Timotei István Erdei
Mechatronic Engineer/Researcher
University of Debrecen
Department of Electrical Engineering and Mechatronics
Facebook WebSite:
https://www.facebook.com/pages/Timotei-Robotics/468710276611086
Publications Researchgate:
https://www.researchgate.net/profile/Timotei_Erdei/?ev=hdr_xprf
Google+
https://plus.google.com/104757115611446684876/posts
Deviantart:
http://timotei-robotics.deviantart.com/
My Youtube Channel
https://www.youtube.com/channel/UCLrrzYaYaypXJjvwby6g3XA
EEEI Explore:
http://ieeexplore.ieee.org/search/searchresult.jsp?searchWithin=p_Authors:.QT.Erdei,%20T.I..QT.&newsearch=true
Linkedin:
http://hu.linkedin.com/pub/timotei-istv%C3%A1n-erdei/a9/b04/117
2. A nyomás mérése
• Folyadéktöltetű nyomásmérők
• Csőrugós és csőmembrános manométerek
• Síkmembrános manométerek
• Elektronikus nyomásmérők
Erdei Timotei István
3. Folyadéktöltetű Nyomásmérők
Mindkét szára függőleges
irányban álló U-alakúra
meghajlított üvegcső. Az
üvegcsőbe ismert ρ
sűrűségű zárófolyadékot
töltenek. Az üvegcsövek
skálával vannak ellátva.
Erdei Timotei István
4. Folyadéktöltetű Nyomásmérők
Ezek a manométerek elsősorban
nyomáskülönbségek mérésére alkalmasak.
Az U-csöves folyadékmanométerek
pontosságát a leolvasási pontosság korlátozza,
ez általában ∆H = 0,5 mm, vagyis a nyomást
∆p= ∆H • ρ (Pa) pontossággal lehet
megállapítani.
Erdei Timotei István
5. A hűtőtechnikában
használt üzemi és
szervizmanométerek
legáltalánosabban
használt fajtája a
csőrugós Bourdon-csöves
manométer.
Csőrugós és csőmembrános
manométerek
Erdei Timotei István
6. Csőrugós és csőmembrános
manométerek
Túlnyomás hatására az ív alakú csőrugó szabad
vége elmozdul.
Az elmozdulást egy emelő vagy fogaskerék
áttétel egy mutatóhoz közvetíti, amely mutató
a nyomással kb. arányos kalibrált skála előtt
mozogva a nyomás aktuális értékét kijelzi.
A túlterhelést ütközővel lehet elhárítani.
Erdei Timotei István
7. A csőmembrános
manométer érzékelője
egy harmonikaszerű
csőmembrán, amely
egy U-alakot képező
rugó szárai közé van
beépítve.
Csőrugós és csőmembrános
manométerek
Erdei Timotei István
8. A nyomás hatására a csőmembrán megnyúlik,
deformációja a rugó szabad végének elmozdu-
lását eredményezi, amely a nyomással arányos.
Alkalmazási területe, mérési tulajdonságai a
Bourdon-csöves konstrukcióéval kb. azonosak,
azonban kevésbé érzékeny a túlterhelésre.
Csőrugós és csőmembrános
manométerek
Erdei Timotei István
9. Síkmembrános manométerek
A membrános manométerek az
abszolút nyomás mérésére is
alkalmassá tehető nyomásmérő
műszerek.
A síkmembrán - mint
nyomásérzékelő a két oldalára
ható nyomás különbségével
arányosan deformálódik, a
skála osztása ezáltal lineáris
(egyenletes) lehet.
Erdei Timotei István
10. • A membránra koncentrikus gyűrűket préseltek. Emiatt a
műszer érzékenysége a különböző nyomástartományokban
nem lesz azonos. A legkisebb nyomások tartományában
(0-10 mbar) még a teljes membránfelület működik.
• Növekvő nyomásnál az első „hullám" teteje felfekszik a kissé
kúpos alaplapon (3), és ettől kezdve már csak egy kisebb
membránfelület dolgozik, kisebb érzékenységgel.
• A nyomás további növelésekor újabb hullámok felfekvése és
újabb membránfelület-csökkenések következnek be, egyre
csökkentve az érzékenységet. Így 2-3 gyűrűvel széles
nyomástartományra lehet kiterjeszteni a műszer skáláját úgy,
hogy a kijelzés pontossága minden tartományban megfelelő.
Síkmembrános manométerek
Erdei Timotei István
11. Elektronikus nyomásmérők
A piezoelektromos nyomásjeladók azt a fizikai
jelenséget használják fel a nyomás mérésére, hogy
bizonyos kristályok (pl. a kvarc és a turmalin)
átellenes felületein nyomás hatására elektromos
töltésmegoszlás jön létre.
Erdei Timotei István
12. Elektronikus nyomásmérők
A piezorezisztív nyomás-
érzékelő egy kisméretű
membrán vákuum méter,
amelynek membránját egy
vékony, rugalmas szilícium
lapka képezi. Az ellenállások
mechanikusan a szilícium-
membrán részét képezik, de
attól elektromosan
függetlenek, szigeteltek.
Erdei Timotei István
13. Elektronikus nyomásmérők
• Ha gyártás során a mérőcella membrán alatti
terét teljesen levákuumolják, akkor a
„referencianyomás" 0 és az érzékelő az
abszolút nyomást méri.
• Az elektronikus nyomásmérő szervizműszerek
általában digitálisak, számjegy kijelzésűek.
Erdei Timotei István
14. Hőtani alapismeretek
• A belső energia és az I. főtétel
• A hőmennyiség és a fajhő
• A hőmérséklet
• A hőmérséklet mérése
• Termoelemek
• A hőmérsékletmérés gyakorlata
Erdei Timotei István
15. A belső energia és az I. főtétel
• Az anyagban tárolódó „belső" energiakészlet
neve: belső energia. Jele: U; mértékegysége:
J (vagy kJ). Az egységnyi tömegű m = 1 kg
közegre vonatkoztatott (fajlagos) belső energia
jele: u; mértékegysége J/kg (vagy kJ/kg).
