3. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

4. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

2. Какие типы холодильных установок пассажирских и изотермических вагонов Вам 3. Назовите, в чем состоят конструктивные отличия установки ФАЛ-056 от установки 315.004?

4. Каково назначение основных элементов холодильной машины?

5. Какие перспективные разработки холодильных установок пассажирских и изотермических вагонов Вам известны?

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

транспорта / Под ред. Л.Я. Левенталь. – М.: Транспорт, 1993. – 228с.

2. Методические указания к выполнению курсовой работы по дисциплине «Энергохолодильные системы вагонов и их ремонт». – Самара: СамГАПС, 3. Малоземов В.Н., Фурсенко В.Ф., Кууск А.Б. Энергетические системы обеспечения жизнедеятельности человека на железнодорожном транспорте:

Учеб. для вузов / Под ред. Малоземова. – М.: Желдориздат, 2002. – 289с.

4. Тертеров М.Н., Лысенко Н.Е., Панферов В.Н. Железнодорожный хладотранспорт: Учеб. для вузов ж. д. трансп. – М.: Транспорт, 1987. – 255с.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №

ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОЧИХ ПРОЦЕССОВ ХОЛОДИЛЬНЫХ УСТАНОВОК.

РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ РАБОЧЕГО ЦИКЛА ПАРОВОЙ КОМПРЕССИОННОЙ

ХОЛОДИЛЬНОЙ МАШИНЫ

1. Освоить расчет параметров теоретического рабочего холодильного цикла холодильной машины.

2. Изучить методику расчета параметров рабочего цикла ПКХМ.

3. Дать ответы на контрольные вопросы.

1. КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ ИЗ ТЕОРИИ

Совокупность процессов, которые при этом осуществляет хладагент, называют холодильным циклом. Расчет холодильного цикла позволяет определить мощность компрессора и тепловую нагрузку на конденсатор.

Расчет теоретического рабочего цикла холодильной машины заключается в определении отводимого и подводимого тепла при условии постоянного давления, а также тепла, получаемого в результате сжатия паров хладагента в компрессоре.

Для расчета цикла холодильной машины и определения параметров хладагента в любой точке рассматриваемого холодильного процесса используется энтальпийная диаграмма «P-i» хладагента.

Заданными величинами являются:

- часовая холодопроизводительность машины Q0, Вт;

- температура кипения хладагента t0, °C;

- температура конденсации хладагента tК, °C;

- температура переохлаждения хладагента перед регулирующим вентилем tП, °C, если используется теплообменник-переохладитель;

- вид хладагента (хладон, аммиак).

Спроецировав найденные значения температур на ось ординат диаграммы «P-i», определяют соответствующие им значения давления конденсации PК и кипения P0. Далее теоретический рабочий цикл следует строить следующим образом. На граничной кривой хладагента x=1 (x – паросодержание) находится точка 1 пересечения с температурой t0 и точка «а» пересечения с температурой tК. Точка 2 находится на пересечении линии давления PК и кривой постоянства энтропии (адиабаты) S1=const. Точка 3 находится в точке пересечения линии давления PК и левой пограничной кривой x=0. Точка получается при пересечении прямой i3=const с линией давления P0.

Рассмотрим теоретический цикл одноступенчатой паровой машины в координатах P-i (на рис. 1 жирная линия 1–2–3–4).

Рис. 1. Теоретический рабочий цикл паровой компрессионной холодильной машины Компрессор всасывает из испарителя сухой насыщенный пар с низким давлением P и температурой t0 (на диаграмме (рис.1) состояние хладагента соответствует точке 1 на правой пограничной кривой) и адиабатически сжимает его (процесс 1–2) до давления в конденсаторе PК. При этом пары хладагента нагреваются за счет работы сжатия до температуры нагнетания (перегрева сжатия). Горячие пары хладагента по трубопроводу нагнетаются компрессором в конденсатор, где они при постоянном давлении PК сначала охлаждаются от температуры перегрева сжатия до температуры конденсации tК (процесс 2–а), а затем конденсируются (а–3) при постоянном давлении PК и температуре tК в процессе отвода тепла от хладагента к окружающей среде (атмосферному воздуху или воде, омывающим конденсатор). Далее жидкий хладагент с высоким давлением PК и умеренной температурой tК поступает в регулирующий вентиль, проходит его и при этом дросселируется (изоэнтальпический процесс 3–4) с понижением давления от PК до P0 и температуры от tК до t0. Часть жидкого хладагента при дросселировании бесполезно превращается в пар, уменьшая полезную холодопроизводительность хладагента (точка 4, характеризующая состояние хладагента после регулирующего вентиля, находится в области влажного пара). Получаемая парожидкостная смесь направляется в испаритель, где жидкий хладагент кипит при постоянном низком давлении P0 и температуре t (процесс 4–1), отнимая тепло от охлаждаемого объекта (воздуха вагона, камеры или рассола). Образующиеся пары хладагента отсасываются компрессором, и цикл повторяется снова.

После построения теоретического рабочего холодильного цикла проводится расчет основных теоретических параметров холодильной машины.

Удельная холодопроизводительность 1 кг хладагента q0 (в кДж/кг):

Теоретическая работа, затрачиваемая в компрессоре на сжатие 1 кг хладагента (в кДж/кг):

Тепло, отданное 1 кг хладагента охлаждающему воздуху (или воде) в конденсаторе (в кДж/кг):

или по закону сохранения энергии Холодильный коэффициент цикла:

Количество циркулирующего в системе холодильного агента GХ (в кг/ч):

где 3,6 – коэффициент перевода Вт в кДж/ч.

