Учебное пособие 800491
.pdfВеличину kF определяют раз в год, а также после каждого вскрытия калориметра.
Для уменьшения тепловой инерции калориметра и сокращения длительности настройки был разработан калориметртрансформатор , в котором змеевиковый испаритель калориметра, изготовленный из медной трубки
118
Рис. 2. Конструкции калориметров со вторичным холодильным агентом.
диаметром 20 2мм, является также вторичной короткозамкнутой обмоткой трансформатора. Для повышения коэффициента
119
мощности и устранения вибраций змеевик выполнен не спиральным, а из двух отдельных витков с общими коллекторами. Калориметр для испытания компрессоров до 5000 Вт имеет габаритные размеры 350 300 650 мм и массу 95 кг.
Конденсатор с водяным охлаждением. Во фреоновых машинах перегрев даже на десятки градусов не всегда дает гарантию от влажного хода, в связи с механическим уносом жидкости. Поэтому при испытаниях фреоновых компрессоров особенно необходимо измерять холодопроизводительность двумя способами, контролируя сухость всасываемого пара.
С этой целью на стенде, оснащенном калориметром с вторичным холодильным агентом, должен быть установлен также водяной конденсатор вместо воздушного, обычного в холодильных агрегатах.
Тепловая нагрузка конденсатора
(15)
где Gвд — расход воды; cвд - теплоемкость воды; tвд1, tвд2 - температура воды до и после конденсатора.
Относительная вероятная погрешность результата измерения тепловой нагрузки конденсатора обусловлена в первую очередь колебаниями расхода воды. При пользовании весами или объемным расходомером их не удается своевременно обнаружить. Ротаметры, мерные сопла или сосуды с калиброванным насадками позволяют во время опыта наблюдать за расходом воды, но их погрешность в десятки раз больше и достигает 0,02—0,03.
Нами была принята следующая система измерения и регулирования расхода воды. Вода из водопроводной линии подается в сосуд постоянного уровня (с переливной трубкой), расположенный на 3—5 м выше конденсатора. Это в основном устраняет колебания расхода. Для контроля и регулирования расхода воды во время опыта служат ротаметры и регулирующие вентили. В связи с тем, что при разных опытах расход воды может изменяться в весьма широких пределах (в 15—20 раз), параллельно устанавливают не менее двух ротаметров с различными пределами шкал. Расход воды измеряют с высокой
120
точностью весовым (предпочтительно) или объемным расходомером. Эта система удобна в эксплуатации и дает высокую точность измерения.
Средняя теплоемкость воды в интервале от 10 до 50°С изменяется в пределах ±0,02%. Максимальная случайная погрешность при измерении температуры воды с помощью ртутных термометров с ценой деления 0,1°С составляет 0,05°С, вероятная погрешность (с учетом градуировки) 0,03°С. Разность температур воды при правильно спроектированном стенде должна быть не менее 5°С. При этих условиях относительная вероятная погрешность измерения тепловой нагрузки конденсатора составляет менее 0,01, т. е. не превышает погрешности при использовании калориметра с вторичным холодильным агентом. При проведении испытаний данного класса такую точность можно считать вполне удовлетворительной.
Конденсаторы, разработанные для рассматриваемых стендов (рис. 2 а, б), имеют те же размеры кожуха, что и соответствующие калориметры (см. рис. 2, а, б) при теплопередающей поверхности змеевиков в 1,5—2 раза больше. Жидкостный затвор устраняет опасность выхода пара из конденсатора.
121
Рис. 3. Конструкции водяных конденсаторов калориметров.
В тех случаях, когда требуется измерять сухость пара при работе компрессора не с калориметром с вторичным холодильным агентом, а с обычным испарителем, в испытательный стенд включают двухсекционный калориметр-нагреватель (рис. 4, а) по типу, показанному на рис. 1, б. Первая секция калориметранагревателя служит для определения сухости пара,
122
Рис.4. Приборы для измерения:
а — сухости пара; б — концентрации масла.
назначение второй — удостовериться в том, что в первой секции вся жидкость испарилась полностью.
Тепловой баланс первой секции
(16)
где iп1—энтальпия пара у входа в первую секцию (при температуре t1-1); Qi—тепло, подведенное к первой секции (с учетом теплопритоков через изоляцию, за вычетом собственного потребления электроизмерительных приборов).
Тепловой баланс второй секции
(17)
Во вторую секцию поступает пар, не содержащий жидкости, поэтому
(18)
123
При использовании изложенного метода испытание компрессора сначала проводят без включения двухсекционного калориметра; после окончания
опыта, не изменяя условий работы испарителя, включают двухсекционный калориметр и определяют сухость пара.
