

Для определения основных причин уменьшения эффективности работы винтового компрессора при регулировании одним золотником на кафедре холодильных машин и низкопотенциальной энергетики Университета ИТМО были проведены экспериментальные исследования холодильного винтового компрессора ВХ-130. Основные характеристики компрессора: внешние диаметры винтов 160 мм; полезный объем парной полости 429 см3; соотношение числа зубьев ведущего (ВЩ) и ведомого (ВМ) винтов 4/6; частота вращения ВЩ винта п = 49 с"1. В компрессоре использованы винты с профилем зубьев типоразмерного ряда СКБК. В качестве рабочего вещества использовался хладон 1122. Исследования проводились как по внешним

характеристикам, так и методом индицирования рабочих полостей компрессора.

Испытания показали значительное падение эффективного КПД компрессора. При работе компрессора с относительной производительностью 50% от номинальной эффективный КПД ?7& снижается в зависимости от режима работы на 27...35% по сравнению с работой при 100 % производительности.

Анализ индикаторных диаграмм и проведенные расчеты показали, что снижение эффективности работы ВКМ при регулировании производительности одним золотником вызвано главным образом тремя факторами. Во-первых, с уменьшением производительности уменьшается и геометрическая степень сжатия ег, это приводит к росту потерь работы компрессора при недожатии. Во-вторых, с уменьшением производительности значительно возрастают потери работы связанные с выталкиванием хладагента через перепускное окно в камеру всасывания. В-третьих, с уменьшением производительности увеличивается доля относительных утечек пара на всасывание из полостей с высоким давлением.

При регулировании производительности перепускное окно ограничено кромками гребней зубьев парной полости винтов и отсечными кромками золотника. В традиционном исполнении отечная кромка золотника перпендикулярна осям винтов. При регулировании производительности таким регулятором в начальный момент его перемещения происходит ступенчатое падение объёмной производительности компрессора.

Для уменьшения потерь давления при выдавливании пара на всасывание за счет увеличения площади перепускного окна наклон кромок золотника может быть равным углам наклона гребней винтов (авторское свидетельство 1691558 СССР).

Повышения эффективности работы винтового компрессора при регулировании производительности возможно за счет сокращение потерь при недожатии путём изменения объёма парной полости ¡¥„ в момент её соединения с окном нагнетания. Это, в свою очередь, можно осуществить либо изменением цилиндрической части окна нагнетания, либо изменением торцевой части окна нагнетания с помощью поворотных заслонок регулятора производительности.

Изменение объема парной полости в момент соединения её с окном нагнетания, возможно за счет изменения положения торцевой части ОН с помощью поворотных заслонок, а цилиндрической части ОН за счет золотника. При уменьшении производительности Схема позволяет одновременно изменять торцевые кромки окна нагнетания заслонками и цилиндрические — золотником.

Конструкция такого регулятора показана на рис. 1.

Рис. 1. Конструкция винтового регулятора компрессора с золотником и поворотными заслонками

Поворотные заслонки 2, размещаются в корпусе ВКМ со стороны торца нагнетания и устанавливаются на подшипниках 3, которые установлены в корпусе. Если есть необходимость изменить торцевую часть окна нагнетания, заслонки поворачиваются на некоторый угол. Цилиндрическая часть окна нагнетания изменяется при перемещении золотника 1, при этом величины геометрической степени сжатия по торцевой и цилиндрической части ОН одинаковы.

При полной производительности ВКМ, геометрическую степень сжатия можно изменять за счет совместного уменьшения как цилиндрической, так и торцевой части окна. При этом площадь окна нагнетания увеличивается по сравнению с регулированием ег двумя золотниками.

При уменьшении производительности возможно регулирование ег по произвольному закону.

€п

4

е

г

з

1

с

1Л/1Л

0.4

0.6

0.8

1

Рис. 2. Зависимость изменения геометрической степени сжатия еГ от относительной производительности Ут/Ут

На рис. 2. представлены зависимости изменения геометрической степени сжатия ег от относительной производительности Ут/Ут при различных конструкциях регуляторов.

Линия /-е соответствует регулированию геометрической степени сжатия при полной производительности. Линия е-£-с соответствуют регулированию одним золотником с отсечной кромкой золотника перпендикулярной осям винтов при начальной величине ег =4,0. Линия Ь-с1-с соответствуют регулированию двумя золотниками в сомкнутом состоянии при начальной величине вг=2,6.