Az összefüggés: U = m • u.
Erdei Timotei István
16. • A hőállapotot az
állapotjelzők: a hőmérséklet
(T), a nyomás (p) és a
fajtérfogat (υ) jellemzik.
• A testekben tárolt hőenergia
és a hőmérséklet
összefüggését az ábra
szemlélteti:
A belső energia és az I. főtétel
Erdei Timotei István
17. A belső energia és az I. főtétel
• A Hőtan I. Főtétele:
Q = ∆U + W = U2 -U1+∑ (p•∆V).
• Szavakban: a rendszerrel közölt hő a rendszer által
kifejtett munka és a belső energia megváltozásának
az összege.
• Ez az energia megmaradás elvének hőtani
megfogalmazása.
Erdei Timotei István
18. A hőmennyiség és a fajhő
Hőtranszport:
• Mindig a nagyobb hőmérséklet irányából a
kisebb hőmérséklet irányába zajlik.
• Miközben a kezdetben hidegebb test
felmelegszik, nyilvánvalóan megnő a belső
energiája. A kezdetben melegebb test belső
energiája pedig természetesen kisebb lesz a
folyamat végére.
Erdei Timotei István
19. A hőmennyiség és a fajhő
• A közölt/elvont hő mennyiségét a vizsgált test
vagy közeg hőmérsékletének a változása (ΔT)
jellemzi, de ahhoz, hogy meghatározott
hőmérsékletváltozást elérhessük, a közlendő
(vagy elvonandó) hőmennyiség ezenkívül a
test vagy közeg tömegével (m) is arányos kell
hogy legyen.
Erdei Timotei István
20. A hőmennyiség és a fajhő
Az összefüggés:Q = c • m • ∆T
• Ahol a c arányossági tényező egy, az anyagok
fajtájától függő anyagjellemző, amelynek
fajlagos hőkapacitás, fajhő a neve.
• A fajhő az a hőmennyiség, amely 1 kg
anyagtömeget 1 K-nel képes felmelegíteni.
Erdei Timotei István
21. A hőmérséklet
• Hőtani állapotjelző.
• Fizikai jelenség az anyagok
hőmérsékletváltozással kapcsolatos
térfogatváltozása, a hőtágulás.
• Ahhoz, hogy a hőmérsékletet számszerűen is
ki lehessen fejezni, két alappontot kell
rögzíteni és a köztük lévő szakaszt
(intervallumot) egyenletes részekre kell
osztani.
Erdei Timotei István
22. A hőmérséklet
Európában a Celsius-hőfokskála az általános,
amelyen a jég olvadáspontja 0 C-nál, a víz
forráspontja pedig 100 C-nál van a „normál"
légnyomást jelentő p = 1,013 bar nyomáson.
Ha a hőmérséklet mérésekor a hőmérő érzékelője
közvetlenül érintkezik a mérendő anyaggal,
akkor az anyag és a hőmérő között mindaddig
hőáramlás van, amíg hőmérsékleteik ki nem
egyenlítődnek.
Erdei Timotei István
24. Bimetal Hőmérő:
• Működése: két egymással
összehegesztett különböző
hőtágulású lemez, amely
a hőmérsékletváltozás
hatására görbületét
megváltoztatja. A bimetal
lemez egyik vége befogott,
a másikhoz mutatószerkezet
csatlakozik.
A hőmérséklet mérése
Erdei Timotei István
25. A hőmérséklet mérése
Folyadékhőmérők:
• Az üveg folyadékhőmérők a
mérőfolyadékot tartalmazó
tartályból és az ehhez csatlakozó
kis keresztmetszetű kapillárisból
állnak. Hőmérséklet változáskor a
tartályban lévő mérőfolyadék
hőtágulása nagyobb mint a tartály
hőtágulása, így a mérőfolyadék a
kapillárisba szalad fel, vagy onnan
le a tartályba
Erdei Timotei István
26. A hőmérséklet mérése
Termoelemek:
• Két különböző fémvezető
végeinek összeforrasztásakor
vagy érintkezésekor is az így
létrehozott áramkörben
villamos áram folyik, ha az
érintkezési helyek különböző
hőmérsékleten vannak Ez az
un. Seebeck-jelenség ami
lehetőséget ad a hőmérséklet
különbség mérésére.
Erdei Timotei István
27. A hőmérsékletmérés gyakorlata
A hőmérő érzékelőjének fel
kell vennie a mért közeg
hőmérsékletét.
• az egyre csökkenő
hőmérséklet-különbség miatt
egyre kevesebb hő adódik át,
a mérni kívánt közeg
hőmérsékletét az érzékelő
elvileg csak végtelen hosszú
idő után veszi fel.
A hőmérő beállási görbéje
Erdei Timotei István
28. A gáztörvények
Gay-Lussac-törvény:
Egy adott térfogatú gáz nyomása (p) egyenesen arányos
a hőmérsékletével (T), vagyis izochor feltételek között
a gáz nyomásának és hőmérsékletének hányadosa
állandó.
• Képletben kifejezve: ahol k állandó.
• Ha egy közeg két állapotát akarjuk összehasonlítani, a
fenti törvényt ilyen alakba is írhatjuk:
Erdei Timotei István
29. A gázok fajhői
• Az állandó nyomáson vett fajhő nagyobb mint az
állandó térfogatra vonatkozó fajhő: c p> cυ
• E két fajhő hányadosa a hőtan egyik igen fontos
anyagjellemzője:
• A gázfajhők nem konstansok, még az ideális gázok fajhői is
a hőmérséklet növekedésével általában nőnek, annál jobban,
minél több atomból áll a gáz molekulája. Az egyatomos
gázoknál nincs emelkedés, a kétatomosoknál 100 C
hőmérsékletváltozásra csak 1-2 %.
