Система кондиционирования - полная теория, описание работы
Модификации системы
- Модификации системы
- Screenshot_21.jpg (250.74 КБ) 127 просмотров
КОНДЕНСАТОР
Понизить температуру конденсации для сохранения характеристик, поскольку система на R134a, как правило, имеет большую производительность по конденсации, чем система, рассчитанная на работу с R-12.
КОМПРЕССОР
H-NBR обеспечивает лучшую совместимость с синтетическим маслом PAG для R-134a. Компрессоры для работы с R134a, как правило, делают более износостойкими, чтобы приспособить их к более высокому давлению и другим смазочным материалам, используемым с данным хладагентом.
Компрессорное МАСЛО
Минеральное масло не смешивается с R134a.
МАТЕРИАЛ ШЛАНГОВ
Улучшенная герметичность и растворимость с R134a
ОСУШИТЕЛЬ
Материал с измененным диаметром пор для лучшего поглощения влаги, количество изменено с 30 до 45 г.
РЕЛЕ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ
У R134a давление нагнетания выше, чем у R12, при одинаковой температуре.
ЗАПРАВОЧНЫЕ ШТУЦЕРЫ
Обеспечить уникальность конструкции заправочного штуцера для R134a во избежание путаницы с R12 при техническом обслуживании. Снизить утечки в системе и исключить возможность заправки неправильного хладагента.
Обзор системы кондиционирования
- Обзор системы кондиционирования
- Screenshot_22.jpg (215.14 КБ) 127 просмотров
В кондиционере тепло, переданное хладагенту в испарителе, переносится по системе циркулирующим хладагентом R134a (циркуляция хладагента обеспечивается компрессором). Поток хладагента переносит тепло от испарителя к конденсатору, где оно рассеивается в атмосферу. Подобным образом, как только тепло, переданное в конденсатор, проводится через материал оребрения, оно излучается в атмосферу. Поток набегающего воздуха (поток воздуха, проходящего через радиатор под действием скоростного напора при движении автомобиля) отводит тепло от конденсатора. Это еще одна разновидность конвекции. В системе кондиционирования воздуха тепло из салона автомобиля передается через металлическое оребрение испарителя более холодному хладагенту (R134a). И ана-логично, тепло от более теплого хладагента на другой стороне системы кондиционирования передается через металлическое оребрение конденсатора, откуда отводится путем излучения и конвекции. При поглощении тепла хладагент испаряется и переносит тепло в конденсатор. В этой точке системы хладагент находится под высоким давлением и имеет высокую температуру. Температура хладагента выше, чем температура наружного воздуха вокруг конденсатора.
Снова тепло перетекает от более теплого тела к более холодному и, таким образом, рассеивается снаружи автомобиля. Отдавая тепло, хладагент снова конденсируется, превращаясь в жидкость, и цикл повторяется. Одним из основных преимуществ использования хладагента является его способность циклически изменять агрегатное состояние в широких диапазонах температуры и давления, которые имеют место в системе кондиционирования. Напоминание: хладагент дважды совершает фазовый переход за один цикл. Из газа в жидкость в конденсаторе и из жидкости обратно в газ в испарителе.
Свойства хладагента
- Свойства хладагента
- Screenshot_23.jpg (411.41 КБ) 125 просмотров
Энтальпия — это количество тепловой энергии, содержащейся в хладагенте и измеряемой в килоджоулях на килограмм хладагента. На диаграмме прямые постоянного давления проходят горизонтально, так что перемещение вправо-влево происходит при постоянном давлении, в то время как другие свойства изменяются. Прямые линии постоянной энтальпии проходят вертикально, так что при перемещении вверх-вниз энтальпия остается постоянной, но изменяются другие свойства. Линии постоянной температуры на диаграмме представляют собой кривые особой формы. Обратите внимание, как проходят линии внутри петли, образованной кривыми насыщенной жидкости и насыщенного пара: они абсолютно горизонтальны. Это означает, что, если давление и температура остаются постоянными, смесь может иметь состав от 0% газа до 100% газа в любой пропорции. Доля газа и жид-кости зависит от энтальпии или, проще говоря, от того, сколько энергии содержится в кило-грамме хладагента. Отметьте также, что для заданного давления существует только одно значение температуры, при которой хладагент насыщен. Это означает, что весь хладагент только что перешел в газообразное состояние. Если температура растет дальше, газ будет перегретым. Так как изменение агрегатного состояния соответствует изменению энтальпии (количества тепловой энергии), это является ключевым моментом в работе системы кондиционирования
.- Энтальпия — это количество тепловой энергии
- Screenshot_24.jpg (492.66 КБ) 125 просмотров
- 1. Хладагент поступает в компрессор. В нашем примере это холодный газ с температурой 10С при давлении около 2,2 бар.