Экспериментальное исследование ВКМ ВХ-130 с имитацией схемы регулятора - золотник и поворотные заслонки показало, что изменение торцевой части окна нагнетания при регулировании производительности компрессора по закону, определяемому кривой/-«? (рис. 2), позволяет в диапазоне 7ГК=2,5...4 повысить эффективный изоэнтропный КПД компрессора по сравнению со схемой регулирования одним золотником на 5... 10% при уменьшении до величины 75% и на 7..29% при уменьшении У-п до величины 50% на различных режимах работы. Однако, эта зависимость не учитывает влияния переносного объема и влияния температурных напоров в аппаратах холодильной машины.

Характерной чертой действительного рабочего процесса в ВКМ является процесс тепло-массообмена между парными полостями, который значительно влияет на характеристики компрессора.

В работе была принята схема элементарного процесса сжатия в парной полости, при которой пар хладагента и масло находятся в состоянии термодинамического равновесия, а объем, занимаемый маслом, пренебрежимо мал. Учитывалась растворимость пара хладагента в масле.

Для того чтобы определить изменение параметров, определяющих состояния пара хладагента в парной полости (ПП) в процессе сжатия использоваться первый законом термодинамики для тела переменной массы

аи=си- - ^ + агнат - <иут+с1<2тр, (1)

где с/и - изменение внутренней энергии пара хладагента в элементарном процессе; с1Ь - внешняя работа; с1()м - теплота, отданная маслу; ¿12^ -

энергия пара хладагента, поглощенного маслом; с12нат, с1Хут - энергия

хладагента втекающего в полость и вытекающего из нее; с1(2тр - количество

теплоты образованной в результате трения винтов о паромасляную смесь.

Используя уравнение (1), уравнение состояния пара хладагента и известные термодинамические соотношения получены зависимости для расчета увеличения давления в процессе сжатия пара, учитывающие основные факторы, влияющие на процесс.

Учитывалось: сокращение объема парной полости; теплота, воспринимаемая маслом; энергия пара хладагента, поглощенного маслом; теплота, подводимая к хладагенту в результате трения винтов о смесь пара и

масла; энергия, поступающая в ПП с натекающим хладагентом; энергия, уходящая из ПП с вытекающим из нее хладагентом.

После достижения парной полостью окна нагнетания при давлении в ПП ра ниже давления нагнетания ри, вначале происходит натекание хладагента в полость, а затем выталкивание его через окно нагнетания.

В качестве скорости натекания принималась скорость потока пара при адиабатном течении:

к -1

Н^-Г

к УРн,

где к - показатель изоэнтропы; 7? - газовая постоянная; Тп - температура пара на нагнетании; р - значение текущего давления.

Скорость пара при выталкивании из ПП определялась по выражению:

о

- --!-

^выт п ф

Ря /Мф.Н ф.

где Я - коэффициент подачи компрессора; полезный объем парной

полости; рвс,р„ - удельная плотность пара по условиям всасывания и

нагнетания; Гон (ф[) - текущее значение площади окна нагнетания.

Индикаторная мощность компрессора определялась по расчетной индикаторной диаграмме.

Для расчета процесса нагнетания необходимо знать зависимость изменения площади окна нагнетания от угла поворота ведущего винта.

Рассмотрено 3 варианта профилей винтов. Профиль винтов с числами зубьев ВЩ и ВМ винтов 4/6 типоразмерного ряда СКБК; профиль винтов с числами зубьев ВЩ и ВМ винтов 4/6 выполненного по Патенту 2109170 России; профиль винтов с соотношением числа зубьев ВЩ и ВМ винтов 5/6 выполненного по Патенту 2109170 России.

Сравнение профилей винтов предлагается проводить по следующим параметрам.

Относительной длине линии контакта винтов, приходящейся на

В

одну ПП У1 _/ , (2)

/

где ^ /,■ - суммарная длина линии контакта винтов, приходящаяся на /

одну парную полость; \¥п - полезный объем парной полости.

Относительной площади окна нагнетания, приходящейся на одну

ПП ^ = -ГТ (3)

т}

где - абсолютная величина площади окна нагнетания; 1¥п - полезный

объем парной полости.

Критерии не имеют размерности и составлены из предположения, что объемные и энергетические показатели всего компрессора равны соответствующим показателям одной парной полости компрессора.

Кроме типа профиля винтов и соотношения чисел зубьев г1/г2 на характеристики винтов влияет такой его параметр, как относительная длина винтов К{ = /в/Д.

