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空压机与空调的相互匹配工艺探讨剖析

空压机与空调的相互匹配工艺探讨剖析

  随着人们生活水平的提高,空调系统已经从以前的豪侈品变为如今的必需品。各大空调器厂家也将越来越多的资金投入到空调系统的研发上。

  通常,空调系统主要由压缩机、蒸发器、冷凝器、节流装置(Apparatus)(如毛细管等)等关键部件组成。金沙澳门官网工作时,空气经过自洁式空气过滤器被吸入,通过PLC自动清洗过滤器,空气在经过进口导叶自动调节后进入一级压缩,经一级压缩后的气体温度较高,然后进入中间冷却器进行冷却(水走管内,气走管外,中冷器的水流量要求为110m/h)之后进入二级压缩系统各部件要匹配良好才能真正的发挥整个空调系统的性能,提高系统的能效比,从而节约能源。而空调系统的匹配目前普遍采用的方法是,首先依据经验给出一个大体的部件构成,然后通过实验(experiment)测试观察其能力、能效比等参数指标是否满足要求;如满足要求则考虑是否可以更换(replace)成本更低的零部件,例如换热器、压缩机等。这种方法的匹配速度较慢,资源浪费较大,因此寻求更快、更省的方法就显的十分重要。
  而空调系统(system)的模拟仿真为解决这个问题提供了一条有效途径。
  对于压缩机厂商来说,经常需要协助空调厂进行压缩机与空调器的匹配实验,以便更好的发挥整套空调系统(system)的性能。这里的空调器是指除压缩机以外的空调系统,为简单起见简称空调器。而包含压缩机等所有零部件的空调器称为空调系统。这里首先建立了压缩机与空调器自动匹配的系统流程。
  其次,为了模拟选配的压缩机与空调器的匹配效果(制冷量、能效比等),使用VBA语言在ExcelApp上实现了自动匹配的模拟程序。将整个空调系统分为蒸发(evaporation)器、冷凝器、压缩机、毛细管等几部分分别进行模拟计算。为更准确的表示系统冷媒的状态(status),将系统的过冷度、过热度转化为焓差进行处理。以系统冷媒的质量流量保持不变为联系纽带,通过程序不断自动调整(Adjustment)蒸发温度(temperature)、冷凝温度、焓差等参数来对空调系统的状态进行匹配。在压缩机模拟中,考虑了压缩机油池内溶解的制冷剂量的影响,使仿真(simulation)结果更准确。
  1系统计算流程图
  为了给指定的空调器匹配最合适的压缩机以及确定最佳冷媒充注量,首先需要建立压缩机特征参数数据库,并根据系统的设计要求初步选定符合条件(tiáo jiàn)的压缩机形成压缩机备选数据库,其次要对选定的压缩机与空调器进行模拟(定义:对真实事物或者过程的虚拟)计算,从而给出最佳匹配结果。其系统流程图具体步骤如下:1) 建立压缩机备选数据库首先采用十系数法对压缩机的能力、功率、电流等性能参数进行拟合。通常,这些拟合参数由压缩机厂家提供。其次,记录每种型号(xíng hào)压缩机的冷冻油量、高压腔容积(Capacity)、低压腔容积等,建立压缩机的模型数据库,以便在压缩机与空调器匹配时调用。
  当给定空调器后,根据空调器的设计参数,选择在特定工况下能力范围在100%到150%的压缩机,并符合压缩机电制、适用冷媒等要求,从而形成本次空调器匹配的压缩机备选数据库。
  2) 从压缩机备选数据库中选择(xuanze)某一型号压缩机,并进行压缩机与空调器的模拟匹配计算,确定最佳冷媒充注量。
  3) 判断(judgment)备选数据库中是否所有压缩机均已匹配完毕,如是转(4),否则转输出在满足能力要求条件下,能效比(COP)最高的压缩机型号以及对应的最佳冷媒充注量。
  2压缩机(compressor)与空调器的匹配计算
  在选定压缩机后,进行压缩机与空调器的匹配计算,从而确定系统的最佳CO
  P、制冷量以及对应的冷媒充注量等参数。