Erdei Timotei István
30. Izochor állapotváltozás
(V= állandó)
Az „izochor" állapotváltozás az m tömegű gáz
V=állandó térfogaton hőbevezetés (vagy elvezetés)
hatására végbemenő állapotváltozását jelenti.
Összefüggés:
Erdei Timotei István
31. Izobár állapotváltozás
(p = állandó)
Az „izobár" állapotváltozás a gáz hőbevezetés (vagy
elvezetés) hatására p = állandó nyomáson végbemenő
állapotváltozását jelenti.
Összefüggés:
Erdei Timotei István
32. Izotermikus állapotváltozás
(T = állandó)
Az izotermikus állapotváltozás T = állandó hőmérséklet
mellett végbemenő állapotváltozást jelent. Fizikai tartalmát
tekintve állandó hőmérsékleten végrehajtott kompresszió
vagy expanzió.
Összefüggés:
Erdei Timotei István
33. Izentropikus állapotváltozás
(s = állandó)
Az izentropikus állapotváltozás
során a gáz entrópiája nem
változik, állandó marad: ∆s = 0.
Ez a követelmény akkor
teljesül, ha az m tömegű gáz
entrópia változása:
Erdei Timotei István
34. Politropikus állapotváltozás
(n = állandó)
A legtöbb valós
folyamatban, is a nyomás, a
hőmérséklet, a térfogat és a
bevitt (vagy elvont)
hőenergia is változik. Az
ilyen állapotváltozásokat
politropikus
állapotváltozásoknak
nevezzük.
Erdei Timotei István
35. Gőztáblázatok, állapotdiagramok
A gáztörvények az ideális gáz (fizikai kémiában
célszerűen a tökéletes gáz kifejezést használják)
abszolút hőmérséklete (T), nyomása (p)
és térfogata (V) – ún. állapotjelzők – közötti
matematikai összefüggések.
A három gáztörvényt: Boyle-Mariotte törvény,
a Gay-Lussac törvényt és a Charles-
törvényt összevonva
az egyesített gáztörvényt kapjuk:
Erdei Timotei István
36. Hűtőközegek gőztáblázatai
• A hűtőközegek gőztáblázatai az
egykomponensű tiszta közegek telített
folyadék és a telített gőz állapotokra vonatkozó
állapotjelzőit tartalmazzák.
• A telített folyadékállapot állapotjelzőit ' (egy
vessző), a telített gőz állapotjelzőit " (két
vessző) felső indexszel különböztetik meg
egymástól (PL: h' és h").
Erdei Timotei István
37. Hűtőközegek gőztáblázatai
A táblázatban az egyensúlyi
rendszer mindkét fázisára
érvényes p nyomás és t telítési
hőmérséklet mellett az
egységnyi tömegre vonatkozó
fajlagos állapotjelzők, a telített
folyadék és a száraz telített
gőz entalpiája (h' és h" ),
fajtérfogata (v' és v") és
entrópiája (s' és s"), valamint
az elpárolgási entalpia r = h"-
h' szerepelnek. Erdei Timotei István
38. Hűtőközegek gőztáblázatai
A gőztáblázattal a telített gőz - telített folyadék elegy
állapotjelzőit is ki lehet számítani, ha az x fajlagos
gőztartalom ismert.
A fajlagos gőztartalom értelmezése:
Erdei Timotei István
39. Hűtőközegek log p-h diagramja
A hűtőtechnika területén
elsősorban azokat az
állapotdiagramokat használják,
amelyek egyik tengelyén a
fajlagos entalpia szerepel. A
legelterjedtebb a Bánki Donát
által javasolt p-h diagram, amely
később Mollier (Molié) javaslata
alapján log p-h diagram
formájában terjedt el.
Erdei Timotei István
40. Log p-h diagram felépítése
• Szemlélteti a hűtőközeg energiaátalakulási,
energiaátviteli állapotváltozásait.
• Függőleges tengelyen a „p” nyomás (bar)
logaritmikus osztással.
• Vízszintes tengelyen a „h” fajlagos entalpia
(kJ/kg) lineáris osztásban, t=0 C telített
folyadék állapothoz 200 kJ/kg fajlagos entalpia
értéket rendelték.
• A diagram m=1 kg tömegű adott hűtőközeg
fajlagos értékeit tartalmazza.
• Felépítése a hűtőközeg gőztáblázata alapján.
Erdei Timotei István
42. A nedves levegő h-x diagramja
Nedves levegő jellemzői:
Erdei Timotei István
43. Diagram felépítése
• A jellemzők függvénybe vannak ábrázolva 1 kg
tömegű nedves levegőre vonatkoztatva.
• A diagram függőleges tengelyén a hőtartalom
szerepel (i=állandó vonalak srégen [kJ/kg])
• Vízszintes tengelyen abszolút nedvesség
tartalom (x=állandó vonalak vízszintesen
[kg/kg] )
• A diagramot két részre osztja a relatív
nedvességtartalom vonala
Erdei Timotei István
45. Hőtranszport-alapismeretek
• II. Főtétel: A hő magától, vagyis energiaráfordítás nélkül
mindig csak egy magasabb hőmérsékletű testből egy
hidegebbe áramlik.
• Hősugárzás: A hő terjedésének egyik fajtája.
Elektromágneses sugárzás, mely szemben a hővezetéssel
és hőáramlással anyagtól mentes térben, (vákuumban) is
terjed, éppúgy, mint a fény. Hullámhossza a
rádióhullámok és a látható fény hullámhossza közötti
tartományt tölti ki (100 u - 0.8 u). A H.-t elnyelő test
felmelegszik. H. útján melegíti a Nap Földünket.