Теоретическая подача компрессора, т.е. объем пара, всасываемого компрессором (в м /ч):

Удельная объемная холодопроизводительность хладагента (в кДж/м ):

Из соотношений (1) – (3) следует, что подачу компрессора можно определить также по формуле (4).

Потребная теоретическая мощность компрессора (в Вт):

Тепловая нагрузка на конденсатор (в Вт):

2. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

2.2. Изучить принцип построения теоретического рабочего холодильного цикла по настоящим методическим указаниям.

2.3. В соответствии с Вашим заданием на курсовую работу по заданным температурам tВ и tН построить теоретический рабочий цикл холодильной машины в энтальпийной диаграмме P-i хладагента (рис. 2-3).

2.4. Определить параметры холодильного агента, заполнить табл. 2.

Температура, 0С 2 Давление, МПа 3 Энтальпия, кДж/кг 4 Удельный объем 2.5. Выполнить расчет основных параметров холодильной машины по данным Вашего варианта курсовой работы (табл. 2).

3. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

4. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

2. Что такое холодильный цикл?

3. Что означает термин «холодопроизводительность машины»?

4. В чем состоят основные требования, которым должны удовлетворять холодильные установки и их узлы?

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

2. Демьянков Н.В., Маталасов С.Ф. Хладотранспорт: Учеб. для вузов. – М.:

Транспорт, 1976. – 248с.

3. Тертеров М.Н., Лысенко Н.Е., Панферов В.Н. и др. Хладотранспорт (с примерами решения задач) – М.: Транспорт, 1985. – 135с.

4. Методические указания к выполнению курсовой работы по дисциплине «Энергохолодильные системы вагонов и их ремонт». – Самара: СамГАПС,

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №

ИЗУЧЕНИЕ СИСТЕМЫ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА В ПАССАЖИРСКОМ

ВАГОНЕ. РАСЧЕТ ТЕМПЕРАТУРЫ ПОДАЧИ ВОЗДУХА И ОПРЕДЕЛЕНИЕ

ОТНОСИТЕЛЬНОЙ ВЛАЖНОСТИ ВОЗДУХА В ВАГОНЕ

1. Ознакомиться с системой кондиционирования воздуха пассажирского вагона.

2. Приобрести навыки расчета параметров влажного воздуха.

3. Дать ответы на контрольные вопросы.

1. КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ ИЗ ТЕОРИИ

Установлены следующие требования к параметрам воздуха в вагоне:

- температура воздуха 2226°C;

- относительная влажность 4060%;

- минимальное количество подаваемого в вагон свежего воздуха на одного пассажира летом 25 м3/ч, зимой 20 м3/ч;

- максимально допустимое содержание пыли 1 мг/м3;

- максимально допустимое содержание углекислого газа 0,1% по объему.

С целью создания оптимальных санитарно-гигиенических условий система кондиционирования пассажирского вагона должна быть оснащена оборудованием для вентиляции, охлаждения, отопления, автоматического управления, регулирования и защиты, очистки воздуха, энергоснабжения.

На железных дорогах России в пассажирских вагонах применяется круглогодичное неполное кондиционирование воздуха (неполное, потому что нет системы увлажнения воздуха). По источникам энергоснабжения системы кондиционирования бывают с индивидуальным (от подвагонного генератора) и централизованным (от дизельэлектростанции) энергоснабжением.

Наиболее широкое распространение получили одноканальные системы кондиционирования с рециркуляцией воздуха (мягкий вагон постройки завода им.

Егорова, г. Санкт-Петербург). В данной системе наружный воздух поступает в вагон через заборную решетку и сетчатый многослойный фильтр и подается в смесительную камеру воздуховода, где смешивается с рециркуляционным воздухом в соотношении 1:3.

Смесь воздуха подается вентилятором на поверхность охладителя или калорифера, установленного последовательно по ходу движения воздуха, и по нагнетательному воздуховоду – в купе. Вентиляционный агрегат расположен в противоположной служебному помещению стороне вагона (рис. 1).

Рис. 1. Расположение агрегатов установки КЖ-25П в мягком вагоне:

1 – решетка забора наружного воздуха с заслонкой; 2 – фильтр; 3 – вентиляционный агрегат; 4 – диффузор; 5 – воздухоохладитель; 6 – электрокалорифер; 7 – рециркуляционный канал; 8 – нагнетательный воздухопровод; 9 – выпуск воздуха в купе;

10 – дефлектор; 11 – компрессор; 12 – конденсатор; 13 – фильтр-осушитель Система охлаждения (КЖ-25П) состоит из воздухоохладителя 5, представляющего собой трубчатую оребренную секцию с развитой поверхностью, компрессорного агрегата 11, электродвигателя компрессора постоянного тока и конденсаторного агрегата 12. Система охлаждения (кроме воздухоохладителя) расположена под рамой вагона. В зимнее и переходное время года воздух подогревается с помощью электрокалорифера, расположенного в конфузоре воздуховода.

В пассажирских вагонах, построенных в Германии и Венгрии, используется схема одноканальной системы кондиционирования с рециркуляцией и байпасированием.

Отличие от рассмотренной ранее схемы состоит в том, что в вентиляционном агрегате имеется байпасная линия с автоматически управляемой заслонкой, прикрывающей обходной канал, через который часть рециркуляционного воздуха может поступать прямо к вентилятору, минуя воздухоохладитель и нагреватель. Кроме того, все агрегаты холодильной установки «Стоун» объединены в едином блоке. Центробежный вентилятор работает в постоянном режиме, обеспечивая подачу в вагон 3200 м3/ч воздуха, в том числе наружного – 800 м3/ч.