Величины К^, при которых относительные длины линий контакта винтов имеют малые значения и равны: 1,3... 1,6 для винтов с числами зубьев 4/6, и 1,4... 1,7 для винтов с числами зубьев 5/6 (профиль зубьев по пат. 2109170 России).

На рисунке 3 видно, что с ростом величины относительной площади окна нагнетания, приходящейся на одну ПП, уменьшаются.

он.мах л

0,9 0,8 0,7 0,6 0,5

0,9 1,1 1,3 1,5 1,7 1,9 2,1 к{

Рис. 3. Зависимость относительной площади окна нагнетания Р011 от К[ при ег =2,6: ■ - компрессор с профилем зубьев типоразмерного ряда; О - компрессор с профилем зубьев по Патенту 2109170 России и соотношением числа зубьев 4/6: - компрессор с профилем зубьев по Патенту 2109170 России и соотношением числа зубьев 5/6

Величина минимумов относительной длины линии контакта увеличивается с ростом числа заходов ведущего винта.

На рис. 4 приведены зависимости приведенных площадей окон нагнетания от угла поворота ведущего винта ф!С.

При расчете приведенных торцевых, цилиндрических и суммарных площадей окон нагнетания от угла поворота ведущего винта ф1С использовались геометрические зависимости для кривых, описывающих кромки окна нагнетания и впадин ВЩ и ВМ винтов. На рис. 5. показаны текущие площади торцевой части окна нагнетания.

Рис. 4. Зависимость ¥оп от (рх для компрессора с профилем зубьев: а) типоразмерного ряда: б) с профилем зубьев по Патенту 2109170 России и соотношением числа зубьев 5/6 ♦ -£>=2,6; ■ - £>=3,0; Д -ег =4,0; X - гг=4,5

На рис. 6 показано положение поворотных заслонок при различной геометрической степени сжатия для регулирования производителыгостями поворотными заслонками.

Впадины ведущего (ВЩ) и ведомого (ВМ) винтов, в которых начался процесс сокращения объема - и а2Ь2й2. Кромка заслонки со стороны

ВЩ винта а¡Ь/ совпадает с тыльной частью впадины, в которой начался процесс сокращения объема, а со стороны ВМ винта сдвинута от впадины в сторону противоположную вращению винта. Положение точек а( и аг впадин винтов соответствует углам аа1 и а.а2, определяемым по формулам

аа\ =а\в -ть> аа2=а2в-т2з, (4)

где а1в,а2в-угльг всасывания со стороны ВЩ и ВМ винтов, т1з, т2з-углы закрутки ВЩ и ВМ винтов. Угол а1в=280°, а угол а2в равен

Рис 6. К определению уменьшения относительной теоретической производительности компрессора при регулировании торцевой части окна нагнетания заслонками

„ 2-71 а1в+2--

а2в =-—^—04- (5)

»12

где /12 = г2 / г,, 04- центральный угол, соответствующий тыльной части впадины ВМ винта.

Положение кромок окна нагнетания со стороны ВЩ винта е^/} и ВМ винта соответствует геометрической степени сжатия компрессора

ег=2,6. При положении заслонок, соответствующих степени сжатия ег =5, эти кромки повернутся на угол Да)я =а'1н - а"н и Ла2н =<х'2н -а.я2н, где а']„ и а'2н- углы окна нагнетания со стороны ВЩ и ВМ винтов при ег =2,6, а а"н и а.2н~ соответствующие углы ОН при ег=5. Кромки заслонок со стороны низкого давления займут положение а[Ь[ и £2^-2' ПРИ этом со стороны ВЩ винта откроется полость аф^с^а'^, глубина которой равна толщине заслонки.

На рис. 7 показана зависимость уменьшения относительной теоретической производительности компрессора от геометрической степени сжатия при повороте заслонок со стороны окна нагнетания. При ег=5 уменьшение Ут/Ут составляет 4%.

При уменьшении геометрической степени сжатия в зависимости от величины относительной производительности по кривой/- на рис. 2. и

постоянных значениях температур наружного воздуха (/в„ = +25 °С) и в холодильной камере (?кам—10°С), затраты энергии на привод экспериментального компрессора минимальны.