  将整个空调系统(system)分为蒸发器、冷凝器(类别:换热设备)、压缩机(compressor)、毛细管等几部分分别进行模拟计算。为更准确的表示系统冷媒的状态,将系统的过冷度、过热度转化为焓差进行处理(chǔ lǐ)。对于各部件之间的耦合(Coupling)计算,以系统冷媒的质量(quality)流量保持不变为联系纽带,通过不断调整蒸发温度、冷凝温度、焓差等参数来对空调系统的状态进行模拟。通常,过热度是指制冷循环中相同蒸发压力下制冷剂的过热温度与饱和温度之差。在试验过程中,当过热度为0时,系统冷媒的状态可能(maybe)位于1'点,也可能位于6点。在程序计算过程中,需要过热度为0时的计算。为更准确表示系统冷媒的状态,将当前的冷媒焓值与蒸发温度对应的饱和气体焓值的差,用来代替过热度进行计算。同理,将当前的冷媒焓值与冷凝温度对应的饱和液体焓值的差,用来代替过冷度进行计算。
  压缩机与空调器的模拟计算流程图如所示。其中m rmi
  N、m rmax分别为最小、最大冷媒充注量;ΔH
  C、m rc分别为当前计算所得的焓差、冷媒量;Q co
  M、Q cap分别为压缩机(compressor)、毛细管的质量流量。
  2.1 压缩机模型
  为计算压缩机的能力、功率、电流等相关参数,采用十系数拟合法,其公式如下:(1)X DD能力、功率或者电流;S DD蒸发温度,℃;D DD冷凝温度,℃;C 1,C 2 C 10为压缩机厂家给出的拟合系数。
  公式(1)是在压缩机标准测试工况下的数值模拟公式。即冷凝温度(temperature)54.4℃,蒸发温度7.2℃,吸气过热度11.1K,过冷度8.3K情况下的模拟数据。
  当过冷度和吸气过热度变化时需要对该公式进行修正。
  设当前过冷度为T sc,H sc为(T sc-8.3)过冷段所对应的焓值,G为冷媒质量流量,则当前能力、功率(指物体在单位时间内所做的功的多少)或者电流X 1为:X 1 = X + H sc G(2)当过热度为T sh时,系统能力、功率或者电流X 2为:X 2 = X + 0.00144(T sh-11.1)X(3)此外,对压缩机进行模拟时,根据冷媒、油互溶曲线得到油当中溶解的冷媒量。冷媒在冷冻油内的溶解度曲线所示。
  假设压缩(compression)机内冷冻油充注量为1700mL,冷冻油密度为1.2×10 3 kg/m 3,压缩机油池温度为40℃,压力为5×10 5 Pa,则根据可得R22冷媒在冷冻油中溶解度为7.5%,即冷冻油中溶解的冷媒量为0.153 kg.
  2.2 换热器模型
  1) 冷凝器的模拟采用稳态分布参数模型,将冷凝器分为过热器、两相区、过冷区进行数值模拟。每个相区划分若干微元。对于单相区,即过热区和过冷区,微元的划分按制冷(Refrigeration)剂侧温降进行均分。对于两相区,由于温度不变,换热表现在焓值的变化上,因此微元的划分按制冷剂焓差进行均分。如果已知微元的进出口状态(status)参数,则每个微元的长度L为:(4)其中,αi为制冷剂侧表面(appearance)传热系数,αo为空气侧表面传热系数,A i /A o为冷凝器管内、外有效传热面积之比;m r表示制冷剂侧的质流率。h r1微元入口侧制冷剂焓值,h r2表示微元出口侧制冷剂焓值;T rm表示制冷剂侧温度平均值,T am表示空气侧温度平均值;d i表示管壁内径。
  对于单相区,制冷剂侧换热系数αi由Dittus- Boeler换热关联式计算。对于两相区,制冷剂侧换热系数采用Shah关联式计算。对于空气侧换热系数,采用李妩等人换热综合关联式计算。
  2) 蒸发器的模拟对于蒸发器模拟,制冷剂侧包括(bāo kuò)两个相区:两相区和过热区。每个相区可通过焓差等分为若干个微元进行计算,每个微元的长度L为:(5)式中,Q r为制冷剂侧换热量,T w为管壁温度,T r为制冷剂侧温度,αi为制冷剂侧表面传热系数,压缩(compression)机与空调器的自动匹配技术研究d i表示管壁内径。
  对于过热区,制冷剂侧换热系数由Dittus- Boeler换热关联式计算。对于两相区,制冷剂侧换热系数采用wang的公式计算。
  3) 空泡系数模型空调器模拟分析要求能够准确模拟空调器实际工作状况。昆山空压机是一种用以压缩气体的设备。空气压缩机与水泵构造类似。大多数空气压缩机是往复活塞式,旋转叶片或旋转螺杆。离心式压缩机是非常大的应用程序。其中一个重要方面是如何准确确定冷媒充注量的问题。充注量计算的难点在于两相区制冷(Refrigeration)剂量的确定,其关键是两相区空泡系数的计算。
