автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.13, диссертация на тему:Разработка и исследование абсорбционно-компрессионного холодильного агрегата

ВВЕДЕНИЕ.

1 АНАЛИЗ КОНСТРУКЦИЙ БЫТОВЫХ ХОЛОДИЛЬНЫХ АГРЕГАТОВ.

АБСОРБЦИОННОГО И КОМПРЕССИОННОГО ТИПОВ.

1.1 Общая характеристика современных бытовых холодильных приборов

1.2 Основные характеристики бытовых холодильных приборов.

1.3. Анализ конструкций и факторов, влияющих на работу бытовых герметичных компрессоров.

1.3.1. Конструктивные особенности бытовых герметичных компрессоров.

1.3.2. Факторы, влияющие на показатели качества малых компрессоров.

1.3.3 Способы охлаждения малых компрессоров.

1.4 Влияние физических свойств хладона -12 на величину необратимых потерь термодинамических циклов холодильников.4U .5 Цель и задачи исследования. 4/>

2 ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ РАБОТЫ БЫТОВОГО.

АБСОРБЦИОННО-КОМПРЕССИОННОГО ХОЛОДИЛЬНОГО АГРЕГАТА.

2.1 ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ АБСОРБЦИОННОГО КОНТУРА.4?

2.1.1 Анализ процессов испарения и абсорбции.

2.1.2 Выбор температурного режима парогазового теплообменника.

2.1.3 Тепловой расчет дефлегматора.

2.1.4 Тепловой расчет испарителя низкотемпературной камеры.

2.1.5 Тепловой расчет жидкостного теплообменника.

2.1.6 Тепловой расчет абсорбера.5"

2.1.6 Тепловой расчет змеевика маслоохладителя герметичного компрессора.

2.2 Тепловой расчет компрессора.

2.2.2 Математическая модель компрессора.

2.2.2.1 Математическая модель серийного компрессора.

2.2.2.2 Математическая модель температурного поля между элементами компрессора с охлаждением масляной ванны, хладоном, маслом и системой охлаждения герметичного агрегата, с учетом массы водоаммиачного раствора, подаваемого в систему охлаждения. ~

2.2.2.3 Математическая модель температурного поля между элементами компрессора с охлаждением головки всасывания и нагнетания цилиндра, хладоном, маслом и системой охлаждения гермет ичного агрегата с учетом массы водоаммиачного раствора, подаваемою в систему охлаждения.

2.2.2.4 Математическая модель !емпературного поля между элементами компрессора с охлаждением масляной ванны и головки всасывания и нагнетания цилиндра, хладоном, малое и системой охлаждения герметичного агрегата, с учетом массы водоаммиачного раствора, подаваемого в систему охлаждения 82 2.3 Программы расчета сборочных единиц холодильного агрегата.

3.1 Программа расчета дефлегматора.

3.2 Программа расчета жидкостного теплообменника.

3.3 Программа расчета испарителя низкотемпературной камеры.

3.4 Программа расчета абсорбера.

ОБЪЕКТ И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО.

ССЛЕДОВАНИЯ.

1. Объект и условия исследования.

1.1. Калориметрический стенд для испытания абсорбционно-компрессионного элодильного агрегата.

1.2 Стенд для испытаний генератора.

1.3 Стенд для испытаний герметичного холодильного компрессора.

3. Методика исследования рабочих процессов герметичных компрессоров с

1С юмами охлаждения.

РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ.

1 Влияние массы водоаммиачного раствора, подаваемого в систему охлаждения, а работоспособность герметичного компрессора бытового холодильного прибора

1.1 Объемные и энергетические показатели герметичного агрегата с учетом ассы водоаммиачного раствора, подаваемого в систему охлаждения.!

2 Характеристики герметичного агрегата с дополнительным охлаждением эмпрессора.

2.1 Герметичный агрегат с системой охлаждения масляной ванны и верхних; положением встроенного электродвигателя компрессора.!

2.2 Герметичный агрегат с системой охлаждения головки всасывания и агнетания цилиндра компрессора.

3 Влияние массы рабочего тела, подаваемого в систему охлаждения, на мпературное поле герметичного компрессора.

ОСНОВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ПРАКТИЧЕСКОЙ РЕАЛИЗАЦИИ. 1 Расчет себестоимости проектируемого холодильного агрегата.

2 Социально-экономический эффект.

СНОВ11ЫГ. ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ.

И Б Л ИО Г РАФ И Ч ЕС К И Й СПИСОК.

РИЛОЖЕНИЕ.

РИЛОЖЕНИЕ 1, 2, 3.