В большинстве случаев испытания компрессора должны проводиться при всасывании пара, не содержащего жидкости. Тогда необходимо первым из указанных способов удостовериться в отсутствии жидкости во всасываемом паре. Появление жидкости требует повторения опыта.
2.2. Измерение концентрации масла в циркулирующем фреоне
Масло, выходящее из испарителя и возвращающееся в компрессор, несет в себе некоторое количество растворенного фреона. В компрессоре фреон испаряется, вследствие чего снижаются рабочие коэффициенты. Поэтому при испытаниях фреоновых компрессоров необходимо измерять концентрацию масла в циркулирующем фреоне. Прибор для определения концентрации масла объемным способом представляет собой сосуд, который включают между ресивером и регулирующим вентилем. Масло-фреоновый раствор циркулирует через прибор до окончания опыта. После этого закрывают вентиль у входа в прибор, отсасывают фреон и определяют по смотровому стеклу высоту слоя масла. Относя его к объему сосуда, определяют объемную концентрацию масла
(19)
где Vм — объем масла; Vф - объем фреона.
Зная плотность масла и фреона, определяют концентрацию
(22)
Прибор, показанный на рис. 3, б имеет емкость около 400 см3. При объемной концентрации масла 1 % вероятная относительная
124
погрешность измерения равна 0,025. При увеличении концентрации масла погрешность измерения уменьшается. Влияние этой погрешности на холодопроизводительность компрессора пренебрежимо мало.
Испытательный стенд
Схема испытательного стенда представлена на рис.5. Компрессор нагнетает фреон в водяной конденсатор 12с мерным стеклом 11, откуда жидкость стекает в ресивер 10. Постоянное давление кипения в испарителе 3, расположенном в калориметре 4, поддерживается с помощью автоматического барорегулирующего вентиля 7. Нижняя часть калориметра заполнена вторичным холодильным агентом б, в который погружен электрический нагреватель 5. В качестве вторичного холодильного агента используют фреон-12 (независимо от того, на каком холодильном агенте работает компрессор). Образующийся при кипении пар конденсируется на наружной поверхности испарителя 3. При испытании мощность нагревателя регулируют так, чтобы давление вторичного холодильного агента оставалось постоянным, т. е. чтобы количество полученного холода было равно количеству подведенного тепла. В схему включены смотровое стекло 2, фильтр-осушитель 8, температуру на стенде поддерживает кондиционер 17.
Для поддержания постоянного давления в водяной линии служит сосуд постоянного уровня 16, для контроля и регулирования расхода воды — ротометры и-
125
Рис. 5. Схема стенда для испытания компрессоров.
вентили 14, для измерения расхода воды — расходомер 15. В водяной линии между ротаметрами и конденсатором установлен электрический нагреватель 13. В жидкостный трубопровод включен прибор 9 для определения концентрации масла в циркулирующем фреоне.
На схеме показаны места установки манометров и термометров.
Давление фреона измеряют образцовыми манометрами класса 0,6; температуру фреона и воды — ртутными термометрами с ценой деления 0,1°С; температуру воздуха — термометрами с ценой деления 0,5°С. Термометрвые гильзы для ртутных термометров устанавливают так, чтобы поток жидкости набегал на конец гильзы и шел снизу вверх (в обратном случае поток иногда заполняет сечение трубы не полностью, что вызывает ошибки в измерениях). Гильзы должны быть расположены на расстоянии не более 150 мм от аппаратов.
В качестве барорегулирующего вентиля можно использовать ТРВ, удалив из него термочувствительную систему. Для более точного регулирования используют винт с мелкой резьбой. Жидкостные и паровые трубопроводы должны быть достаточно
126
большого сечения, без крутых поворотов. При большом гидравлическом сопротивлении в жидкостной линии могут образовываться пузырьки пара, особенно при низком давлении конденсации и высокой температуре кипения. Во избежание этого конденсатор и ресивер рекомендуется устанавливать над калориметром.
Электрическая схема стенда для компрессора с трехфазным электродвигателем показана на рис. 6. Заданное напряжение на клеммах электродвигателя поддерживается с помощью регуляторов напряжения или автотрансформаторов, включенных в каждую фазу. Мощность нагревателя калориметра также регулируется автотрансформатором или автоматическим регулятором.
Питание осуществляется через феррорезонансные стабилизаторы напряжения. Для относительно больших нагрузок калориметра используют собственный источник тока.
В схему включен нагреватель для повышения температуры воды, поступающей к конденсатору (для охлаждения воды в теплое время года используют служебную холодильную машину).
Рис. 6. Электрическая схема стенда для испытания компрессоров.
127