Схема расположения агрегатов системы кондиционирования воздуха типа «СтоунКэрриер» в вагоне показана на рис. 2.

При повышении температуры в вагоне весь воздух проходит через воздухоохладитель. При понижении температуры в вагоне автоматически открывается байпасная заслонка, и часть воздуха направляется к вентилятору, минуя воздухоохладитель, который расположен до вентилятора. Если температура продолжает понижаться, то холодопроизводительность установки «Стоун» уменьшается с помощью отжатия клапанов в 3-х цилиндрах компрессора из 4-х.

Рис. 2. Расположение агрегатов кондиционирования воздуха установки «Стоун»

1 – решетка с заслонкой забора наружного воздуха; 2 – фильтр; 3 – воздухоохладитель;

4 – водяной калорифер; 5 – электрокалориферы; 6 – байпасная заслонка;

7 – вентиляционный агрегат; 8 – дефлекторы; 9 – термодатчики в возвратном воздуховоде; 10 – фильтр рециркуляционного воздуха; 11 – выпуск воздуха в купе;

12 – решетки в дверях; 13 – редуктор; 14 – карданный вал; 15 – центробежная муфта;

16 – генератор; 17 – электропечи; 18 – аккумуляторная батарея; 19 – конденсаторный агрегат; 20 – фильтр-осушитель; 21 – ресивер; 22 – компрессорный агрегат Схема системы кондиционирования МАБ-II (Германия, г. Аммендорф) принципиально не отличается от КЖ-25П. Особенностью является возможность регулирования температуры воздуха в каждом купе (рис. 3).

Рис. 3. Размещение агрегатов установки кондиционирования воздуха МАБ-II в 1 – вентилятор, охладитель, нагреватель, фильтр и смесительные камеры; 2 – пульт управления; 3 – канал приточного воздуха; 4 – генератор; 5 – аккумуляторная батарея;

Система кондиционирования КЖ-25П с централизованным электроснабжением в вагонах межобластного сообщения постройки ВСЗ г.Твери питается от дизельэлектростанции напряжением 400/230В (рис. 4).

В 1998 году Лаборатория новых технологий и производства АО «ЛАНТЕП»

разработала моноблочную установку кондиционирования воздуха пассажирского вагона УКВ ПВ с воздушным охлаждением конденсатора на базе двухступенчатого турбокомпрессора холодопроизводительностью 28 кВт. Система заполняется 16 кг озонобезопасного хладона RC318.

Рециркуляционный воздух из вагона смешивается с каждой боковой стороны УКВ ПВ в камерах смешения с наружным воздухом, пропускается через фильтры и подается в испарители. Перед подачей в вагон воздух охлаждается в испарителях (летний режим) или подогревается электрокалориферами (переходный режим) или водяными калориферами (зимний режим).

Рис. 4. Расположение агрегатов кондиционирования воздуха в вагоне межобластного 1 – решетка забора наружного воздуха; 2 – фильтры; 3 – вентиляционный агрегат;

4 – диффузор; 5 – воздухоохладитель; 6 – электрокалорифер; 7 – нагнетательный воздуховод; 8 – рециркуляционный канал; 9 – выпуск типа «мультивент»; 10 – дефлектор в туалете; 11 – конденсаторный агрегат; 12 – компрессорный агрегат; 13 – фильтросушитель; 14 – щит приборов; 15 – электропечи; 16 – служебное помещение;

17 – туалет; 18 – электрокипятильник; 19 – гардеробная (радиокупе); 20 – салон Сравнение различных установок кондиционирования воздуха пассажирских вагонов по технико-эксплуатационным показателям можно провести с помощью табл. 1.

Технико-эксплуатационные показатели установок кондиционирования воздуха электроснабжения генератора, кВт подаваемого в вагон, компрессора диаметр цилиндра и ход поршня льность, кВт поверхности воздухоохладителя, поверхности конденсатора, м 1.2. Расчет температуры подачи воздуха и относительной влажности в вагоне В летнее время воздух, подаваемый в вагон из системы кондиционирования, должен иметь температуру подачи t П ниже температуры воздуха в вагоне t В на 8…12°C, чтобы снять избыточное тепло из вагона и поддерживать температуру в вагоне на заданном уровне (например, t В =24°С).

Оценить требуемую температуру подачи t П можно с помощью уравнения теплового баланса где V П - объемный расход подаваемого в вагон воздуха (см. табл. 1), м3/с;

В =1,2 кг/м - плотность воздуха;

C P =1005 Дж/(кгК) - изобарная теплоемкость воздуха;

Q – сумма всех теплопритоков в вагон, Вт;

Q ХМ – рабочая холодопроизводительность холодильной установки, Вт.

Относительная влажность воздуха в вагоне рассчитывается следующим образом.

Сначала определяется влагосодержание воздуха, подаваемого в вагон.

Предполагается, что из системы кондиционирования воздух выходит в состоянии насыщения (относительная влажность – 100%). По диаграмме i-d для влажного воздуха (см. рис. 5) находится влагосодержание подаваемого воздуха d П в точке пересечения линии t П =const и кривой П =100%. Когда охлажденный воздух подается в вагон, его температура повышается за счет теплопритоков до величины t В, а влагосодержание остается неизменным. Относительная влажность в вагоне В (без учета влаговыделения пассажиров) находится в точке пересечения (рабочая точка А на рис.5) на диаграмме i-d прямой d П =const и линии t В =const.