РИЛОЖЕНИЕ 4.

РИЛОЖЕНИЕ 5. Г!

РИЛОЖЕНИЕ 6.Г

РИЛОЖЕНИЕ 7.! "

РИЛОЖЕНИЕ 8.iSi

Представленная работа направлена на решение вопросов по совершенство-samiio конструкций и повышению качества отечественных бытовых холодиль-1ых приборов. Современные тенденции развития конструкций бытовых холо-1ильных приборов характеризуются увеличением их внутреннего объема на ос-юве создания многокамерных моделей и снижением температур в камерах. Реа-шзация таких конструкций приводит к росту энергетических затрат на производство холода в быту и повышению температурного уровня герметичного ком-ipeccopa. Анализ работы холодильного агрегата свидетельствует о своевремен-юсти совершенствования его конструкции путем создания абсорбционно-сомпрессионного холодильного прибора, что приводит к повышению качества Зытовых холодильников. В связи с этим отвод тепла от компрессора к водо-шмиачному раствору абсорбера холодильного прибора компрессионного типа шляется одним из основных направлений совершенствования холодильных ^ашин и актуальной задачей. Эта проблема успешно решается путем реализа-дии интенсивного охлаждения компрессора на основе отвода тепла от масляной занны и головки цилиндра. Это приводит к снижению температуры обмоток встроенного электродвигателя, к реализации теплоэнергетических характеристик герметичного компрессора и абсорбционно-компрессионного холодильного агрегата в целом, к получению современных и экономичных конструкций холодильных приборов.

Исследование вопросов разработки абсорбционно-компрессионного холодильного агрегата с учетом массы водоаммиачного раствора, подаваемого в систему охлаждения и ее влияние на теплоэнергетические характеристики герметичного агрегата имеет важное практическое значение.

В качестве объекта исследований выбраны холодильные агрегаты быто-зых холодильных приборов типа КШ-260, КШД 270/80, ALU-160, АШД-200 и герметичные компрессоры типа ХКВ6-1ЛБУХЛ, ХКВ6-1ЛМУХЛ в различных исполнениях: базовая модель; с охладителем масляной панны; с охладителем го-ювки цилиндра; с охладителем масляной ванны и головки цилиндра. При вы-юлнении работы использованы теоретические и экспериментальные методы ис-:ледований. Теоретические исследования проведены с применением теории рас-шта температурного поля герметичного агрегата бытового холодильника, с ис-тользованием современных компьютерных программ - ТВ Basice. Экспериментальные исследования осуществлены на калориметрических стендах для испытания холодильного агрегата и герметичного компрессора. Теоретические и экс-чериментальные исследования имеют научную новизну, а их достоверность подтверждена актами внедрения. В основе предложенной работы лежит разработка математической модели теплового поля герметичного холодильного агрегата с учетом массы рабочего тела абсорбционного контура, подаваемого в систему охлаждения компрессора. Теоретически подтверждена и экспериментально доказана зависимость конструктивных параметров системы охлаждения герметичного компрессора и теплоэнергетических характеристик холодильного агрегата от массы водоаммиачного раствора, подаваемого в охладитель.

Для определения теплового баланса между элементами герметичного компрессора, хладоном и маслом предложены уравнения, описывающие тепловые потоки. Разработана методика и созданы технические средства для теплоэнергетических испытаний, учитывающих влияние массы рабочего тела, подаваемого в охладитель на показатели качества герметичного компрессора и холодильного агрегата в целом. Новизна технических решении конструкций холодильного агрегата и калориметрического стенда для испы тания герметичного холодильного агрегата защищена патентами на изобретение Российской Федерации № 2105938, № 2115691. № 215 2566.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

На основании проведенных исследований решен комплекс задач и получены следующие научно-практические результаты: у- ?'

1. Теоретически обоснована и экспериментально доказана взаимосвязь между характеристиками абсорбционно-компрессионного холодильного агрегата, температурного поля герметичного компрессора и массой рабочего тела, подаваемого в систему охлаждения;

2. Разработаны и исследованы системы охлаждения герметичного компрессора на основе создания абсорбционно-компрессионного холодильного агрегата;

3. Разработана методика определения рациональной поверхности змеевика маслоохладителя с учетом массы водоаммиачного раствора, подоваемого для охлаждения герметичного компрессора; Г

4. На основе теоретических и экспериментальных исследований определена структура температурного поля герметичного компрессора абсорбционно-компрессионного холодильного агрегата:

5. Разработана математическая модель^теплового поля герметичного компрессора холодильного агрегата и определено рациональное значение массы водоаммиачного раствора, необходимого для охлаждения герметичного компрессора;

6. Разработаны и внедрены экспериментальные стенды с расширенными функциональными возможностями для исследования холодильного агрегата и герметичного компрессора.

