Budowa i zasada działania hermetycznego agregatu chłodniczego Audifferen- Singrün ( A-S ), w którym płynem roboczym jest dwutlenek węgla.

Transkrypt

1 Budowa i zasada działania hermetycznego agregatu chłodniczego Audifferen- Singrün ( A-S ), w którym płynem roboczym jest dwutlenek węgla. 18 maja 2010 SUChiKl

2 Spis treści 2 Spis treści 1 Historia 3 2 Budowa 4 3 Zasada działania 5 4 Ilustracje 6 5 podsumowanie 8 6 bibliografia 9

3 1 Historia 3 1 Historia niniejszy agregat chłodniczy został skonstruowany przez Abbe Audiffrena w 1905 roku w Epinal we Francji. Audiffren był zwiazany z firma Singrun, która wprowadzila jego urzadzenie do produkcji w 1908r w Stanach Zjednoczonych Agregaty A-S były produkowane przez firmy Atlas Haubold z Danii i Niemiec pod nazwa Glacia. Agregat A-S cieszył si e wielka popularnos cia, w samej tylko Europie działało w 1920r sztuk, a 7 lat puz niej juz

4 2 Budowa 4 2 Budowa Urządzenie składa się z dwóch zbiorników, jednego kulistego, drugiego elipsoidalnego. Pierwszy pełni rolę skraplacza drugi zaś parownika (w poszczególnych rozwiązaniach technicznych kształty te mogą się nieco różnić, ale zawsze skraplacz jest większy). Zbiorniki połączone są drążonym wałem w którym dodatkowo umieszczono rurkę kapilarną (z racji drążenia, tłok musiał być osadzony na mimośrodzie, a nie jak to bywa w silnikach spalinowych - na wykorbieniu). Wewnątrz skraplacza znajduje się zamocowany wahliwie na wale zespół sprężarki. W zależności od konkretnego modelu urządzenia drążony wał może stanowić osobny element (łączony ze skraplaczem przez spawanie) lub być częścią korpusu skraplacza (wtedy musi być razem odlewany). Całość jest hermetycznie zamknięta i odizolowana od otoczenia. Czynnik umieszczany był w urządzeniu przez specjalne wiercenie w wale które następnie było zaślepiane kołkiem stalowym. Mało wiadomo o materiale z którego wykonywane były korpusy skraplacza i parownika, jednak oczywiste jest, że zarówno sam materiał jak i parametry konstrukcyjne musiały zapewniać dobrą wytrzymałość w zakresie ciśnień roboczych (dla czynnika R744 - do 100 bar w skraplaczu). Oba zbiorniki umieszczone są w "wannach" wypełnionych substancją pośredniczącą w wymianie ciepła. W wannie pod skraplaczem znajduje się chłodząca go woda (literatura tego nie podaje, ale wanna ta musiała być zaopatrzona w króćce umożliwiające obieg wody chłodnej). W wannie pod parownikiem znajdowała się solanka ochładzana przez zachodzący w urządzeniu proces do temperatury nieco wyższej niż temperatura parowania (różnica wynika ze sprawności przekazywania chłodu z komory parownika na zewnątrz. W celu polepszenia warunków wymiany ciepła, stosowano w niektórych modelach łopatkę zgarniającą która wymuszała rozlanie się czynnika chłodniczego po większej powierzchni niźli by to wynikało z działania nań siły odśrodkowej). Prawdopodobnie gdy maszyna raz została hermetycznie zamknięta, to nie była już naprawiana i po ewentualnej awarii była po prostu złomowana. Być może właśnie z tego faktu wynika ciekawy mankament budowy sprężarki a konkretniej tłoka; mianowicie zamiast korbowodu, mogącego wykonywać ruchy względne, zastosowano konstrukcję znaną z siłowników hydraulicznych, czyli tłoczysko połączone na sztywno. Urządzenie było łożyskowane w miejscu w którym wał opiera się o ściany obu wanien (między skraplaczem a parownikiem), a także wewnątrz w miejscu osadzenia zespołu sprężarki na wale. Wprawiane w ruch odbywało się przez przekładnią pasową i jak podaje literatura przekładnia mogła być napędzana siłą ludzkich mięśni.