При расчете этой зависимости учитывалось уменьшение относительной

л

Ут1/Ут

Ея

То То ЛГ^

Рис 7. Уменьшение относительной теоретической производительности компрессора при регулировании торцевой части окна нагнетания заслонками

теоретической производительности компрессора из-за более позднего отсечения полости ведущего винта. Величина эффективного КПД винтового компрессора увеличивается при этом на 26% при уменьшении Ут! до 50%.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Анализ работ отечественных и зарубежных авторов и выполненные исследования показали, что повышение эффективности холодильных винтовых компрессоров возможно при совершенствовании регуляторов производительности. На основе проведенных теоретических и экспериментальных исследований созданы методы расчета холодильных винтовых компрессоров с различными конструктивными решениями регуляторов производительности. В результате исследования рекомендованы зависимости изменения геометрической степени сжатия при регулировании производительности, что позволяет существенно повысить эффективность холодильных винтовых компрессоров и работе с частичными нагрузками.

2. Разработан метод расчета площади окна нагнетания для винтового компрессора с профилем зубьев винтов, состоящим из произвольных кривых. Метод позволяет рассчитать зависимость текущего значения площади окна нагнетания и определить, на этой основе, потери работы в процессе натекания пара хладагента из камеры нагнетания в парную полость в процессе сжатия и выталкивания пара из парной полости в камеру нагнетания.

3. Сравнение профилей винтов по новым критериям, а именно по

относительной длине линии контакта винтов ' и относительной

площади окна нагнетания , приходящихся на одну парную полость, позволяет учесть влияние относительной длины винтов, и числа зубьев винтов. Критерии не зависят от абсолютной величины размеров винтов.

Относительная площадь окна нагнетания ^0" увеличивается с ростом числа зубьев ведущего винта. Профильные поверхности винтов, у которых меньше относительная длина линии контакта, имеют большую

относительную площадь окна нагнетания. Наименьшие потери при выталкивании имеет компрессор с соотношением числа зубьев 5/6. 4. Наиболее эффективным является регулятор, состоящий из золотника и двух поворотных заслонок, причем поворот заслонок происходит независимо от перемещения золотника. На основании исследование ВКМ с таким регулятором определен закон изменения ггпри уменьшении производительности, при котором величина r]Se компрессора увеличивается до 26% по сравнению с винтовым компрессором, регулятор производительности которого состоит из одного золотника

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах.

1. Носков А.Н., Зимков А. А. Анализ схем регуляторов производительности холодильного винтового компрессора // Низкотемпературные и пищевые технологии в XXI веке: Сб. научн. тр. III МНТК, - С.-Пб., 2007 г. - С. 101107.

2. Зимков A.A. Перспективы применения различных способов регулирования производительности холодильных винтовых компрессоров // Актуальные вопросы техники пищевых производств. СПбГУНиПТ. - Деп. ВИНИТИ № 546-В. 2007. С.-4.

3. Носков А.Н., Зимков A.A. Регулирование производительности холодильного винтового компрессора золотником и поворотными заслонками // Вестник международной академии холода: 2008, № 3. - С. 1013.

4. Носков А.Н., Зимков А. А. Регулирования геометрической степени сжатия при изменении производительности холодильного винтового компрессора. // Сб. научн. тр. V МНТК «Низкотемпературные и пищевые технологии в XXI веке», - С.-Пб., 2011 г.-С. 51-52.

5. Носков А.Н., Зимков А. А. Регулирование производительности холодильного винтового компрессора с помощью внутренних устройств // Вестник международной академии холода: 2012, № 2. - С. 52-54.

6. Носков А. Н., Зимков A.A. Расчет процесса всасывания маслозаполненного холодильного винтового компрессора. // Сайт научного журнала НИУ ИТМО «Холодильная техника и кондиционирование» http://refrigeration.ihbt.ifmo.ru/ Холодильная техника и кондиционирование -2012 - №1.

7. Носков А. Н., Зимков A.A. Расчет процесса сжатия маслозаполненного холодильного винтового компрессора. // Сайт научного журнала НИУ ИТМО «Холодильная техника и кондиционирование» http://refrigeration.ihbt.ifmo.ru/ Холодильная техника и кондиционирование -2013 - №1.

8. Носков А.Н., Зимков A.A., Зверев Д.В. Особенности расчета процесса нагнетания холодильного винтового компрессора // Труды IX МНТК Современные проблемы холодильной техники и технологий: Одесса, 2013. — с. 3.

Подписано в печать 1-f-iO.iß^l. Формат 60x84 1/16. Усл. печ. л. Печ. л. 1.0. Тираж 80 экз. Заказ № НИУ ИТМО. 197101, Санкт-Петербург, Кронверкский пр., 49 ИИК ИХиБТ. 191002, Санкт-Петербург, ул. Ломоносова, 9.