Разработка и исследование регулируемого дроссельного устройства тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.04.03, кандидат технических наук Чернявский, Сергей Александрович

• Чернявский, Сергей Александрович
• кандидат технических наук
• 2006

Оглавление диссертации кандидат технических наук Чернявский, Сергей Александрович

ВВЕДЕНИЕ

1 АНАЛИЗ ДРОССЕЛИРУЮЩИХ УСТРОЙСТВ ХОЛОДИЛЬНЫХ МАШИН

1.1 Холодильные машины с капиллярными трубками

1.2 Холодильные машины с терморегулирующими вентилями \

1.3 Цели и задачи исследования

2 РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ РЕГУЛИРУЕМОГО ДРОССЕЛЬНОГО УСТРОЙСТВА

2.1 Основные уравнения двухфазного потока в трубе

2.2 Математическая модель регулируемого дроссельного устройства.

2.3 Реализация математической модели

3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ РЕГУЛИРУЕМОГО ДРОССЕЛЬНОГО УСТРОЙСТВА

3.1 Методика проведения экспериментальных исследований

3.2 Планирование эксперимента

3.3 Анализ результатов эксперимента

4 ТЕХНИКО - ЭКОНОМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ХОЛОДИЛЬНОЙ СИСТЕМЫС РЕГУЛИРУЕМЫМ

ДРОССЕЛЬНЫМ УСТРОЙСТВОМ

4.1 Разработка конструкции регулируемого дроссельного устройства

4.2 Анализ энергетической эффективности схемы холодильной машины с регулируемым дроссельным устройством

4.3 Методика определения рабочих характеристик и конструктавных параметров регулируемого дроссельного устройства.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка и исследование регулируемого дроссельного устройства»

В России уделяется большое внимание вопросам энергосбережения на фоне растущей потребности в тепловой и электрической энергии и постоянного повышения цен на энергоносители. Поэтому, с целью снижения энергоемкости работы холодильной техники совершенствуют цикл работы холодильной машины путем уменьшения необратимых потерь в процессах генерации холода. Одним из элементов холодильной машины определяющим термодинамическую эффективность является дроссельное устройство (ДУ).

Применяемые в современных холодильных машинах дроссельные устройства (регулирующие и терморегулирующие вентили, капиллярные трубки) являются энергетически не совершенными из-за необратимых потерь, связанных с образованием парожидкостной смеси в процессе дросселирования хладагента с давления конденсации Рк до давления кипения Р0. При этом содержание пара хладагента увеличивается с увеличением перепада давлений (Рк - Р0) и уменьшается массовое содержание жидкой фазы хладагента, определяющей величину удельной массовой холодопроизводитель-ности цикла холодильной машины. Кроме того, образующийся в процессе дросселирования пар хладагента, является «балластным», так как, проходя через испаритель холодильной машины, не создает холодильного эффекта и лишь увеличивает требуемую объемную производительность компрессора. Эти факторы приводят к снижению термодинамической эффективности цикла и увеличению энергозатрат на генерацию холода. Вместе с тем существующие дроссельные устройства не позволяют регулировать температуру кипения хладагента и холодильную мощность агрегата при изменении условий эксплуатации.

В связи с этим создание регулируемого дроссельного устройства (РДУ), обеспечивающего сокращению необратимых потерь в процессе дросселирования, позволяющего обеспечить регулирование параметров работы холодильного агрегата, является актуальной задачей, решение которой позволит снизить энергозатраты на генерацию холода.

С 1998 года на кафедре холодильных и компрессорных машин и установок КубГТУ под руководством профессора Шляховецкого В.М. проводятся работы по созданию регулируемых дроссельных устройств.

Основное направление этих работ связано с уменьшением необратимых потерь в процессе дросселирования за счет количества паров, поступающих в испаритель холодильной машины.

Целью настоящей работы является создание регулируемого дроссельного устройства, позволяющего снизить необратимые потери в процессе дросселирования и осуществлять регулирование температуры кипения холодильного агента.

Заключение диссертации по теме «Машины и аппараты, процессы холодильной и криогенной техники, систем кондиционирования и жизнеобеспечения», Чернявский, Сергей Александрович

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Выполненные теоретические и экспериментальные исследования позволяют сделать следующие выводы:

1. Разработана математическая модель регулируемого дроссельного устройства учитывающая параметры течения высокоскоростного двухфазного потока и изменение давления в элементах конструкции Р в процессе дросселирования.