Если охлажденный воздух смешивается с воздухом из байпасной линии (вагон «Микст»), имеющим влагосодержание d Б, отличающееся от d П, то рабочая точка (точка B на рис. 5) на диаграмме i-d находится по параметрам смеси воздуха:

где = G Б (G В + G П ) – массовая доля воздуха, обходящего охладитель по байпасной TСМ, TВ, TП – абсолютные температуры воздушной смеси, воздуха в вагоне и Массовую долю можно определить, если известно, на сколько градусов t (температура воздуха внутри вагона) понизилась по сравнению с требуемой перед тем, как открылась заслонка на байпасной линии. Приравняв можно получить из уравнения (3) выражение для :

Влагосодержание воздуха в байпасной линии d Б отличается от d П на величину влаговыделения пассажиров. Так, для n пассажиров в вагоне влагосодержание воздуха на выходе из вагона будет где g =0,0130,015 г/с – влаговыделение одного пассажира в секунду.

Подставив выражение (5) в (2), можно получить По значениям t В и d СМ на диаграмме i-d находится рабочая точка B как пересечение прямой d СМ =const и линии t В =const, в которой определяется относительная влажность В – см. рис. 5.

Если относительная влажность воздуха внутри вагона больше 60%, то следует производить осушку воздуха после охладителя (снижать d П ).

2. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

2.2. Привести эскиз расположения агрегатов установки кондиционирования и схему холодильной установки по варианту Вашего задания на курсовую работу.

2.3. По заданной величине температуры воздуха внутри вагона t В рассчитать температуру подачи воздуха t П, а также относительную влажность в вагоне для выбранной системы кондиционирования. Заполнить табл. 2.

Параметры воздуха в системе кондиционирования пассажирского вагона

3. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

4. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

2. Какие основные требования предъявляются к параметрам воздуха в вагоне летом и 3. В чем состоят особенности холодильной установки «Стоун» по сравнению с системой кондиционирования, применяемой в мягких вагонах постройки завода им. Егорова?

4. Каковы основные достоинства и недостатки системы кондиционированияКЖ-25П?

5. Какой хладагент и в каком количестве применяется в установке УКВ ПВ?

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

2. Осадчук Г.И., Фарофонов Е.С. Холодильное оборудование и установки кондиционирования воздуха. – М.: Транспорт, 1974. – 304с.

3. Малоземов В.Н., Фурсенко В.Ф., Кууск А.Б. Энергетические системы обеспечения жизнедеятельности человека на железнодорожном транспорте:

Учеб. для вузов / Под ред. В.Н. Малоземова. – М.: Желдориздат, 2002. – 289с.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №

ИЗУЧЕНИЕ ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ ХОЛОДИЛЬНЫХ УСТАНОВОК.

РАСЧЕТ КОНДЕНСАТОРА ПАРОВОЙ КОМПРЕССИОННОЙ ХОЛОДИЛЬНОЙ

МАШИНЫ

1. Ознакомиться с характеристиками теплообменников холодильных установок.

2. Приобрести навыки расчета теплообменников.

3. Дать ответы на контрольные вопросы.

1. КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ ИЗ ТЕОРИИ

Конденсаторы холодильных машин обеспечивают охлаждение перегретых паров хладагента, а затем их конденсацию при давлении, соответствующем степени повышения давления в цикле холодильной машины.

Конденсаторы холодильных машин выпускают с проточным, оросительным или испарительным водяным охлаждением, либо с воздушным охлаждением.

Конструкция конденсатора (см. рис. 1) представляет собой змеевиковую систему с оребрением. Оребрение внешней поверхности теплообменника, омываемой воздухом, увеличивает теплопередачу, что позволяет уменьшить расход труб, массу и габариты аппарата. Степень оребрения, то есть отношение площадей поверхностей ребер и труб, обычно находится в диапазоне от 10 до 20.

Характеристики конденсаторов и вентиляторов для их обдува приведены в табл. 1.

Конденсатор холодильной установки ФАЛ-056/1 в вагонах ZB-5 и АРВ выполнен из алюминиевых труб диаметром 15 мм. Конденсатор холодильной установки ВР-1М 5вагонной секции БМЗ выполнен из медных труб с латунными ребрами, а конденсаторы холодильных установок 12-вагонной секции и 5-вагонной секции ZA-5 – из стальных труб со стальными ребрами.

Характеристики конденсаторов рефрижераторных вагонов поверхности конденсатора, м коэффициент теплопроводности материала стенки, Вт/(мК) вентиляторов, тыс.

м3/ч электродвигателей вентиляторов, кВт 1 – входной коллектор; 2 – змеевиковая трубка; 3 – пластинчатые ребра; 4 – выходной Испаритель является основным элементом холодильной машины, в нем жидкий хладагент, получая теплоту от охлаждаемого объекта, кипит и в виде паров отсасывается компрессором.

Испарители бывают двух типов: для охлаждения рассола (12-вагонная секция) и воздуха (АРВ, 5-вагонные секции). Испарители первого типа выполняют в виде кожухотрубных теплообменников. В них жидкий хладагент поступает снизу в пространство между кожухом и трубами. Здесь он кипит, охлаждая рассол, проходящий по трубам. Образующиеся пары отсасываются компрессором в верхней части кожуха.

Испарители второго типа (воздухоохладители) по своей конструкции аналогичны конденсаторам – см. рис. 1.

