Обоснование и оптимизация основных параметров капиллярной трубки для кондиционеров класса сплит-систем, холодопроизводительностью до 5 кВТ

На современном этапе развития общества четко обозначилась тенденция к повсеместному использованию технических достижений не только в производственно — технологических целях, но и в быту. Одним из таких достижений является бытовой кондиционер, позволяющий получать оптимальные климатические условия в жилых помещениях. Анализ российского рынка бытовых кондиционеров показывает, что последние пять лет этот сектор динамично развивается. В различных профильных изданиях экспертами высказываются предположения о дальнейшем росте рынка бытовых кондиционеров, среди которых большая часть продаж приходится на сплит-системы.

Сплжг-система (от английского слова «Split» — раздельный) конструктивно выполнена из двух блоков — наружного и внутреннего, соединяемых между собой медными трубами — магистралями для хладагента. В наружном блоке располагаются: компрессор, конденсатор, электродвигатель с вентилятором, дроссельный узел. Во внутреннем блоке расположены: испаритель, электродвигатель с вентилятором и электронный блок управления.

Очевидно, что наружный блок устанавливается вне помещения, а внутренний, соответственно, внутри. Такое конструктивное исполнение кондиционеров находит все большее предпочтение перед оконными, хотя последние, как правило, гораздо дешевле.

Естественно, видя развивающуюся тенденцию данного вида рынка, руководством ОАО «Машиностроительный завод» было решено организовать производство бытовых кондиционеров в одном из цехов завода. Кондиционеры выпускаются под торговой маркой «ЭЛЕМАШ».

Организация и сам ход производства повлекли за собой ряд естественных трудностей, одной из которых явился расчет капиллярной трубки. Забегая вперед, скажу, что в бытовой холодильной технике в качестве дроссельного устройства используются именно капиллярные трубки. И если по вопросам расчетов испарителя и конденсатора имеется достаточно литературы как отечественных, так и зарубежных авторов, то капиллярной трубке внимания уделялось гораздо меньше. Думаю, что это было связано со сферой ее применения — бытовая техника, которой традиционно в СССР уделялось мало внимания. Поэтому основные труды — это публикации в иностранной тематической литературе (например «Refrigerating Engineering»).

Теперь посмотрим на эту проблему со стороны инженера-проектировщика. Ему необходимо иметь не только сам способ (теоретический) расчета, но и практическую методику проектирования капиллярной трубки. Поскольку расчетные данные, как правило, отличаются от экспериментальных. Так в чем же сложность? Во-первых, в литературе можно встретить несколько способов расчета длины капиллярной трубки при заданном внутреннем диаметре. Это как аналитические методы, так и графические. Автором данной работы были проведены расчеты различными способами, и в результате получилось, что по каждому методу получались разные результаты, сильно отличающиеся друг от друга. Отсюда сразу же возникает вопрос — на сколько верны сами методики расчета? Во-вторых, авторы почти всех методик оговаривают, что впоследствии расчет требует дополнительных экспериментальных работ по «доведению» длины трубки до оптимального значения. Значит, разработчику необходимо будет «смириться» с тем, что все-таки проведение экспериментов необходимо. И в третьих, все предлагаемые методики в основном предназначены для цикла охлаждения, однако практически все современные сплит-системы оснащены также режимом теплового насоса, осуществляемого реверсированием потока хладагента. Более того, в климатических условиях средней полосы России режим теплового насоса является основным, поэтому методика проектирования должна обязательно быть применимой и к этому режиму.

Еще один момент, на который хотелось бы обратить внимание. При использовании графического способа определения длины капиллярной трубки велика вероятность появления ошибки. Особенно, если определение конечного результата связано с переносом значений с одного графика на другой. В этом случае может возникнуть ошибка не только при проведении графических построений, но и по причине низкого качества печати самой номограммы (графика). Поэтому при разработке методики если и использовать какие-либо графические зависимости, то только в качестве предварительных оценок отдельных параметров. К тому же развитие современных ПК и соответствующего программного обеспечения к ним, позволяет выполнять расчеты при минимальном количестве затрачиваемого времени.

Исходя из всего выше сказанного, сформулирую основные требования к методике проектирования капиллярной трубки для бытовых сплит-систем:

— наличие аналитического способа расчета длины капиллярной трубки;

— правильность расчетов, которая позволила бы уменьшить количество экспериментов на этапе разработки;

— возможность применения к режиму теплового насоса.

С учетом указанных требований и велась исследовательская работа, представляемая в данном материале.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

И ВЫВОДЫ.

1. В ходе работы проведены исследования сплит-систем различной холодо-производительностью, использующих в качестве дроссельного узла капиллярные трубки диаметров от 1,4 мм до 1,9 мм.

2. Несмотря на то, что в качестве регулирующего устройства капиллярная трубка применяется при постоянных внешних условиях, использование ее в бытовых сплиг-системах оправдывается. Помимо очевидного упрощения конструкции системы и соответственно ее удешевления (по сравнению с использованием ТРВ), мы выигрываем в энергетических показателях. Другими словами, сокращая потребление электроэнергии, мы увеличиваем холодильный коэффициент.

3. Разработанная практическая методика проектирования капиллярной трубки основывается на экспериментально-теоретическом подходе. Параметры для расчета определяются экспериментально при установке в качестве дроссельного устройства ручного регулировочного вентиля. Далее, по полученным данным производится расчет длины трубки методом пошагового интегрирования. Такой подход позволяет избежать «доводки» сопротивления полученной в ходе расчетов трубки, т. е. сокращается количество экспериментов при проектировании. Относительная погрешность расчета длины при этом составляет около 10%.

4. Важным моментом при разработке является возможность достижения критического давления на выходе из капиллярной трубки. Это давление.

184 определяется по значению температуры хладагента после дросселирования, в ходе определения начальных условий при помощи ручного вентиля. В дальнейшем расчете, в качестве конечного давления принимается именно это, определенное практическим путем критическое давление. Такой подход позволяет избежать появления повышенного сопротивления капиллярной трубки.

5. Разработанная методика также применима и к режиму теплового насоса. Полученные экспериментальные данные подтверждают это.

6. Приводимые графические зависимости длины капиллярной трубки от значения достигаемого давления позволяют определить внутренний диаметр капилляра для конкретного значения холодопроизводительности, а также предварительно определить длину самой трубки. Этот так называемый «экспресс-метод» позволяет проектировщику определиться с геометрическими параметрами не производя расчетов.