АР = 44,625 * 105e(aGbd),

2. На основе разработанной программы для ЭВМ выполнены численные исследования рабочих характеристик холодильного цикла и получены уравнения холодопроизводителыюсти Q0, температуры кипения Т0 хладагента и холодильного коэффициента 8 для холодильного агрегата с новым РДУ т0 = ai g - а2 i - аз g t + а4. Q0 = b,G-M + b3 е = Z\ d - z2 £ + z3

3. Результаты исследований показали, что диапазон регулирования температуры кипения Т0 холодильного агрегата составил от -12 °С до - 24 °С и холодопроизводительности Q0 от 2% до 14%. При этом затраты на привод компрессора уменьшаются от 12% до 18%.

4. Выполненные экспериментальные исследования, подтверждают адекватность разработанной математической модели, при этом отклонения расчетного значения от экспериментального, не превышает 9%.

5. На основании выполненных исследований разработано новое регулируемое дроссельное устройство, позволяющее снизить необратимые потери в процессе дросселирования высокоскоростного двухфазного потока и увеличить холодильный коэффициент в на 8 - 17%.

6. Новые технические решения по конструкции регулируемого дроссельного устройства защищены патентами РФ.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Чернявский, Сергей Александрович, 2006 год

1. Диагностика работы дросселирующих устройств малых холодильных установок. / Бабакин Б.С., Выгодин В.А., Кулагин В.Н., Бабакин С.Б. Рязань: Узорочье, 2000г. - 136с.

2. Холодильные машины. /Учебник для студентов втузов специальности "Техника и физика низких температур"./ А.В.Бараненко, Н.Н. Бухарин, В.И. Пекарев, И.А. Сакун, Л.С.Тимофеевский; под общей редакцией Л.С. Тимофеевского/ СПб.: Политехника, 1997. 992 е.: ил

3. Холодильные машины /Бараненко А.В., Бухарин Н.Н., Пекарев В.И., Ти-мофеевский Л.С./Под общ. ред. Л.С. Тимофеевского. СПб.: Политехника, 2006. 944 с: ил.

4. Крузе А.С. Оптимальная степень регенерации тепла в компрессионной одноступенчатой холодильной машине. В кн.: Совершенствование малых холодильных машин. - М.: 1976.

5. Быкова А.В. Малые холодильные установки и холодильный транспорт д. М.: Пищевая промышленность, 1978. -321с.

6. Ужанский B.C., Фридман Б.Л. Исследование системы питания испарителя с внутритрубным кипением. В кн.: Сборник исследовательских работ по повышению эффективности холодильного оборудования. М., 1976. -397с.

7. Диагностика работы малых холодильных компрессоров. /Бабакин Б.С., Выгодин В.А., Кулагин В.Н./Учебное пособие.- Рязань. "Узорочье".- 2001 г., 302 с.

8. Сутырина Т.М. Дросселирование холодильного агента в трубке постоянного сечения. «Холодильная техника», 1966. 187с. №1.

9. Сутырина Т.М. Исследование процесса расширения жидкого фреона-22 в сопле. Холодильная техника. 1964. 125с. №4.

10. Lorentzen G. Evaporator design and liquid feed regulation. IIF, Annexe 2, 1958.

11. Муди максимальный расход двухфазного потока при истечении из резервуара через трубки. "Теплопередача", №3, 1996г.

12. М.Волчок Л.Я., Цаюн Н.П., Прокашко П.В. К вопросу о термодинамических процессах при переменном количестве газа // Энергетика изв. вузов. -1972.-№2.-С. 128-131.

13. ГОСТ 8.207-76 Государственная система измерений. Прямые измерения с многократными уточнениями.

14. Грачев Ю.П. Математические методы планирования экспериментов. -М.: Пищевая промышленность. 1979. - 200 с.

15. Гухман А.А. Введение в теорию подобия. М.: Высшая школа, 1973. 351 с.

16. Джонсон Н., Лион Ф. Статистика и планирование эксперимента в технике и науке: Методы планирования эксперимента/ Пер. с англ. М.: Мир. -1981.-520 с.

17. ПРАКТИКУМ по холодильным установкам. / Бараненко А.В., Калюнов B.C., Румянцев Ю.Д./ Учебное пособие для студентов вузов. СПб.: Профессия, 2001. 272 е., ил.

18. Интенсификация охлаждения компрессора бытового холодильника с помощью тепловой трубы / Л.М. Молдавский, Б.К. Кисилев, Л.Н. Гришина // Холодильная техника. 1984,- №5.- С.30.