5 3 Zasada działania 5 3 Zasada działania Jak każde urządzenie chłodnicze agregat Audifferen - Singrun realizuje obieg lewobieżny (w tym wypadku jest to obieg Lindego). A Para czynnika chłodniczego (CO2) A zostaje zassana z przestrzeni parownika przez drążenie w wale, następnie przez system wierceń w korpusie sprężarki (lub przez rurkę podatną łączącą wał ze sprężarką) zostaje dostarczona w króciec ssawny. W komorze roboczej zachodzi proces sprężania (w przybliżeniu izentropowy) a następnie para pod wysokim ciśnieniem jest wytłaczana bezpośrednio do przestrzeni skraplacza. Tu początkowo para przegrzana ochładza się, a następnie zaczyna się spontanicznie skraplać (z pominięciem fazy pary mokrej gdyż w przypadku czynnika R744 urządzenie realizuje obieg nadkrytyczny). W procesie sprężania w tym agregacie najciekawsza jest kinematyka pracy sprężarki. Ma to związek z zastosowaniem sztywnego połączenia tłoka z korbowodem (toczyskiem). Sprężarka wykonuje ruch wahadłowy wokół wału przy czym komora robocza jest zawsze skierowana w dół (w pewnym zakresie kąta wychylenia). Efekt ten uzyskuje się jak podaje literatura dzięki zastosowaniu odpowiedniego obciążenia korpusu masą bezwładną, lub jak na ilustracji poniżej, łącząc sprężarkę z jej korpusem niewielkim wałkiem (dodatkowo drążonym co daje dostęp do krućców). DETAIL A SCALE 0,30 : 1 DETAIL A SCALE 0,30 : 1 Rys.1 Wychylenie zespołu sprężarki dla kolejnych wartości kąta obrotu wału Po skropleniu czynnik chłodniczy opada na ścianki i w wyniku siły odśrodkowej jest porywany i zaczyna wirować wokół zespołu sprężarkowego wraz z pewną ilością pozostającego w obiegu oleju smarującego. W górnej części skraplacza znajduje się specjalna łopatka która zgarnia olej wraz z nadmiarem czynnika do zbiorniczka umieszczonego u góry korpusu sprężarki. Łopatka ta dodatkowo zapewnia "rozchlapanie" czynnika na ściankach co polepsza warunki wymiany ciepła z woda chłodzącą skraplacz. W zbiorniczku tym obie ciecze oddzielają się od siebie. Olej jako lżejszy osadza się u góry i jego nadmiar przelewa się wprost na mimośrodową część wału - tam gdzie wymagane jest najlepsze smarowanie, czynnik chłodniczy natomiast przepływa do kolejnej komory która systemem drążeń łączy się z kapilarą umieszczoną w wale. Czynnik przepływając przez rurkę kapilarną przechodzi proces dławienia i wypływa do przestrzeni parownika już jako para mokra o pewnym stopniu suchości 0 < x < 1.

6 4 Ilustracje 6 4 Ilustracje Opisany w poprzednim akapicie proces ilustruja poniz sze rysunki (cykl pracy dla wydzielonej obj etos ci płynu roboczego):

7 4 Ilustracje 7

8 5 podsumowanie 8 5 podsumowanie Obliczenie wydajności chłodniczej sprężarki dla założonych wymiarów charakterystycznych. Wymiary założono kierując się zasadą proporcji (porównując wielkość korpusu skraplacza i parownika w rzeczywistym urządzeniu). Należy również pamiętać, że tak współczynnik dostarczania jak i parametry obiegu lewo bieżnego zostały także przyjęte szacunkowo. Wymiary i inne wielkości: d = 60 mm sk = 28 mm λ = 0.5 średnica skok współczynnik dostarczania v1 = m3 kg q 0 = 250 kj kg p o = 1.25 MP a p k = 10 MP a objętość właściwa na krućcu ssawnym jednostkowa wydajność chłodnicza właściwa dla: n s = s 1 prędkość obrotowa (pedałujący człowiek) q v [ kj m 3 ] objętościowa wydajność chłodnicza Obliczenia: V s = π d2 sk = 0.08L 4 4 m3 V d = V s n s = s Q o = V d λ g v = 1.41 kw Agregat A-S charakteryzował się bardzo zwartą budową, niezwykłą jak na swoje czasy niezawodnością, prostotą obsługi i względną mobilnością (Aparat z pustymi wannami waży około 110 kg co przy zastosowaniu odpowiedniej ramy nośnej daje możliwość ręcznego przenoszenia urządzenia)

9 6 bibliografia 9 6 bibliografia Butrymowicz Dariusz: "Szafkowe agregaty chłodnicze", "Technika Chłodnicza i Klimatyzacyjna", str , Butrymowicz Dariusz: "Agregat A-S raz jeszcze", "Technika Chłodnicza i Klimatyzacyjna", str , 1996.