Воздухоохладители 5-вагонных секций и АРВ размещены непосредственно в грузовых помещениях вагонов и являются испарителями для непосредственного охлаждения воздуха с принудительной циркуляцией его от вентиляторов-циркуляторов.

Жидкий хладагент кипит внутри оребренных труб, образующих змеевиковую конструкцию. Однако, расстояние между ребрами значительно больше (степень оребрения - меньше), чем у конденсаторов, так как на трубах и ребрах образуется иней («шуба») из влаги воздуха.

Переохладители служат для переохлаждения жидкого хладагента перед регулирующим вентилем за счет перегрева холодных паров, всасываемых компрессором.

Применяется переохладитель во фреоновых холодильных машинах и представляет собой двухтрубный аппарат, состоящий из трубы большого диаметра, внутри которой проходит змеевик из трубы меньшего диаметра. По змеевику идет сжиженный в конденсаторе хладон-12, а через межтрубное пространство проходят пары хладагента после испарителя. В результате теплообмена пары перегреваются, а жидкий хладон переохлаждается - это повышает холодопроизводительность установки и улучшает работу компрессора.

1.2. Методика расчета конденсатора холодильной установки Расчет конденсатора при проектировании холодильной установки заключается в определении площади теплопередающей поверхности и расхода охлаждающего воздуха.

Площадь поверхности конденсатора можно определить из уравнения теплопередачи где QК – тепловая нагрузка конденсатора, Вт;

K – коэффициент теплопередачи, Вт/(м К);

FК – площадь внутренней поверхности конденсатора, м ;

СР - среднелогарифмический температурный напор, К.

Величина тепловой нагрузки конденсатора QК складывается из потребной холодопроизводительности холодильной установки и мощности компрессора где Q0 – холодопроизводительность установки, учитывающая теплопритоки внутрь вагона и тепловыделение груза или пассажиров, Вт;

N i – индикаторная мощность компрессора, Вт.

Коэффициент теплопередачи K рассчитывается по формуле

ВН НАР K РЕБ

– коэффициент теплопроводности материала стенки, Вт/(мК);

НАР =2040 Вт/(м К) – коэффициент теплоотдачи со стороны воздуха;

K РЕБ =1020 - степень оребрения (отношение площади наружной поверхности конденсатора к площади его внутренней поверхности).

Эффективная толщина стенки конденсатора ЭФ отличается от собственно толщины стенки трубки конденсатора из-за влияния ребер, а также из-за различия материалов трубок и ребер. Если материал трубок и ребер одинаков, то если различен, то Среднелогарифмический температурный напор, присутствующий в формуле (1), подсчитывается следующим образом где t ВЫХ, t ВХ – величины температуры выходящего и входящего в конденсатор воздуха, t К – температура конденсации хладагента, °С.

Нагрев воздуха в конденсаторе (t ВЫХ t ВХ ) задается в диапазоне 812°С. Температура входящего воздуха t ВХ равна температуре окружающей среды.

Потребный расход охлаждающего воздуха (производительность вентилятора) определяется по формуле где В =1,2 кг/м3 - плотность воздуха;

C P =1005 Дж/(кгК) - теплоемкость воздуха.

2. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

2.2. По заданной холодопроизводительности установки Q0 и мощности компрессора рассчитать площадь поверхности конденсатора предложенного типа рефрижераторного вагона, заполнить табл. 2, сравнить результаты с данными табл. 1, сделать вывод.

Тип вагона Холодопроизводительность Марка Мощность Площадь секция 2.3. Определить производительность вентилятора по формуле (7), сравнить с данными таблицы и сделать вывод.

3. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

4. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

2. Как можно повысить эффективность конденсатора?

3. Какие виды испарителей вам известны?

4. Где применяется переохладитель, и что собой представляет?

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

транспорта / Под ред. Л.Я. Левенталь. – М.: Транспорт, 1993. – 228с.

2. Тертеров М.Н., Лысенко Н.Е., Панферов В.Н. Железнодорожный хладотранспорт: Учебник для вузов ж/д трансп. – М.: Транспорт, 1987. – 255с.

3. Методические указания к выполнению курсовой работы по дисциплине «Энергохолодильные системы вагонов и их ремонт». – Самара: СамГАПС,

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №

ИЗУЧЕНИЕ УСТРОЙСТВА РЕФРИЖЕРАТОРНОГО ВАГОНА

1. Изучить устройство и классификацию рефрижераторных вагонов.

2. Дать ответы на контрольные вопросы.

1. КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ ИЗ ТЕОРИИ

Изотермические вагоны можно классифицировать в зависимости от рода перевозимых грузов, способа охлаждения, конструкции приборов охлаждения, кузова и ряда других признаков.

В зависимости от рода перевозимых грузов изотермические вагоны подразделяются на универсальные и специализированные. Первые служат для перевозки всех видов скоропортящихся грузов – мороженых, охлажденных и неохлажденных, а вторые – лишь определенных грузов: живой рыбы, фруктов, вина, молока и т.д.

В зависимости от способа охлаждения изотермический подвижной состав подразделяется на вагоны:

оборудованные изоляцией, но не имеющие приборов охлаждения; в вагонах этого типа постоянство температуры обеспечивается за счет «холода» или тепла, аккумулированного грузом, и изоляцией кузова;

с машинным охлаждением (рефрижераторные).

По способу охлаждения рефрижераторные вагоны подразделяются на вагоны с охлаждением грузового помещения непосредственно за счет кипения хладагента в испарителе, расположенном в грузовом помещении, и вагоны с рассольным охлаждением. Эти вагоны можно также подразделять по типу холодильной установки, по применяемому в ней xлaдaгенту (aммиaк, фреон).