- 2. Компрессор выполнил свою работу. Заметьте, что давление выросло с 2,2 бар пример-но до 13,5 бар. Также резко возросла температура газа — примерно до 70С. Одновременно с ростом давления и температуры происходит увеличение энтальпии (так как процесс отклоняется вправо на диаграмме). Затем хладагент, обладая большей энергией, входит в конденсатор.
- 3. Попав в конденсатор, хладагент отдает часть своего тепла, его температура снижается, но давление остается постоянным. В этой области хладагент представляет собой насыщенный пар, который при дальнейшем отводе тепла начинает конденсироваться.
- 4. Смесь содержит 0% газа — это насыщенная жидкость. Температура хладагента такая же, как была в точке 3, но энтальпия значительно уменьшилась. Тепловая энергия была рассеяна через конденсатор.
- 5. Это точка выхода из конденсатора. Между точками 4 и 5 конденсатор только охлаждает жидкость. Заметьте, что давление остается постоянным, но температура и энтальпия уменьшаются. Этот процесс называется процессом переохлаждения.
- 6. Между точками 5 и 7 находится расширительный клапан. Когда хладагент проходит через дросселирующее устройство клапана, давление и температура резко падают (вертикальная линия на диаграмме). В точке 6 хладагент вновь пересекает кривую насыщенной жидкости.
- 7. Хладагент входит в испаритель. Заметьте, что часть хладагента уже превратилась в пар. Как показывает диаграмма, смесь жидкости и пара содержит около 27% пара. В данном примере температура хладагента составляет около 0С. В этой точке хлад-агент начинает поглощать тепло, что от него и требуется. Отметьте относительно низкое значение энтальпии. В этой точке хладагент прошел большую часть пути через испаритель. Он поглотил большое количество тепла, отметьте рост энтальпии. Темпе-ратура хладагента осталась той же, что была на входе в испаритель. В точке 8 хлад-агент представляет собой насыщенный пар. После того, как хладагент покидает испа-ритель и до момента входа компрессор в точке 1, температура хладагента несколько повышается. Этот процесс называют перегревом. Переохлаждение и перегрев: посколь¬ку процесс поглощения тепла протекает между точками 7 и 1, это называется охлаж¬дающей способностью. При большем переохлаждении можно было бы сдвинуться дальше влево по диаграмме, а затем пересечь кривую насыщенной жидкости в точке, которая бы продлила процесс поглощения тепла. Перегрев также имеет важное зна¬чение. Повышение температуры хладагента сверх точки насыщения является средст¬вом защиты от попадания части жидкого хладагента в компрессор. Это может слу¬читься, если хладагент поглотил недостаточное количество тепловой энергии, чтобы полностью превратиться в пар. В силу особенности автомобильных кондиционеров требуется какое-либо регулирование холодопроизводительности, чтобы гарантировать, что она соответствует нагрузке на систему (этот вопрос будет рассмотрен в следующей главе). Например, в апреле требуется меньше холода, чем в июле. По этой причине система кондиционирования должна иметь возможность регулирования.