Erdei Timotei István
46. Hőtranszport-alapismeretek
Hőveszteség: Az a jelenség, amikor két,
eltérő hőmérsékletű közeg hőt cserél. Egy anyag
minél jobb hőszigetelő képességekkel rendelkezik,
annál kevesebb lesz a magasabb hőmérsékletű közeg
felől az alacsonyabb felé eltávozó energia, vagyis
annál kisebb lesz a hőátbocsátási tényező, a
hőveszteség.
Erdei Timotei István
47. A hőcserélők
Olyan készülékek, amelyeknek az a
rendeltetésük, hogy hőt közvetítsenek különböző
hőmérsékletű áramló közegek között.
Erdei Timotei István
48. A hőcserélők
• A működési elv szerint rekuperációs, regenerációs és keverő
hőcserélőket különböztetünk meg.
• A rekuperációs hőcserélőkben a hőcsere a két közeget elválasztó
falon keresztül hőátvitellel történik. A hűtőberendezések
hőcserélőinek döntő többsége ezen az elven működik.
• A regenerációs hőcserélőkben a hőátvitel szakaszos: a készülék
falai egyszer felmelegszenek, egyszer lehűlnek, mert mellette
periodikusan hol meleg, hol hideg közeg áramlik. Ilyen
hőcserélők a klímatechnika egyes hővisszanyerő hőcserélői.
Erdei Timotei István
49. Az állandó sűrűségű közeg
áramlása
A kontinuitás (folytonosság) egyenlete:
A Bernoulli-törvény pontosabban azt mondja ki, hogy
áramló közegben egy áramvonal mentén a
különböző energia összetevők összege állandó.
Erdei Timotei István
50. Bernoulli egyenletei
• Összenyomhatatlan közeg:
Állandó nehézségi gyorsulás
esetén:
• Összenyomható közeg:
Az egyenlet általánosabb alakja összenyomható
közegekre írható fel, amely esetben egy
áramvonal mentén
Erdei Timotei István
51. Kompresszoros hűtőkörfolyamatok
gőznemű hűtőközeggel
A körfolyamat valamely közeg (munkaközeg)
állapotváltozásainak zárt láncolata.
Létesítésének célja a hő munkára való
átalakítása, vagy munkabefektetés révén
hőszállítás kisebb hőmérsékletről nagyobb
hőmérsékletre.
Erdei Timotei István
52. HŰTÉSI KÖRFOLYAMAT
A hűtő körfolyamatokat a hűtőközeg minősége szerint
két csoportot lehet megkülönböztetni:
1. Gőznemű hűtőközegű
2. Gáznemű hűtőközegű
A folyamat fenntartásához energia szükséges.
Ezek csoportosítása minőség szerint:
– mechanikai munka
– meghatározott hőmérsékletszintű hőenergia,
– villamos energia
Erdei Timotei István
53. Kompresszoros hűtőkörfolyamatok
gőznemű hűtőközeggel
Egy gáznemű közeget megfelelően
az 1 kiinduló állapotból az 1-a-2
úton a 2 állapotba, majd a 2-b-1 úton
a kiinduló állapotba hozva
körfolyamatot valósítunk meg.
A zárt körfolyamatra megállapít-
hatjuk, hogy a közeg belső
energiájának eredő megváltozása
zérus, mert:
Erdei Timotei István
54. Összehasonlító kompresszoros
hűtőkörfolyamat
A Carnot hűtőkörfolyamatban a p0 nyomású,
nedvesgőz állapotú hűtőközeg az izentropikus
kompresszió végén a pc nyomáson száraz telített
gőzállapotba kerül. Ehhez igen lassú a
komprimálás során a gőz és folyadékfázisok
termikus egyensúlyát biztosító folyamat
szükséges.
Erdei Timotei István
55. A Carnot-, és az összehasonlító
hűtőkörfolyamatok összevetése
A megoldandó hűtési feladat minden esetben
meghatározza a körfolyamat hőfelvételi
(elpárolgási) és hőleadási (kondenzációs)
hőmérsékletét. A gőznemű hűtőközegű
hűtőkörfolyamatoknál a t0 elpárolgási és tc
kondenzációs hőmérséklet - telítési nyomásként
határozza meg a p0 elpárolgási - és pc kondenzációs
nyomást. A nyomások meghatározásához a
választott hűtőközeg állapotegyenleteit,
állapotdiagramját használjuk.
Erdei Timotei István
56. A Carnot-, és az összehasonlító
hűtőkörfolyamatok összevetése
Erdei Timotei István
57. Valós hűtőkörfolyamat
Az eddig megismert hűtőkörfolyamatok ún. „elméleti"
körfolyamatok voltak. Nem vették figyelembe a
megvalósításukra szolgáló berendezés részegységeiben
fellépő veszteségeket, azok hatását. Fellépő veszteségek:
Erdei Timotei István
58. Hőfelvétel az elpárologtatóban
Hőfelvételre - a hűtőközeg oldali kialakítás
szempontjából - alapvetően két hőcserélő típust
alkalmazunk elpárologtatóként. Az egyikben ún.
nagytérben való forrás valósul meg. A másikban a
hőt felvevő hűtőközeg csőben való áramlás közben
párolog el.
Erdei Timotei István
59. Csőköteges hőcserélő
• A csőköteges hőcserélőkben, amelyekben
a hűtött közeg a köpeny és a csövek közötti
térben foglal helyet un. nagyterű forrás valósul meg.
A csövek külső felületén képződő gőzbuborék a
folyadékfázison áthaladva kerül a köpenyben
kialakított gőztérbe.
• A folyadékoszlop magasságától (a köpeny
átmérőjétől) függően a folyadékfázisú hűtőközeg
nyomása változó, tehát változik a telítési (elpárolgási)
hőmérséklet is.
Erdei Timotei István
60. Kényszerített áramlású hőcserélő
Azokban az elpárologtatókban, amelyekben a
hűtőközeg csőben áramlik, változó (növekvő)
fajlagos gőztartalmú kétfázisú áramlás jön létre.