7 Понижение температурного уровня компрессора, при охлаждении его водо-аммиачным раствором составляет ! 5-20 °о от исходного при повышении теплоэнергетических характеристик на 8-22 %. Снижение мощности, потребляемой электронагревателем абсорбционного контура составляет 5-8 % в зависимости от исполнения системы охлаждения. Результаты диссертационной работы апробированы и внедрены в производство.

1. Алекперов И.Д. Разработка рациональных систем охлаждения герметичного агрегата малой холодильной машины. Автореф. дис. . канд. техм. наук. М.: МГУС.-2001. - 26с.

2. Бабакин Б.С., Выгодин В.А. Бытовые холодильники и морозильники. М.: Колос, 200. - 656 е.: ил.

3. Болгов И.В. Технология ремонта обору дования предприятий бытового обслуживания населения: Учебник для втузов. VI.: легкая и пищевая промышленность, 1983. - 243 с.

4. Бондарев В.А., Процкий А.Е., Гринкевич Р.Н. Теплотехника: Учеб. Пособие для втузов. Минск: Вышэйша школа, 1976. 383 с.

5. Бурлак А.С., Давыдов Ф.И., Степанов А.И. Исследование уровня температуры масла при интенсивном воздушном охлаждении компрессора // Холодильная техника. 1973. - №6. - С.8-14.

6. Вейнберг Б.С. Поршневые компрессоры холодильных машин. М.: Машиностроение. - 1965. 355 с.

7. Ванн JI II. Тенденции развития бытовых холодильников в СССР и за рубежом.

8. М.: Ц Н Т И Т Э И л е г п и ще м а ш. 1974. 70 с.

9. Вейнберг Б.С. Вайн Л.Н. Бытовые компрессионные холодильники. М.: Пищевая промышленности, 1974. - 272 с.1 1 Виденов И.И. Исследование тепловых процессов в герметичных компрессорах: Дис. канд. наук. Одесса, 1974.

10. Вайн Л.Н. Показатели современных бытовых холодильных морозильников //' Холодильная техника. 1974. - №12. - С.56-37

11. Гак А. Фреоны в холодильной технике // Холодильная техника. 1990.-№4 -С.55-57.

12. Гоголин А.А. Бытовая холодильная техника/7 Холодильная техника. 1990-№5 - С.11-14.

13. Голубев О.I I. Исследование энергетической эффективности герметичного компрессора бытовых холодильников / Сборник научных трудов/ МТИ. ML -1984. - С. 41-67.

14. ГОСТ 5546-86. Масла для холодильных машин. М.: Изд-во стандартов, 1985. - 6 с.

15. ГОСТ 16317-87. Приборы холодильные электрические бытовые. Общие технические условия. М.: Изд-во стандартов, 1986. - 61 с.

16. ГОСТ 26678-85. Холодильники и морозильники бытовые электрические компрессионные параметрического рядя. Общие технические условия. М.: Изд-во стандартов, 1984. - 66 с.

17. ГОСТ 17008-85. Компрессоры хладоновые гермет ичные. Общие технические условия. М.: изд-во стандартов, 1984. - 58 с.

18. ГОСТ 25005-94. Оборудование холодильное. Общие требования к назначению давлений. М.: Изд-во стандартов. 1993. - 60 с.

19. ГОСТ 28498-90. Термометры жидкостные стеклянные. Общие технические требования. Методы испытаний. М.: Изд-во стандартов, 1989. - 6 с.

20. ГОСТ 26005-83. Реле давления на Р,„Л1 до 32 МПа (320 кгс/см2). Технические условия. М.: Изд-во стандартов, 1984. 8 с.

21. ГОС Т 22725-77. Манометры сопротивления манганиновые для высоких давлений образцовые. Технические требования. М.: Изд-во стандартов, 1978. ~с.

22. Дмитриев В.И. О некоторых качественных показателях бытовой холодильной техники// Холодильная техника. 1 989- №6 - С.52-54.

23. Захаров B.C., Якобсон В.Б. Испытания на износ компрессоров для домашних холодильников.// Надежность малых холодильных машин: Сб. науч. тр. Д. 1970.-С. 74-79.