Компрессор с качающейся шайбой
- Компрессор с качающейся шайбой
- Screenshot_25.jpg (245.36 КБ) 124 просмотра
Принцип действия (общие сведения)
Компрессор приводится в движение двигателем. Компрессор сжимает испарившийся хлад-агент (газ), повышает его давление (при этом растет температура) и направляет в конденсатор. Когда в конденсаторе температура понижается, хладагент превращается в жидкость. Для того чтобы приспособиться к различной частоте вращения двигателя, изменениям наружной температуры или настройкам температуры в салоне, коэффициент подачи компрессора делают переменным. Большинство компрессоров регулируются двухпозиционно — вкл./выкл. В компрессоре с качающейся шайбой поршни приводятся в движение так называемой качающейся шайбой, которая представляет собой диск, закрепленный на валу компрессора под некоторым углом. Благодаря этому, когда вал вращается, поршни двигаются вперед и назад (циклы всасывания и сжатия). У компрессоров с качающейся шайбой несколько независимых поршней, например 5, которые работают в 10 цилиндрах. На такте всасывания хладагент R134a со стороны низкого давления системы (из испарителя) втягивается в компрессор. Всасывание R134a происходит через пластинчатый клапан. Это обратный клапан, контролирующий поступление газообразного хладагента в цилиндр. На такте сжатия газообразный R134a сжимается. При этом растет как давление, так и температура хладагента. Затем открываются пластинчатые клапаны на стороне выхода (нагнетания), и хладагент подается в конденсатор. От выпускного клапана и далее начинается сторона высокого давления.
ПРИМЕЧАНИЕ: компрессоры рассчитаны на работу только с парообразным хладагентом, жидкий хладагент вызовет повреждение пластинчатых клапанов компрессора. В некоторых системах есть так называемый плавкий предохранитель в катушке соленоида, который предотвращает обрыв ремня навесных агрегатов в случае заклинивания компрессора.
Компрессор с качающейся шайбой переменного угла наклона
- Компрессор с качающейся шайбой переменного угла наклона
- Screenshot_26.jpg (236.03 КБ) 123 просмотра
Принцип действия
Компрессор приводится в движение двигателем. Компрессор сжимает испарившийся хлад-агент (газ), повышает его давление (при этом растет температура) и направляет в конденсатор. Когда в конденсаторе температура понижается, хладагент превращается в жидкость. Для того чтобы приспособиться к различной частоте вращения двигателя, изменениям наружной температуры или настройкам температуры в салоне, коэффициент подачи компрессора делают переменным. Большинство компрессоров регулируются двухпозиционно — вкл./выкл. В компрессоре с качающейся шайбой поршни приводятся в движение так называемой качающейся шайбой, которая представляет собой диск, закрепленный на валу компрессора под некоторым углом. Благодаря этому, когда вал вращается, поршни двигаются вперед и назад (циклы всасывания и сжатия). У компрессоров с качающейся шайбой несколько независимых поршней, например 5, которые работают в 10 цилиндрах. На такте всасывания хладагент R134a со стороны низкого давления системы (из испарителя) втягивается в компрессор. Всасывание R134a происходит через пластинчатый клапан. Это обратный клапан, контролирующий поступление газообразного хладагента в цилиндр. На такте сжатия газообразный R134a сжимается. При этом растет как давление, так и температура хладагента. Затем открываются пластинчатые клапаны на стороне выхода (нагнетания), и хладагент подается в конденсатор. От выпускного клапана и далее начинается сторона высокого давления.
ПРИМЕЧАНИЕ: компрессоры рассчитаны на работу только с парообразным хладагентом, жидкий хладагент вызовет повреждение пластинчатых клапанов компрессора. В некоторых системах есть так называемый плавкий предохранитель в катушке соленоида, который предотвращает обрыв ремня навесных агрегатов в случае заклинивания компрессора.
Низкая нагрузка системы кондиционирования
- Низкая нагрузка системы кондиционирования
- Screenshot_27.jpg (191.47 КБ) 122 просмотра
Когда расход холода мал, расширительный клапан почти полностью закрыт. Это вызывает понижение давления во впускной камере. Если давление опускается ниже стандартного значения (2,0 кгс/см2), диафрагма (которая сообщается с впускной камерой) растягивается, открывая канал между выпускной и управляющей камерами. Давление в управляющей камере растет, и угол наклона качающейся шайбы уменьшается. При этом подача хлад-агента компрессором уменьшается до необходимого количества.