A gőzképződés következtében az áramlás
gyorsuló: a be- és kilépés közötti nyomásesést
tehát a súrlódási veszteség, a gyorsítás és az
esetenkénti szintkülönbség együttesen
határozzák meg.
Erdei Timotei István
61. Kompresszor
Kompresszor (régebben gázsűrítő)
egy olyan gép, mely erőgéppel
meghajtva növeli egy gáz nyomását és
csökkenti térfogatát. A kompresszorok
működése hasonló a szivattyúéhoz,
mindkettő növeli a közeg nyomását,
mindkettő
képes csővezetéken keresztül a közeg
szállítására, csak míg a szivattyúk a
gyakorlatilag összenyomhatatlan
folyadékokkal dolgoznak, a
kompresszorok összenyomható
gázokat szállítanak.
Erdei Timotei István
62. Kompresszor
• A kompresszorok főbb típusai:
• Térfogatkiszorításos elven működő kompresszorok.
– Forgattyús mechanizmust használó kompresszorok
• Dugattyús kompresszor.
• Membrán kompresszor.
– Rotációs kompresszorok
• Csúszólapátos kompresszor.
• Csavarkompresszor.
• Roots-kompresszor.
• Enke-kompresszor.
• Forgókarmos kopmpresszor
• Vízgyűrűs kompresszor.
• Spirálkompresszor.
Erdei Timotei István
63. Kompresszió az alternáló dugattyús
kompresszorokban
Az ideális kompresszor jellemzői:
• a hengernek nincsen károstere; azaz az LL lökethosszal
és a D hengerátmérővel meghatározott VL lökettérfogat
azonos a VH hengertérfogattal;
• a szívó, illetve a nyomóütemben a hengerben uralkodó
pH nyomás azonos a pK1 szívó-, illetve a pK2
nyomócsonkbani nyomással;
• a szállított hűtőközeg és a kompresszor szerkezeti
részei között sem hőcsere, sem súrlódás, sem a nyomó
oldalról a szívóoldalra való visszaáramlás nincsen;
tehát a kompresszió izentropikus.
Erdei Timotei István
64. Kompresszió az alternáló dugattyús
kompresszorokban
• A valóságos kompresszor hengerében megvalósuló
folyamat veszteséges:
• a hengernek V0 káros tere is van; a hengernek van olyan
térrésze, amelyet a két holtpont között alternáló mozgást
végző dugattyú nem tud kiüríteni.
• a henger működő részében az áramlási veszteségek miatt
a szívás során a pH nyomás kisebb a szívócsonkban
uralkodó pK1 nyomásnál, a kitolás során pedig nagyobb a
nyomócsonkban uralkodó pK2 nyomásnál;
• a szállított hűtőközeg és a szerkezeti részek között változó
irányú hőcsere jön létre;
• a tökéletes tömörzárás nem biztosított.
Erdei Timotei István
65. A valóságos kompresszor
• A veszteségek miatt a kompresszió
politropikus. A valóságos
kompressziófolyamat miatt a
kompresszor belső fajlagos
munkaszükséglete az ún. indikált
fajlagos munkaszükséglet nagyobb
a W elméleti értéknél. Az elméleti
és az indikált munkaszükséglet
viszonya az indikált hatásfok.
Erdei Timotei István
66. A szállítási fok
• A szállítási fok (λ) a kompresszor szívócsonkjában
beszívott hűtőközeg térfogatáram, (azaz a tényleges
szállítóteljesítmény) és a kompresszor
geometriai szállítóteljesítményének
hányadosa
• A szállítási hatásfok tehát:
Erdei Timotei István
67. Fellépő veszteségek
Volumetrikus veszteség:
A károstér a szívás, illetve a kitolás során
fellépő nyomásesések következtében a pK1
nyomásra vonatkoztatott a ténylegesen
beszívható „friss" gőz V térfogata kisebb a VL
lökettérfogatnál. E veszteségeket az ηv
volumetrikus hatásfok veszi figyelembe.
Erdei Timotei István
68. Fellépő veszteségek
Hőcseréből adódó veszteség:
A hengerbe beszívott a „friss" gőz a szerkezeti
részekkel való hőcsere és a súrlódás
következtében felmelegedik, sűrűsége csökken
(fajtérfogata nő). Ennek következményeként a V
térfogatban csak kisebb tömegű hűtőközeg
foglalhat helyet, azaz a kompresszor szívóoldali
csatlakozásán csak V-nél kisebb V' térfogat léphet
be. A kompresszorban a beszívás alatt fellépő
felmelegedés hatását az hF un. falhatásfok veszi
figyelembe.
Erdei Timotei István
69. Fellépő veszteségek
Tömörtelenségi és résveszteség:
A kompresszor hengereibe a nyomáskülönbséggel
vezérelt szívószelep engedi be, illetve a hengerből az
ugyancsak nyomáskülönbséggel vezérelt nyomószelep
engedi ki a már komprimált hűtőközeg gőzt. E szelepek
nem tökéletes zárása esetén a sűrítés során a hengerből
a szívótérbe, a szívás során a nyomótérből a hengerbe
visszaáramló, valamint a hengerfal és a dugattyú
közötti résen át a forgattyúházba áramló hűtőközeg V'-
ről Vk-ra csökkenti a ténylegesen szállított térfogatot. E
veszteség hatását a tömörzárási fok veszi figyelembe.