В соответствии с Соглашением о международных перевозках скоропортящихся пищевых продуктов и транспортных средствах доставки, предназначенных для этих перевозок, разработанным Европейской экономической комиссией ООН, весь подвижной состав хладотранспорта подразделяют на 3 группы:

1) вагоны-термосы, их кузов образуют теплоизолированные стены, крыша, пол и двери, которые позволяют ограничить теплообмен между внутренней и наружной поверхностями грузового помещения;

2) рефрижераторный подвижной состав – многовагонные секции, а также автономные вагоны, имеющие общую или индивидуальную для каждого вагона энергетическую установку и источник получения искусственного «холода» – холодильную машину;

3) отапливаемые вагоны, оснащенные установками, позволяющими обеспечить и автоматически поддерживать заданный температурный режим обогрева грузового помещения.

Парк универсальных изотермических вагонов в основном состоит из рефрижераторных вагонов. Парк рефрижераторных вагонов состоит из:

- 5-вагонных секций типа РС-1 (1965 г.), РС-3, РС-4 (начало 80-х гг.) и РС-5 (конец 80-х гг.), постройки Брянского машиностроительного завода (БМЗ);

- 5-вагонных секций типа ZB-5 постройки завода г. Дессау;

- автономных рефрижераторных вагонов (АРВ) с длинной кузова 19 и 21 м типа МК-4.

Перспективный парк рефрижераторных вагонов, по данным технико-экономических исследований, на 65% должен состоять из автономных вагонов и на 35% из группового подвижного состава, из них 20% должно приходиться на 5-вагонные секции, 15% – на 12-вагонные секции.

12-вагонная рефрижераторная секция включает 10 грузовых и 2 специальных вагона.

Один специальный вагон предназначен для размещения холодильных установок, другой - комбинированный (дизель-генераторное и служебное помещения). Холодоснабжение осуществляется от двух аммиачных компрессионных холодильных установок двухступенчатого сжатия.

Пятивагонные рефрижераторные секции постройки г. Дессау первого выпуска ZA- состояли из 5 грузовых вагонов, в каждом грузовое и машинное отделение. Служебное и дизельное отделения размещались в отдельных вагонах, между ними устраивалась переходная площадка (рис. 1). Размещение этих отделений в разных вагонах вызывало определенные трудности у обслуживающего персонала.

Поэтому в последующем выпуске секций ZB-5 служебное и дизельное помещения размещены в одном отдельном специальном вагоне. Это повлияло и на компоновку секций – два грузовых вагона, специальный вагон, два грузовых вагона. Секция предназначена для перевозки скоропортящихся грузов, требующих для сохранения своего качества поддержания в грузовом помещении температуры от +14 до –20°C при наружной температуре воздуха от –50 до +36°C.

Рис. 1. Схема расположения вагонов в 5-вагонной секции ZA-5 постройки 1 – грузовое помещение; 2 – воздухоохладители; 3 – фреоновые холодильные установки;

4 – служебное отделение; 5 – переходная площадка; 6 – дизельное отделение Холодоснабжение вагонов осуществляется хладоновой холодильной машиной типа ФАЛ-056. Для интенсивного и равномерного распределения охлажденного воздуха в грузовом помещении предусмотрена система циркуляции и вентиляции.

Секции отечественной постройки БМЗ оснащены системой охлаждения и отопления, позволяющих устойчиво поддерживать температуру в грузовом помещении от +14 до – 20°C, а также производить перевозку и охлаждение предварительно неохлажденных фруктов, плодов и овощей.

Секции РС-4 БМЗ также как и зарубежные ZB-5 состоят из 4-х вагоновхолодильников и одного вагона дизель-электростанции.

Рис. 2. Вагон-холодильник 5-вагонной секции БМЗ:

1 – машинное отделение; 2 – компрессорно-конденсаторные агрегаты;

3 – воздухоохладитель; 4, 7 – вентиляторы; 5, 9 – воздуховоды; 6 – рукояти заслонок;

В кузове грузового вагона два отделения: грузовое и машинное (рис. 2). Грузовое помещение имеет мощную тепловую изоляцию из пенополистирола марки ПСБ, внутреннюю обшивку и напольные решетки. Машинное отделение – только внутреннюю обшивку без изоляции и оборудование, обеспечивающее заданный температурный режим в грузовом помещении. В машинном отделении расположены две холодильноотопительные установки ВР-1М.

Вагон дизель-электростанция предназначен для выработки электроэнергии для питания силовых установок, приборов и системы освещения помещений грузовых вагонов. Передача электроэнергии к силовым установкам и всем приборам грузовых вагонов секции производится по подвагонным магистралям и междувагонным соединениям со штепсельными разъемами.

Двери грузового вагона прислонного типа с резиновым покрытием и уплотнением.

Они оснащены запорными механизмами.

Автономные рефрижераторные вагоны выпускаются со служебным и без служебного отделения. Вагоны без служебного отделения обслуживают механики ПТО, которые размещены на полигоне эксплуатации АРВ. Вагоны со служебным отделением эксплуатируются по всей сети и предназначены для перевозки биопрепаратов, эндокринного сырья, дрожжей.

В АРВ без служебного отделения имеется два отсека для размещения энергетического и холодильного оборудования и грузовое помещение (рис. 3).