Высокая нагрузка системы кондиционирования
- Высокая нагрузка системы кондиционирования
- Screenshot_28.jpg (189.01 КБ) 121 просмотр
Когда расход холода высок, расширительный клапан почти полностью открыт. Это вызывает понижение давления во впускной камере. Если давление поднимается выше стандартного значения, диафрагма (которая сообщается с впускной камерой) сжимается, закрывая канал между выпускной и управляющей камерами. Давление в управляющей камере падает, и угол наклона качающейся шайбы увеличивается. При этом подача хладагента компрессором увеличивается до необходимого количества.
Схема управления
- Схема управления
- Screenshot_29.jpg (220.46 КБ) 97 просмотров
Здесь показан принцип управления компрессором. Управляющий клапан сообщается с впускной, выпускной и управляющей камерами компрессора. Давление открытия и закрытия управляющего клапана устанавливается механически за счет баланса давления на входе, давления на выходе и силы сжатия пружин внутри клапана. При низкой нагрузке угол наклона шайбы (подача компрессора) уменьшается. При высокой нагрузке, угол и, следовательно, подача компрессора увеличиваются.
Компрессор спирального типа
- Компрессор спирального типа
- Screenshot_30.jpg (245.24 КБ) 96 просмотров
На рисунке изображен спиральный компрессор. В верхней части компрессора находятся два датчика: один из них — это датчик температуры хладагента в компрессоре, другой — датчик оборотов, определяющий частоту вращения вала компрессора. Частота вращения вала компрессора и коленвала двигателя сравниваются контроллером блокировки при-водного ремня. Если разница частоты вращения слишком велика (80% проскальзывания), электромагнитная муфта размыкается. Контроллер приводного ремня крепится к вентилятору отопителя рядом с приводом заслонки наружного воздуха. Данная функция предусмотрена для того, чтобы предотвратить обрыв ремня в случае выхода компрессора из строя. Причина таких мер предосторожности в том, что для привода всех навесных агрегатов, таких как насос охлаждающей жидкости, усилитель рулевого управления, генератор и компрессор кондиционера, используется только один приводной ремень. Таким образом, если бы приводной ремень оборвался при заклинивании компрессора, все остальные навесные агрегаты также перестали бы функционировать. На нижнем рисунке видно, что ось вала внутри компрессора слегка смещена относительно оси входного вала. Из-за этого ползун, передающий движение от шкива к подвижной спирали, совершает эксцентрическое движение. При этом подвижная спираль движется влево-вправо и вверх-вниз. Благодаря такому движению различные сегменты между двух спиралей расширяются и сжимаются таким образом, что происходит всасывание, сжатие и нагнетание хладагента под более высоким давлением.
- На рисунке изображен спиральный компрессор
- Screenshot_31.jpg (202.79 КБ) 95 просмотров
Как уже говорилось, одна спираль неподвижно закреплена в корпусе компрессора, а другая приводится в движение шкивом (через ползун) и движется, как описано выше. Сам рабочий цикл представлен на следующей странице.
Рабочий цикл
- Рабочий цикл
- Screenshot_32.jpg (316.03 КБ) 94 просмотра
Рассмотрим рабочий цикл спирального компрессора. Так как процесс сжатия протекает постоянно и различные стадии сжатия хладагента достигаются одновременно, мы рас-смотрим один цикл сжатия шаг за шагом. Рассматриваемый нами цикл сжатия выделен красным цветом, в то время как протекающие параллельно циклы выделены другими цветами. Каждый цвет обозначает цикл сжатия одной порции хладагента от всасывания до нагнетания. Цикл начинается, когда концы обеих спиралей раскрываются таким образом, что хладагент может попасть в образовавшийся проход. Отметим это положение как 0 (угол поворота приводного шкива). После поворота на 180° подвижная спираль изменила положение таким образом, что спирали пришли в соприкосновение, закрыв входной проход и образовав замкнутую камеру, закрытую для входа или выхода хладагента. При угле поворота 360° спираль достигает положения, когда нагнетательное отверстие закрыто, а размеры замкнутых камер уменьшаются так, что хладагент сжимается. В то же время спираль проталкивает хладагент по направлению к нагнетательному отверстию. При угле 540° хладагент сжат до требуемой степени и выходит через нагнетательное отверстие, которое в этом положении открывается. При угле поворота 720 градусов спираль занимает такое же положение, в котором она находилась при угле 0°, и цикл повторяется.