Erdei Timotei István
70. A hűtőközeg áramlása a kompresszor és a
kondenzátor között a nyomóvezetékben
Az elméleti hűtőkörfolyamat feltételezte, hogy a
kompresszor nyomócsonkjában kialakult nyomás
(pk2) azonos a kondenzációs nyomással (pc), továbbá,
hogy a kompresszió véghőmérséklete (t2) azonos a
kondenzátorba belépő közeg hőmérsékletével (t2’). A
valós folyamatban a nyomóvezetékben fellépő
áramlási veszteség miatt pK2 > pc A kompresszió
véghőmérsékleténél kisebb hőmérsékletű
környezettel való hőcsere következtében t2’ <t2 A
nyomóvezetékben fellépő pny = pK2 - pc nyomásesés
körültekintő kialakításnál nem haladja meg az 1K
hőmérsékletváltozással meghatározott telítési
nyomásváltozást.
Erdei Timotei István
71. Hőleadás a kondenzátorban
Hőleadásra - hűtőközegoldali kialakítás
szempontjából - alapvetően két hőcserélő
típust használunk kondenzátorként. A
részleten vázolt típusnál a természetes
hűtőközeggel hűtött csövek külső felületén
jön létre a kondenzáció. A keletkezett
kondenzátum lecsepegve a csövekről a
köpeny aljáról távozik. Megfelelően
méretezett be- és elvezető csatlakozások
esetén a nyomásesés elhanyagolható;
P2’ = Pc
Erdei Timotei István
72. Hőleadás a kondenzátorban
Ennél a típusnál a kondenzáció a
hőátadó felületet képező csövek
belsejében valósul meg. Az ilyen
kondenzátorokban a hűtőközeg
számára biztosított áramlási
keresztmetszettől, a csőkígyók
hosszától, vezetésének módjától a
terhelési állapottól függő nyomásesés
alakul ki, p2> >Pc. A nyomásesés
következtében a kondenzáció a
nyomásváltozással meghatározott
változó hőmérsékleten megy végbe.
Erdei Timotei István
73. A folyadék áramlása a kondenzátor és az expanziós
szelep között a folyadékvezetékben
Az elméleti körfolyamatban a folyadékfázisú
hűtőközeg pc kondenzációs nyomású telített
folyadékként érkezik az expanziós szelephez. A
valós berendezésben a folyadékvezeték áramlási
ellenállásától, valamint a folyadékvezetékkel
áthidalt szintkülönbségtől függően a
kondenzációs nyomásnál nagyobb vagy kisebb
nyomáson telítetlen folyadék, vagy nedvesgőz
állapotban érkezik a hűtőközeg az expanziós
szelephez.
Erdei Timotei István
74. Inert (nem kondenzálódó) gáz jelenléte
a kondenzátorban
• A berendezésbe különböző okokból bekerült,
nem kondenzálódó gáz döntően levegő. A
levegő a kondenzátum képezte folyadékzár
miatt a kondenzátorban gyűlik össze. A levegő
pL résznyomása megnöveli a kondenzátorban
kialakuló nyomást. A pkond nyomás a levegő
résznyomásával nagyobb a pc kondenzációs
nyomásnál:
Erdei Timotei István
75. Inert (nem kondenzálódó) gáz jelenléte
a kondenzátorban
• A kompresszor a levegő jelenléte miatt nagyobb
nyomáson kell szállítson, amint azt az ábra mutatja.
• A nyomásviszony megnövekszik:
Erdei Timotei István
76. A hűtőberendezés részegységeinek
együttműködése
• Az egyfokozatú kompresszoros hűtőberendezés
alapvetően négy meghatározó részegységből áll.
Ezek: elpárologtató, kompresszor, kondenzátor,
expanziós szelep.
• Ezen részegységek és a „külső tartomány" jellemzői
együttesen határozzák meg a berendezés
hűtőteljesítményét és teljesítményfelvételét.
• Állandósult üzemállapotban mindegyik részegységen
azonos hűtőközeg tömegáram halad át.
Erdei Timotei István
77. Az elpárologtató jelleggörbéi
A gyakorlatban - elhanyagolva a hőátbocsátási tényező
terhelési állapottól való függését - az összefüggés
egyszerűsített változata használatos
ahol
Erdei Timotei István
78. Az elpárologtató jelleggörbéi
Adott méretű, konstrukciójú
elpárologtató, adott hűtött és
hűtőközeg esetén csak a hűtött
közeg ṁh tömegáramától függ.
E közelítő összefüggésnek
megfelelően az ábra mutatja a
0e, t0, th1 és ṁh kapcsolatát,
az elpárologtató üzemi
viselkedését jellemző un.
„jelleggörbéjét".
Erdei Timotei István
79. A kompresszor jelleggörbéje
A kompresszor az elpárologtatóban hőfelvétel során
gőzfázisba került p0 nyomású hűtőközeget szállítja a
pc kondenzációs nyomásra.
A kompresszorral az elpárologtatóból a
kondenzátorba szállított hűtőközeg tömegáramát
(ṁR) a kompresszor elméleti szállítóteljesítménye
(Vgeo), szállítási foka (λ) és a beszívott hűtőközeg
fajlagos térfogata (fa) együttesen határozzák meg.
Erdei Timotei István
80. A kompresszor jelleggörbéje
• A szállított tömegáram tehát a t0; tc
hőmérsékletekkel meghatározott belső
üzemállapot függvénye.
• Az adott kompresszor hűtőteljesítménye:
Erdei Timotei István
81. A kompresszor jelleggörbéje
Az adott kompresszor hajtásához szükséges, a
tengelyen bevezetendő teljesítmény (Pt) a szállított
hűtőközeg veszteséges komprimálására fordított ún.
belső (indikált) teljesítményszükségletből (Pi) és a
mechanikai veszteségek fedezésére fordított
teljesítményből (Pm) áll. A belső (a hűtőközeg
energiatartalmát növelő) teljesítményfelvételt a
szállított tömegáram (ṁR), a kompresszor elméleti
fajlagos munka szükségelete (W) és a kompresszor
(belső) indikált hatásfoka (η i ) határozzák meg:
Erdei Timotei István
82. • A gyakorlat inkább a kompresszor
ún. üresjárati teljesítményfelvételét
veszi figyelembe, amelyet
közelítően csak a fordulatszámtól
függőnek tekinthetünk:
• Pm = Pü = áll.