24. Заблонский К.И., Мак СЛ. Влияние конструктивных форм деталей машин на их долговечность. Киев. Техника. 1971. - 185 с

25. Из истории развития бытовой холодильной техники/7 Холодильная техника. -1991- №2 С.8

26. Исаченко В.П. Осипова В.А. Сукомел А.С. Теплопередача. М.: Энергия. 1981. 417 с.

27. Исследование различных систем охлаждения герметичных компрессоров ' Л.1 . Мельниченко, П.Д. Крицкий. Б.Д. Редкозуб. Ю. В. Глувко /V Холодильная техника. 1964. - №3. - С.28-33.

28. Казанский A.M. Руководство к изучению курса технической термодинамики. -М.: МТН, 1975 179 с.

29. Калинушкин MIL Гидравлические машины и холодильные установки. М.: Высшая школа. 1973. - 223с.

30. Калнинь И.М. Смыслов В.И. Пути решения проблемы перевода бытовой холодильной техники на озоноопасные хладагента // Холодильная техника. 1995. -№Г - С.69-73.

31. Канторович А.И. Эксплуатационные показатели малых холодильных машин. -М.: Госторгиздат. 1963. 127 с.

32. Каплан Л.Г. Торговое холодильное оборудование: Справочник. М.: Колос. 1995. -303с.

33. Комплексные исследования компрессора ФГ-0125 для домашних холодильников М.И. Водяницкая, В.Д. Мильников, А.В. Янко, 1144 Орловский и др. Холодильная техника. 1977. -№24. - С.27-30.

34. Кошкин 1141. Фоменко В.И. Влияние теплопритоков в цилиндре на рабочий процесс холодильного компрессора // Холодильная техника. 1970. - №10. -С.46-48.

35. Курылев Е.С., Герасимов Н.А. Холодильные установки. -Л.: Машиностроение, 1970. 672 с. .

36. Кулинченко В.Р., Справочник по теплообменным расчетам. киев: Техника, 1990.- 250 с,

37. Кожемяченко А.В. Левкин В В., Петросов С.П. Установка для очистки внутренних полостей герметичных холодильных агрегатов при ремонте: Экспресс-Информ. / ЦБНТИ МБОН РСФСР. Сер. Ремонт бытовой техники. М.: 1981. -Вып. 8. - С.1-4.

38. Кожемяченко А.В., Повышение работоспособности герметичных агрегатов бытовых холодильников // Научно-технический прогресс в сфере услуг: Тэз. докл. республ. научн.-техм. конф., Уфа, 1986. с.122

39. Холодильные машины/ Н.Н. Кошкин, А.Г. Ткачев, И.С. Бадылькес и др. М.: Пишевая промышленность. 1973. - 512 с.

40. Лепаев Д.А. Ремонт бытовых холодильников: Справочник. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Легпромбытиздат, 1989. 304 с.

41. Левкин В.В. Тепловые расчеты сборочных единиц бытовых холодильников. Учебное пособие/ Росбытсоюз. Шахты, 1994. 222 с.

42. Левкин В.В. Исследование влияния температурного уровня на показаьтели качества компрессоров бытовых холодильников и определение оптимальных методов их охлаждения: Автореф. дис. . канд. техм. наук. М.: МТИ.-1980. 26с.

43. Максимов А.В. Повышения энергетической эффективности бытовых холодильников с системами охлаждения компрессора: Автореф. дис. . канд. техм. наук. М.: ГАСБУ. - 1994. -23 с.

44. Мазурин И.М. Выбор альтернативных хладогейтов для бытовых холодильников // Холодильная техника. - 1995. - №1. - С.74-84.

45. Мельников В.Д. комплексное ииследование рабочих процессов компрессоров бытовых холодильников: Автореф. дис. .канд. техм. наук. -Одесса, 1977. -26с

46. Ю Михальская Р.Н. Испытания фреонового компрессора с интенсивным водяным охлаждением /7 Холодильная техника. 1962. - №6. - С.28-31.5 \ Мельниченко Л.Г. Исследования различных систем охлаждения герметичных /7 Холодильная техника. 1964. №3. - С.28-33.

47. Морозов A.l I. опыт производства бытовых холодильников «Атлант» на хладо-генте R134а /7 Холодильная техника. 1996. - №4. - С.97-98.

48. Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи. М.: Энергия, 1977. -343с.

49. Мутон Г.Н Фреоны и окружающая среда/7 Холодильная техника. 1993. - №1. - С.11-13

50. Набережных А.И., Левкин В.В., Богданович Г.И. Исследования холодопроизводительности герметичных компрессоров ФГ-0.125 // Тезисы юбелейной научно-технической конференции. М., 1977. - с.80-82.