19. К термодинамике процессов в системах переменной массы / Хайрутдинов К. А. // Теплоэнергетика. 1971. - №9. - С. 68 - 70.

20. Кадиров Н.Б., Жиралиев В.А. Вывод уравнения состояния воздуха высокого давления на основе экспериментальных данных. // Нефть и газ изв. вузов, 1975.-№5. С. 48-51.

21. Копелевич А.С. Массообменные политропные процессы // Энергетика изв. Вузов. 1978. - №3. С. 97 - 100.

22. Кутепов A.M., Стерман JI.C., Стюшин Н.Г. Гидродинамика и теплообмен при парообразовании. М.: Высшая школа, 1977. - 350 с.

23. Лезин В.И. Методика расчета естественной циркуляции в парогенераторах.-М.: МЭИ, 1971.-58 с.

24. Мамедов A.M., Кадиров Н.Б. Агаев Б.А. К теории рабочего процесса поршневого компрессора со сжатием влажного воздуха // Нефть и газ изв. вузов.-1976.-№2. С. 63-67.

25. Мартин Ф. Моделирование на вычислительных машинах. М.: Сов. радио,1972.- 194 с.

26. Математическое моделирование рабочих процессов поршневых компрессоров./ Петриченко P.M. Оносовский В.В., Артемов А.А., Прохоров Ю.К.// Холодильная техника. 1972. - № 5. - С. 22 - 28.

27. Монтгомери Д. Н. Планирование эксперимента и анализ данных/ Пер. с англ. Л.: Судостроение. - 1980. - 384 с.

28. Налимов В.В. Теория эксперимента. М.: Наука, 1971. 128 с.

29. Тепловые и конструктивные расчеты холодильных машин. / Под общей редакцией Сакуна И.А./ Учеб. пособие для вузов по специальности "Холодильные и компрессорные машины и установки". Л.: Машиностроение. Ленинградское отделение, 1987. 423 е., ил.

30. Оценка погрешности определения технических характеристик холодильного компрессора / Кравцова, Л.Я. Петрушанская // Холодильная техника. 1987.-№ 7.-С. 21.

31. Пат. 4669279 США, МКИ F25 В 31/00, НКИ 62/ 505. Способ охлаждения электродвигателя компрессора холодильной машины / Meada Kensaru, Fujiwara Satoru, Mochizuri Teiichi, Nagashima Yutara:, Ebara Corp. Заявл. 04.11.85., опубликовано 02.06.87.

32. Петриченко P.M., Пономарев B.H. Исследование холодильных компрессоров с помощью математической модели // Тр. Николаев, кораблестро-ит. ин-та, 1979. № 150. - С. 32 - 39.

33. Петриченко P.M., Петриченко М.Р. Конвективный теплообмен в поршневых машинах. Д.: Машиностроение. Ленинградское отделение, 1979. -232 с.

34. Пластинин П.И. Расчет и исследование поршневых компрессоров с использованием ЭВМ // Итоги науки и техники. Серия насосостроение и компрессоростроение. Холодильное машиностроение. М., 1981. - 170 с.

35. Пластинин П.И., Твалчрелидзе А. К. Введение в математическое моделирование поршневых компрессоров. М.: МВТУ им. И.Э. Баумана. 1976. -231.

36. Полак Э. Численные методы оптимизации. М.: Мир, 1974. 134 с.

37. Попырын Л.С. Математическое моделирование и оптимизация теплоэнергетических установок. М.: Энергия, 1978. 235 с.

38. Поршневые компрессоры./ Кондратьева Т.Ф., Видякин Ю.А. Пластанин П. И. // Хим. и нефт. машиностр. 1974. - № 8. - С. 5 - 7.

39. Применение уравнения состояния, предложенного Старлингом, для определения параметров рабочих веществ холодильных машин / Курылев Е. С., Оносовский В.В., Михайлов В.К. и др. // Холодильная техника. -1975.-№4.-С. 31 -33.

40. Криогенные системы: основы теории и расчета /Архаров A.M., Марфени-на И.В., Микулин Е.И./ Учебник для студентов вузов по специальности "Криогенная техника" 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1988.-464 с: ил.

41. Прудовская О.В. Определение количества отводимого тепла в поршневых многоступенчатых компрессорах // Повышение эффективности энергохозяйства и энергетических установок железнодорожного транспорта: межвуз. сб. науч. трудов. М., 1984. - с.36 - 46.