  空泡系数是两相混合物在任一流动截面内气相所占的总面积份额,又称为截面含气率。经比较均相模型(model)、滑动比模型等空泡系数模型,这里采用hughmark模型进行计算,公式如下:(6)其中,K H具体计算见文献,ρg为气体密度(单位:g/cm3或kg/m3),ρf为液体密度,x为干度。
  2.3 节流装置模型文献对毛细管作为节流元件的研究(research)进行了综述。本文采用Jung等提出的绝热毛细管的实用关联模型,公式如下:(7)式中,对于R22冷媒,c 1 =0.249029, c 2 =2.543633,c 3 =-0.42753, c 4 =0.746108, c 5 =0.013922.D为毛细管内径,L cap为毛细管长度,T in为毛细管进口温度,ΔT sc为过冷度。
  3模拟实例以某空调厂R22冷媒的5HP二级能效空调匹配为例,对本文方法(method)进行验证。昆山空压机是一种用以压缩气体的设备。空气压缩机与水泵构造类似。大多数空气压缩机是往复活塞式,旋转叶片或旋转螺杆。离心式压缩机是非常大的应用程序。金沙澳门官网在启动前,首先启动油泵控制系统,油泵控制系统启动后保证空压机各润滑部件润滑良好,同时油泵控制系统可通过内置的温控阀来调节内部油压和油温,以满足系统需要。已知整套空调系统(system)要求标称制冷量为12kW,COP≥3.0.其他系统测量参数为:冷凝器管径为7.94mm,壁厚为0.25mm,管间距为25.4mm,排间距为19.04mm,翅片厚为0.11mm,翅片间距为1.3mm,排数为2,分路数为8,风速1.22m/s.蒸发器管径为9.52mm,壁厚0.35mm,管间距25.4mm,排间距21.0mm,翅片厚0.11mm,翅片间距18.5mm,排数3,分路数6,风速1.3m/s.毛细管长度为0.5m,内径为1.4mm.风机功率为350W.
  要求选出与该套空调器匹配最佳的压缩(compression)机以及冷媒充注量,并计算出在最佳状态下系统的CO
  P、制冷量、功率(指物体在单位时间内所做的功的多少)等参数。使用VBA语言在ExcelApp上实现程序的编制,其模拟结果与实际结果的比较App界面所示。
  从仿真结果可以看出,C-SBX160H38A与该套空调器匹配的COP最好,达到3.102,制冷量为11744 W.这与实际空调系统(system)的匹配实验(experiment)结果是一致的。两者制冷量相差2.1%,COP相差1.9%,冷媒充注量相差2.9%.此外,实验所得的冷凝温度为46℃,蒸发温度为3.8℃,过冷度为5.3℃,过热度为4.6℃。而仿真所得的冷凝温度为48℃,蒸发温度为2.3℃,过冷度为10℃,过热度为3℃。两者分别相差2℃、1.5℃、4.7℃、1.6℃。可见,这里的方法可以较为准确的模拟空调器的运转状态,从而为压缩机(compressor)与空调器的匹配提供引导。
  4结论
  首先给出了压缩机(compressor)与空调器自动匹配的系统流程(liú chéng);其次以冷媒质量流量保持不变为联系纽带,对压缩机、换热器、毛细管等进行了模拟计算。
  其中根据焓值的变化来调整蒸发温度、冷凝温度,扩大了空调系统模拟的运行范围。金沙澳门官网平台在空压机的进、排气口安装消声器或设置消声坑道以后,气流噪声可以降到80db(a)以下,但空压机的机械噪声和电机噪声仍然很高,因此还应在空压机的机组上安装隔声罩。4、悬挂空间吸声体:在佛山凌格风空压机站,高大空旷的厂房混响很重。对压缩机进行模拟时,考虑了冷冻油中溶解的冷媒的影响(influence),提高了仿真模型的准确性。为便于该方法(method)的推广应用,使用VBA语言在ExcelApp上实现了程序的编制。最后将该App应用在某空调厂委托的空调器匹配实验(experiment)中,为实验提供了很好的理论引导,节省了大量的匹配时间与资金。


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