51. Набережных А.И. Анализ работы и рекомендации по повышению основных показателей качества герметичных хладоновых компрессоров для бытовых холодильников. М.: МТИ, 1985. - 70 с.

52. Пат. 3356293 США. кл. 230-208 (США).-заяв. 19.11.65: Опубл. 6.12.67.

53. Пат. 3356803 CILIA, кл. 417-371, F04 В17/00 (США).- заяв. 30.09.70, Опубл. 5.09.72.

54. Пат. 3926009 США. кл. 62-296 (США).- заяв. 27.01.75; Опубл. 5.05.70.

55. Пат. 22035 Япония, кл. 68 В 121 (Япония).- заяв. 6.08.70; Опубл. 21.06.72

56. Петросов С.11. определение газодинамических характеристик клапанов герметичных компрессоров для бытовых холодильников /7 Вопросы научно-технического прогресса в отрасли бытового обслуживания. Сборник научных трудов. М. 1982. - с 73-77.

57. Посеренин С.П. Повышение холодопроизводительности герметичных компрессоров бытовых холодильников: Автореф. . дис. канд техн. наук. М.: МТИ, 1985 26 с.

58. Плужников О Н. , Лавренченко Г.К. Хмельнюк М.Г., Повышение энергетической эффективности двухкамерных бытовых холодильников /'/Холодильная техника. 1991. - №. с 6-8.

59. Приборы для измерения температуры контактным способом /Под ред. Р.В.Бычковского. Львов: Высшая школа, 1979. - 208.с.

60. Розельфельд Л.М. Ткачев А.Г. Холодильные машины и аппараты. М.: Гос-торгиздат, 1962. - 656 с.

61. РТМ 45-66. Методика статистической обработки эмпирических данных.-М.: Изд-во стандартов, 1966 101 с.

62. Романович Ж.А. , Болгов И.В. Испытания на износ компрессоров домашних холодильников /V Сборник трудов / Моск. Технологический институт. М., 1975.-Вып. 26.-С. 44-48.

63. Романович Ж.А., Болгов И.В. Об ускоренных испытаниях на износ компрессоров бытовых холодильников// Научные труды НИТХИБ. М.: 1976. - Вып. 34. -с. 10-17.

64. Селиванов А.И. Основы теории старения машин. М.: Машиностроение, 1971. -318 с.

65. Стспанчук В.Ф. Применение тепловых труб в теплотехнике. Минск. 1974. -с. 17-1 8.

66. Татарипов Теплотехника М.: Высшая школа, 1998. -Л 90с.

67. Теплотехника / под ред. В.II. Луканина. М.: Высшая школа, 1999. -230с.

68. Ткаченко О.В. Тепловые трубы, -м., 1974. 57с.

69. Цирлин Б.Л. Усовершенстование конструкций аммиачных блокартерных компрессоров. М.: Госторгиздат, 1961. -40с.

70. Щпанов В.В. Исследование производства компрессоров домашних холодильников, методов повышения их производительности и долговечности на основесовершенстования технологических процессов: Автореф. дис. . канд. техн. наук Тула. - 1977. - 25 с.

71. Электронный индикатор давления с малогабаритными пьезодатчиками. Паспорт. М.: ВНИИхолодпром. 1973. 46с

72. Холодильная техника: Энциклопедический справочник. Т.1. М.: Госиздат, 1960. -322 с.

73. Якобсон В.Б. Малые холодильные машины. М.: Пищевая промышленность. 1977. -368с.

74. Якобсон В.Б. Основные показатели качества малых холодильных компрессоров //Холодильная техника. -№10,- с.5-10.

75. Якобсон В.Б. Некоторые особенности термодинамических циклов малых холо дильных машин //Холодильная техника. -№11 -е.26-30

76. Филаткин В.Н. Теплообмен при кипении водоаммиачного раствора. М.: Холодильная техника, 1957, №4. -29с.

77. Цыганков А.С. Расчет теплообменных аппаратов. JT.: Судпромиздат, 1956. -264с.

78. Цветкова О. Б. Озновые дыры и холодильные дела// Холодильная техника. -1996.-№1.-С.32-34

79. Bin-Allying Global Warming in Refrigerator in Malaysia// Belgium, 1993, p.301 -306.

80. Domanski P.A. A simplified cycle simulation model,/ Rev. Int. Froid. 1992. v. 1 5, n2. p.81-88

81. Kaltemitten Report 2/ Die Xukuni't hat Schon begotten UK 93

82. Proceeding of the Twelfth Symp. On Thermophvsicle Prop/ -Boulder. Cj. USA. 1924 June. 1994.