42. Сеа Ж. Оптимизация. Теория и алгоритмы. М.: Мир, 1973. 84 с.

43. Система охлаждения герметичных компрессоров / Т.А. Клименко, Б.Л. Цирлин, Б.Н. Бондарев // Холодильная техника. -1976.- № 4 .- С.44.

44. Холодильные установки /Чумак И.Г., Чепурненко В.П., Чуклин С.Г./ 2-е изд., перераб. и доп.- М.: Легкая и пищевая пром-сть, 1981.-344 с.

45. Вукалович М.П., Кириллин В.А., Ремизов С. А. Термодинамические свойства газов. М.: Машгиз. 1953. 151 с.55.3ахребетков Ю.В. Термодинамический процесс при переменном количестве рабочего тела М.: Теплоэнергетика. 1970. - № 8. - С. 70 - 72.

46. Тонг JI. Теплопередача при кипении и двухфазное течение / Пер. с англ. В.Я. Сидорова. Под ред. д. т. наук, проф. И.Т. Алдаева. М.: Мир. - 1969. -344 с.

47. Ужанский B.C., Каплан Л.Г., Вольская JI.C. Холодильная автоматика: Справочник. М. Пищевая промышленность, 1971.наблюдениями. Методы обработки результатов наблюдений.

48. Филимонов В.Е. Анализ термодинамических процессов при переменной массе рабочего тела // Исслед. криоген. установок и технол. процессов в криоген. машиностр. 1971. - С. 20 - 32.

49. Филимонов В.Е. К термодинамике однофазных систем переменной массы // Процессы технол. и контроль в криоген. машиностр. 1976. - С. 79 - 87.

50. Фотин Б.С. Рабочие процессы поршневых компрессоров. Автореф. дис. на соискание ученой степени докт. техн. наук. JI., Ленингр. лолитехн. инт им. М.И. Калинина, 1974 -581 с.

51. Хикс Ч. Основные принципы планирования эксперимента: Пер с англ. Голиковой Т.Н., Коваленко Е.Г., Микешиной Н.Г./ Под ред. Налимова В.В. М.: Мир. - 1967. - 429 с.

52. Холодильные машины: Учеб. для втузов по специальности "Холодильные машины и установки"/ Н.Н. Кошкин, И.А. Сакун, Е.М. Бамбушек, и др.; Под общ. ред. И.А.Сакуна. Л.: Машиносроение, Ленингр. отд - ние. - 1985.-510 с.

53. Кириллин В. А., Сычев В. В. Шейндлин А. С. Техническая термодинамика М.: Энергия 1974.- 487с.

54. Целесообразность применения воздушных конденсаторов в холодильных установках / Г.Л. Шихов, Х.А. Абдульманов // Холодильная техника. -1991.-№9.-С. 4.

55. Вейнберг Б. С. Вайн JL Н. Бытовые компрессионные холодильники. М.: Пищевая промышленность. 1974 236с.

56. Холодильная техника /Румянцев Ю.Д., Калюнов B.C./ Учебник для вузов.- СПб.: Изд-во "Профессия", 2003. 360 е., ил.

57. Петриченко P.M., Пономарев В.Н. Исследование холодильных компрессоров с помощью математической модели // Тр. Николаев, кораблестро-ит. ин-та, 1979. № 150. - С. 32 - 39.

58. Применение уравнения состояния, предложенного Старлингом, для определения параметров рабочих веществ холодильных машин / Курылев Е. С., Оносовский В.В., Михайлов В.К. и др. // Холодильная техника. -1975.-№4.- 31-33 с.

59. Тонг Л. Теплопередача при кипении и двухфазное течение / Пер. с англ. В.Я. Сидорова. Под ред. д. т. наук, проф. И.Т. Алдаева. М.: Мир. - 1969. -344 с.

60. Филимонов В.Е. К термодинамике однофазных систем переменной массы // Процессы технол. и контроль в криоген. машиностр. 1976. - 79 - 87с.

61. Хикс Ч. Основные принципы планирования эксперимента: Пер с англ. Голиковой Т.Н., Коваленко Е.Г., Микешиной Н.Г./ Под ред. Налимова В.В. М.: Мир. - 1967. - 429 с.

62. Г.Л. Шихов, Х.А. Абдульманов Целесообразность применения воздушных конденсаторов в холодильных установках / // Холодильная техника.- 1991.-№9.-С. 4.

63. Волчок Л.Я., Цаюн Н.П., Прокашко П.В. К вопросу о термодинамических процессах при переменном количестве газа // Энергетика изв. вузов. -1972.-№2.-с. 128-131.