Értékét adott kompresszornál
méréssel határozzuk meg.
A tengelyen felvett teljesítmény
tehát
• Pt = Pi + Pm = Pi + Pü
A kompresszor jelleggörbéje
Erdei Timotei István
83. A kondenzátor jelleggörbéi
• A kondenzátor a hűtőberendezésnek az a részegysége, amelyben a
kompresszortól érkező hűtőközeg a természetes hűtőközegnek
leadja a hűtött közegből, valamint a kompresszió során felvett
energiaáramok összegét.
• A hűtőközeg túlhevített gőzként lép be a kondenzátorba, s onnan tc
telítési hőmérsékletű folyadékként távozik. A természetes
hűtőközeg hőmérséklete emelkedik a hőfelvétel során (ta1 < ta2). A
hűtőközeg túlhevítési hőjét hőmérsékletcsökkenés mellett,
fázisváltozási (párolgás) hőjét állandó tc kondenzációs
hőmérsékleten adja le.
Erdei Timotei István
84. A kondenzátor jelleggörbéi
• Ezen összefüggéseket felhasználva a kondenzátor
hőteljesítménye (a levezetés mellőzésével):
• Az ábra mutatja a kondenzátor
c hőteljesítményének a
természetes hűtőközeg ṁa
tömegáramával és ta1
hőmérsékletével való
kapcsolatának jellegét.
Erdei Timotei István
85. Az expanziós szelep jelleggörbéi
• Az expanziós szelep feladata az elpárologtató
hőátadó felületének teljes kihasználtságához
szükséges hűtőközegáram biztosítása az
üzemelés teljes tartományában.
• A kondenzációs hőmérséklet csökkenése az
elpárolgási hőmérséklet növekedése egyaránt
csökkenti az átbocsátott tömegáramot.
Erdei Timotei István
86. • A kompresszorhoz hasonlóan a gyakorlatban általánosan
használt az „expanziós szelep hűtőteljesítménye„ nevű
meghatározás. Ez alatt a szelepen
meghatározott t0; tc hőmérsékletek mellett - átbocsátott
tömegáram és az elpárologtatóban azonos viszonyok mellett
felvett fajlagos hőmennyiség (q0) szorzatát értjük.
Az expanziós szelep jelleggörbéi
Erdei Timotei István
87. A részegységek együttműködése
(az állandósult üzemállapot meghatározása)
A meghatározott konstrukciójú, méretű
elpárologtatóból, kompresszorból, kondenzátorból,
expanziós szelepből (Ae; Ac; Vgeo; Aex) kialakított
hűtőberendezés hűtőteljesítményét a külső
feltételek (th1; ṁh; ch; ta1; ṁ; ca) határozzák meg.
Erdei Timotei István
88. A részegységek együttműködése
(az állandósult üzemállapot meghatározása)
A gyakorlatban elterjedten alkalmazzuk a
kompresszorból, hajtómotorból, kondenzátorból
kialakított ún. „kondenzáló egységet" (hűtő-
aggregátot). A kondenzáló egység
hűtőteljesítménye adott kondenzátor oldali külső
feltételek mellett már csak az elpárolgási
hőmérséklettől függ.
Erdei Timotei István
89. A részegységek együttműködése
(az állandósult üzemállapot meghatározása)
Ez a kompresszor a kondenzátorhoz hőáramot szállít.
Erdei Timotei István
90. • A kompresszor és a kondenzátor együttműködése során
minden üzemállapotban a kondenzátor képes kell, hogy legyen
a kompresszorból érkező hőáram természetes hűtőközegbe
való leadására: azaz a
• A kompresszor jelleggörbéiből az elpárolgási hőmérséklet
minden értéke mellett ismert a kompresszorral a
kondenzátorhoz szállított hőáram kondenzációs hőmérséklettől
való függése. Így minden elpárolgási
hőmérséklethez meghatározható az a tc kondenzációs
hőmérséklet, amely mellett teljesül a
A részegységek együttműködése
(az állandósult üzemállapot meghatározása)
Erdei Timotei István
91. • Ily módon ismertté válik a
kompresszor és kondenzátor
együttműködésére
meghatározott
kapcsolat.
• Minden t0 - tc értékpár
meghatároz egy-egy
kompresszor hűtőteljesítményt.
Ez a teljesítmény a kondenzáló
egység hűtőteljesítménye,
amely már csak az elpárolgási
hőmérséklet függvénye egy
adott természetes hűtőközeg
hőmérséklet esetén:
A részegységek együttműködése
(az állandósult üzemállapot meghatározása)
Erdei Timotei István
92. Hűtőberendezés védelme
• A hűtőberendezésben kialakuló hűtőközegoldal
üzemállapotot a külső feltételek határozzák meg.
• Minden esetben, amikor a berendezésben kialakuló
üzemállapot túllépi az alkalmazhatóság határait, a
részegység és ezzel a berendezés - meghibásodása
következik be.
• A berendezés védelmi rendszere a szükséges biztonsági
tartozékok és a telepítés tekintetében a hűtőközeg fajtája,
töltetének mennyisége a meghatározó.
• A hűtőberendezések létesítésével, telepítésével,
üzemeltetésével kapcsolatos biztonsági követelményeket
nemzeti és nemzetközi előírások tartalmazzák.
Erdei Timotei István
93. Védelem a megengedett maximális üzemi
nyomás túllépése ellen
Van egy kis és egy nagynyomású része. A nagynyomású
részhez tartozik a kompresszor nagynyomású oldala, a
kondenzátor, utóhűtő, folyadéktartály, a nyomó- és a
folyadékvezeték, valamint esetleges egyéb kiegészítő
készülékek (olajleválasztó, stb.). A kisnyomású rész az
expanziós szelep és a kompresszor szívócsonkja közötti
részegységeket, valamint a kompresszor szívóoldali
részét foglalja magában. Ezek közül a „leggyengébb"
határozza meg a megengedett maximális üzemnyomást.