1 – холодильная установка; 2 – воздушный канал; 3 – электронагреватель; 4 – ящик для питания от постороннего источника тока; 5 – дизель-генератор; 6 – датчики температуры; 7 – панель измерения температуры; 8 – ложный потолок; 9 – напольная решетка; 10 – канал отвода воздуха; 11 – сигнальная лампа Специальное оборудование вагона рассчитано на поддержание температуры в его грузовом помещении от +14 до –18°C при температурах наружного воздуха от –45 до +40°C и продолжительность термообработки плодоовощей в течение 60 ч.

Кузов вагона имеет теплоизоляцию из полистирола. Ее толщина изменяется в зависимости от назначения конструктивного элемента от 140 до 250 мм. В грузовом помещении расположены напольные решетки, датчики температуры, приборы управления холодильной установкой.

Холодоснабжение вагона осуществляется от двух холодильных агрегатов типа ФАЛидентичных по конструкции агрегатам секции ZB-5.

Кроме рефрижераторного подвижного состава, эффективным средством транспортировки скоропортящихся грузов являются изотермические контейнеры.

Некоторые из них могут быть со специальными холодильно-отопительными устройствами. В основном на дорогах применяются изотермические контейнеры зарубежного производства. Отечественные контейнеры типа СК-5 соответствуют типоразмерам международного стандарта.

2. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

2.2. Заполнить табл. 1, используя данные [2, 3, 4].

Число грузовых вагонов Длина кузова наружная, м Ширина кузова наружная, м Высота грузового вагона от уровня головок рельсов, м Погрузочный объем одного вагона, м Грузоподъемность одного вагона, т Тара в экипированном состоянии грузового вагона, т Температура расчетная (от … до …), °C Марка компрессора

3. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

4. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

2. В чем отличия секций ZA-5 от ZB-5?

3. В чем состоят основные технические характеристики холодильных установок РС- 4. Какова схема циркуляции воздуха в помещении грузового вагона 5-вагонной секции БМЗ?

5. Как измеряют температуру в грузовом помещении АРВ и в вагонах-холодильниках РС-4 (БМЗ)?

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

2. Ягодин С.К., Саутенков В.А. Изотермический подвижной состав: Учеб. для техникумов. – М.: Транспорт, 1986. – 192с.

3. Тертеров М.Н., Лысенко Н.Е., Панферов В.Н. Железнодорожный хладотранспорт: Учебник для вузов ж/д трансп. – М.: Транспорт, 1987. – 255с.

4. Методические указания к выполнению курсовой работы по дисциплине «Энергохолодильные системы вагонов и их ремонт». – Самара: СамГАПС,

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №

ИЗУЧЕНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ КОНСТРУКЦИИ УСТАНОВКИ

КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА УКВ-31 ДЛЯ НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ

ПАССАЖИРСКИХ ВАГОНОВ

1. Изучить устройство и принцип действия установки кондиционирования воздуха 2. Дать ответы на контрольные вопросы.

1. КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ ИЗ ТЕОРИИ

Установка может использоваться в пассажирских вагонах, входящих в подвижные составы на электрической, дизель-электрической и тепловозной тягах.

Рис. 1. Принципиальная схема установки УКВ-31:

1 – компрессор; 2 – воздухоохладитель; 3 – конденсатор; 4 – водяной воздухонагреватель; 5 – вентиль терморегулирующий; 6 – вентилятор центробежный;

7 – вентилятор осевой; 8 – воздухонагреватель электрический Установка работоспособна при скоростях движения вагонов от 0 до 220 км/час и температурах наружного воздуха ( t Н ) от +45°C до +15°C при работе в режиме охлаждения и от +15°C до –50°C при работе в режимах вентиляции и отопления.

Установка кондиционирования воздуха представляет собой подвесной горизонтальный автономный кондиционер с рециркуляцией и состоит из парокомпрессионной холодильной машины, воздухонагревателей и вентиляционного оборудования. Принципиальная схема установки представлена на рис. 1.

В качестве холодильного агента парокомпрессионной холодильной машины используется Хладон R134a (Фреон R134a) - озонобезопасное, нетоксичное, невоспламеняющееся индивидуальное химическое соединение семейства гидрофторуглеродов (ГФУ).

Основные технические характеристики установки приведены в табл. работе в режиме охлаждения, кВт* воздухонагревателей, кВт воздухонагревателей, кВт воздухонагреватели, °С, не менее Расход воды через водяные воздухонагреватели, 1, м3/час, не менее обеспечиваемый центробежным вентилятором воздухоохладителей, м3/час создаваемое центробежным вентилятором воздухоохладителей, Па, не менее Масса хладагента, заправляемого в холодильную машину, кг, не более *Примечание: холодопроизводительность указана при температуре наружного воздуха t Н =+40±2°C и относительной влажности Н =30%±3%, либо при температуре наружного воздуха t Н =+32±2°C и относительной влажности Н =70%±3%.

Устройство и работа УКВ- Принцип действия установки основан на использовании совокупности технических средств, обеспечивающих требуемую термодинамическую обработку и перемещение в нужном направлении определенного количества наружного и внутреннего воздуха с целью поддержания заданных параметров микроклимата в помещениях пассажирского вагона.

В качестве соответствующих технических средств используются парокомпрессионная холодильная машина с воздухоохладителем непосредственного охлаждения, электрические и водяные воздухонагреватели и вентиляционное оборудование.