64. Грачев Ю.П. Математические методы планирования экспериментов. -М.: Пищевая промышленность. 1979. -200 с.

65. Кутателадзе С.С. Теплопередача при конденсации и кипении. М. : Маш-гиз, 1962.-342с.

66. Холодилыюе технологическое оборудование /Голянд М.М., Малеванный Б.Н./ Учеб. пособие, М.: Пищевая промышленность, 1977. - 336 с.

67. Ястржембский А. С. Техническая термодинамика. М.: Гоэнергоиздат 1960.-481с.

68. Основы холодильной техники. / Доссат Рой Дж./ Пер. с анг. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1984. - 520 с.

69. Бобровский С. А., Соколовский С. М. Гидравлика, насосы и компрессоры. М.: Недра. 1972.-296с.

70. Альтшуль А. Д. Гидравлические сопротивления. М.: Недра, 1970. -216 с. с ил.

71. Холодилыюе оборудование для современных центральных кондиционеров. Расчеты и методы подбора. / Ананьев В.А., Седых И.В. / Учеб. пособие / М.: Евроклимат, Диксис Трейдинг , серия: Библиотека проектировщика, 2001.-96 е.

72. Расчет криогенных установок /Под ред. Будневича С.С./ Учебное пособие для холодильных и технологических вузов. 2-е изд., перераб. и доп. Л.: Машиностроение, Ленинград, отд-ние, 1979. - 367 е., ил.

73. Криогенные машины /Новотельнов В.Н., Суслов А.Д., Полтараус В.Б./ Учебник для вузов по спец. "Техника и физика низких температур", Спб.: Политехника, 1991. 335 е., ил.

74. Идельчик И. Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. М. Го-энергоиздат. I960. 456с.

75. Кругляк И. Н., Фильченков И. А., Головченко К. С. Домашние компрессионные холодильники. М.: Машиностроение 1964.-207с.

76. Соболев В. Е. Исследование надежности компрессоров бытовых холодильников. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. М. 1973. 455с.

77. Блувштейн Н., Краснолуцкий А. Исследование эксплуатационной надежности и долговечноти бытовых холодильников. «Электротехническая промышленность» 1970, вып. 1 с. 5-9.

78. Системы вентиляции и кондиционирования. Теория и практика. /Ананьев В.А., Балуева JI.H., Гальперин А.Д., Городов А.К., Еремин М.Ю., Звягинцева С.М., Мурашко В.П., Седых И.В./, М.: Евроклимат, 2001. 416 с. Третье издание.

79. Холодильная техника и технология. /Под редакцией профессора Руцкого А.В./ Учебник. Издательство: ИНФРА-М, 2000. 286 с.

80. Холодильное оборудование. / Улейский Н.Т., Улейская Р.И./ Учеб. пособие для сред. спец. учеб. зав. Издательство: Феникс , серия: Учебники XXI века, 2000.-318 с

81. Альтшуль А. Д. Кисилев П. Г. Гидралика и аэродинамика. М.: Гоэнерго-издат. 1964. 352 с. с ил.

82. Рудная А. И. Колос В. П. Соломко А. А. Исследование температурного поля в камере домашних холодильников, вып. 1. М.: Электробытовые машины и приборы 1979, с 3-10.

83. Кругляк И. Н. Ремонт домашних холодильников. М., «Легкая индустрия» . 1968. 280 с.

84. Канторович В.И. Статистическая характеристика холодильных установок. И. М.: «Пищевая промышленность» 1972. 223 с.

85. Малые холодильные машины./Якобсон В.Б./ М.: изд-во "Пищевая промышленность", 1977. 368 е., табл. 89, ил. 186.

86. Кэйс В. М., Лондон А. Л. Компактные теплообменники. Гоэнерго-издат, 1974. 456 с.

87. Ремонт холодильников, кондиционеров и нагревательных приборов. /Рассел Е. Смит/ Перевод с английского: Любезнова Б.А., серия "Учебник, учебные пособия". Ростов-на-Дону: Феникс, 1998. 544 с.

88. Диагностика работы дросселирующих устройств и контроллеров холодильных систем. /Бабакин Б.С./ Учебное пособие. Рязань: "Узорочье", 2004. 272 с.

89. В. А. Левинзон, А. А. Руленков. Автоматизация малых холодильных установок и систем кондиционирования. Вып. 3. Изд - во 2 доп. 1984.-345с.t, °смедь кон-стантан