Megfelelően megválasztott részegységek esetében a
kompresszor a meghatározó részegység.
Erdei Timotei István
94. Kellő körültekintéssel tervezett és telepített berendezés esetében a
nagynyomású oldalon kialakuló nyomás két okból haladhatja meg a
megengedett pK2 max maximális üzemi nyomást:
a) A kondenzátor csak a tervezettnél nagyobb kondenzációs hőmérséklet
mellett képes leadni a kompresszorral szállított hőáramot.
b) A berendezés a környezetből a tervezettnél nagyobb hőáramot kap.
az a) esetben a nyomás tervezettnél nagyobb értéke:
- a természetes hűtőközeg tervezettnél kisebb tömegáramának,
- a természetes hűtőközeg tervezettnél nagyobb hőmérsékletének,
- a kondenzátorban nem kondenzálódó idegen gáz jelenlétének,
- az elpiszkolódott felületek
Védelem a megengedett maximális üzemi
nyomás túllépése ellen
Erdei Timotei István
95. Védelem a megengedettnél kisebb szívóoldali
nyomás kialakulása ellen
• A kompresszor üzembiztos működése, típusonként más-más
műszaki ok miatt meghatározza a szívóoldali nyomás pK1min
megengedett minimális értékét. Egyes esetekben a
berendezés meghibásodás elleni védelme érdekében (pl.
fagyveszély) kell határolni a szívóoldali nyomást. A
szívóoldali nyomás tervezettnél kisebb, a berendezés
biztonságát veszélyeztető nyomás kialakulásának oka a
hűtött közeg tömegáramának lecsökkenése, a hűtési igény
csökkenése következtében a hűtött közeg hőmérsékletének
rendellenes mértékű csökkenése, zavar az elpárologtató
hűtőközeg ellátásában, stb. lehet.
• A védelmet a szívóoldali nyomást érzékelő nyomáskapcsoló
szolgálja.
Erdei Timotei István
96. Védelem a megengedettnél kisebb szívóoldali
nyomás kialakulása ellen
A szívóoldali presszosztát leállítja a berendezést,
ha a nyomás eléri a megengedett minimális
értéket. A nyomás emelkedésekor a kapcsoló
újraindítja a berendezést. A kis szívóoldali
nyomás melletti indulás nem veszélyezteti sem a
kompresszor, sem az azt hajtó motor
üzembiztonságát.
Erdei Timotei István
97. Védelem a kompresszor olajrendszerének elégtelen
működése miatti meghibásodás ellen
• A kompresszorok üzembiztos működésének feltétele a
kenési helyek megfelelő olajellátása, a megfelelő
olajforgalom biztosítása. A kompresszorok meghatározó
hányada kényszerolajozású. Ezek olajforgalmát
általában a kompresszor tengelyéről hajtott
olajszivattyú biztosítja.
• A túlnyomás - az olaj- és a forgattyúházi
nyomáskülönbség - csökkenése elégtelen olajozást
jelent. A meghibásodás elkerülésére le kell állítani a
kompresszort, s csak kézi beavatkozással szabad
újraindítani.
Erdei Timotei István
98. Védelem a kompresszió véghőmérséklet káros
megemelkedése ellen
A kompresszor és ezzel a berendezés
üzembiztosságát a megengedettnél nagyobb
kompresszió véghőmérséklet is veszélyezteti. A
kompresszió véghőmérsékletének kedvezőtlen
megemelkedését okozhatja a tervezettnél kisebb
szívóoldali nyomás és nagyobb túlhevítési
hőmérséklet, a nagyobb nyomóoldali nyomás (pl.
idegen gáz a kondenzátorban), tökéletlenül záró
nyomószelep, stb. A kompresszió véghőmérséklet
rendellenes megemelkedésekor a meghibásodás
megelőzése érdekében le kell állítani a
kompresszort.
Erdei Timotei István
99. Hermetikus kompresszorok
motorvédelme
• A hermetikus motorkompresszort hajtó villamosmotor a
kompresszorral zárt egységet alkot.
A motorkompresszor konstrukciójától függően az állórész
hűtési módja különböző. Egyes típusoknál a beszívott
hűtőközeg is részt vesz az állórész hűtésében. A motor
szempontjából veszélyt jelent a megengedettnél nagyobb
áramfelvétel (túláram) és az elégtelen hűtés következtében
előálló tekercs túlmelegedés.
• A motor meghibásodása ellen a túláram, hővédő kapcsoló,
illetve a tekercshőmérsékletet érzékelő hőfokkapcsoló nyújt
védelmet.
Erdei Timotei István
100. Hűtött folyadék megfagyása elleni
védelem
• Folyadékot hűtő berendezésekben, ha az elpárologtató hűtött-közeg oldali
felületi hőmérsékletre a folyadék dermedési hőmérsékletre alá csökken, a
hűtött folyadék (ill. annak nagyobb dermedési hőmérsékletű komponense)
kifagy a felületen. A felületen képződött szilárd fázis (jég) egyfelől rontja a
hőátadási viszonyokat, másfelől szűkíti a szabad áramlási keresztmetszetet.
A lefagyás okai lehetnek:
• az előírtnál nagyobb dermedési hőmérsékletű folyadék;
• a berendezés igényeltnél nagyobb hűtőteljesítménye;
• a hűtött közeg tervezettnél kisebb tömegárama;
• a folyadékot hűtő elpárologtató hűtött közeg oldalán ún. „pangó" terek
kialakulása. Ezekben a terekben a folyadék áramlási sebessége kisebb az
átlagosnál (esetleg gyakorlatilag nulla);
Erdei Timotei István