Все перечисленные средства размещены в одной горизонтальной плоскости, скомпонованы в единый автономный блок (см. рис. 2) и закреплены на несущей раме, которая обшита металлическими листами (оцинкованная жесть толщиной 1,5 мм) с наклеенной на них с внутренней стороны звуко- и теплоизоляцией. Нижнее днище установки двустенное, причем пространство между стенками днища также заполнено звуко- и теплоизолирующим материалом.

1 – компрессор; 2 – центробежный вентилятор; 3 – осевой вентилятор; 4 – конденсатор;

5 – воздухоохладители; 6 – водяные воздухонагреватели; 7 – фильтрующие ячейки;

Установка размещается в подкрышевом пространстве рабочего тамбура железнодорожного вагона и крепится к вагонным шпангоутам при помощи четырех монтажных кронштейнов, закрепленных на несущей раме и укомплектованных болтами M16 и упругими амортизаторами.

В процессе эксплуатации установка может работать в следующих режимах:

- охлаждение воздуха внутри вагона;

- вентиляция внутреннего пространства вагона;

- подогрев воздуха внутри вагона (отопление).

При работе в режиме охлаждения задействуются холодильная машина и вентиляционное оборудование. Водяные и электрические воздухонагреватели в этом случае отключены.

Охлаждение воздуха внутри вагона производится следующим образом (см. рис.1).

При включенной холодильной машине под действием разрежения, создаваемого центробежным вентилятором 6, в установку через отверстия воздухоприемников внутреннего воздуха поступает рециркулирующий воздух из вагона. Одновременно через отверстия воздухоприемников наружного воздуха всасывается наружный воздух.

Потоки внутреннего и наружного воздуха перемешиваются в камерах смешения, и смешанный поток поступает в воздухоохладители 2, после чего нагнетается внутрь вагона с помощью вентилятора 6 через отверстие воздухораспределителя. Часть поданного в вагон воздуха после его прохождения по вагону вновь возвращается в установку (рециркуляционный воздух), а часть воздуха выходит наружу за счет негерметичности конструкции вагона Требуемая температура поверхности воздухоохладителей 2 при работе установки в режиме охлаждения обеспечивается следующим образом. Компрессор 1 холодильной машины сжимает и нагнетает пары хладагента в конденсаторы с воздушным охлаждением 3. В конденсаторах хладагент охлаждается потоком наружного воздуха.

Наружный воздух засасывается через отверстия воздухоприемников наружного воздуха при помощи осевого вентилятора 7 и через отверстие воздуховытяжного устройства выбрасывается в атмосферу. Охлаждаемые в конденсаторах пары хладагента переходят в жидкое состояние, и жидкий хладагент поступает на вход в терморегулирующие вентили 5 воздухоохладителей. В терморегулирующих вентилях происходит дросселирование хладагента, и его давление падает от давления конденсации (нагнетания) до давления кипения (всасывания), после чего хладагент поступает в воздухоохладители. В воздухоохладителях жидкий хладагент кипит в трубках, отводя тепло от их поверхности, а следовательно, и от охлаждаемого воздуха. Во время охлаждения воздуха часть влаги, находящейся в нем, конденсируется на наружной поверхности трубок и ребер воздухоохладителей. Образующийся при этом конденсат собирается в поддонах воздухоохладителей и сливается через отверстия в нижнем днище установки. Пары хладагента из испарителей поступают на вход в компрессор, и цикл работы холодильной машины повторяется.

При работе в режиме вентиляции холодильная машина и воздухонагреватели выключены, и задействован только центробежный вентилятор 6, который в этом случае обеспечивает регулируемый воздухообмен в вагоне так же, как описано выше, но без термодинамической обработки воздуха.

При работе в режиме отопления могут быть задействованы как электрические 8, так и водяные 4 воздухонагреватели. Регулируемый воздухообмен обеспечивается с помощью центробежного вентилятора 6 так же, как описано выше, только вместо охлаждения воздуха осуществляется его нагрев в воздухонагревателях 4, 8.

Выбор режимов работы установки (ручной или автоматический), изменение тепло- и холодопроизводительности, задание и контроль температуры воздуха внутри вагона и интенсивность воздухообмена, контроль времени наработки оборудования, фиксация и выдача информации о текущих значениях температур воздуха внутри вагона и снаружи, температуры воздуха на выходе из установки и температуры воды в отопительном котле, а также выдача информации о возможных неисправностях, возникающих в процессе работы установки, обеспечиваются системой управления (СУ), которая является самостоятельным изделием и в состав установки не входит.

2. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

2.2. Привести схему и эскиз установки.

2.3. Изучить работу установки в режиме вентиляции и охлаждения.

2.4. Заполнить табл. 2.

1. Суммарная мощность двух электрических воздухонагревателей, кВт 2. Суммарная мощность двух водяных воздухонагревателей, кВт 3. Расход воды через водяные воздухонагреватели, м3/час, не менее Расход воздуха на выходе установки, м3/час 5. Масса хладагента, заправляемого в холодильную машину, кг 6. Габаритные размеры установки, мм 7. Масса, кг, не более

3. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

4. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

2. Какой хладагент и в каком количестве применяется в установке?

3. Где располагается установка на вагоне?

4. На чем основан принцип действия установки?

5. Какие рабочие режимы установки используются в процессе эксплуатации?

6. Чем отличаются по конструкции установки УКВ-31, МАБ-II и УКВ ПВ?

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

2. Малоземов В.Н., Фурсенко В.Ф., Кууск А.Б. Энергетические системы обеспечения жизнедеятельности человека на железнодорожном транспорте:

Учеб. для вузов / Под ред. В.Н. Малоземова. – М.: Желдориздат, 2002. – 289с.