Енергохолодильні системи вагонів та їх технічне обслуговування

Енергохолодильні системи вагонів та їх технічне обслуговування

Пояснювальна записка та розрахунки до курсової роботи з дисципліни: „Холодильне обладнання вагонів”

ВПЖП 05854.05.00.00 ПЗ

2007

ЗМІСТ

Вступ

1. Визначення площі теплопередаючих поверхонь

2. Розрахунок наведеного коефіцієнта теплопередачі кузова вагона

3. Визначення теплонадходжень до приміщення, що охолоджується

4. Опис прийнятої системи охолодження

5. Визначення необхідної холодопродуктивності холодильної машини

6. Побудова холодилбногоциклу в діаграмі Lq p-i

7. Знаходження об'ємних та енергетичних коефіцієнтів компресора

8. Вибор компресора

9. Розрахунок трубопроводів

10. Розрахунок конденсатора

11. Вакуумування холодильної установки

12. Техніко-економічні обгрунтування прийнятих рішень

13. Основні вимоги охорони праці при експлуатуванні прийнятої системи

Список літератури

Вступ

Санітарно-гігієнічні вимоги передбачають утворення у вагоні визначних комфортних умов для пасажирів, запобігаючи його від впливу недостатньої кількості кисню , надмірної спеки чи холоду.

Одна із умов комфорту - це сполучення у найбільш сприятливих межах температури, вологості та швидкості переміщення повітря у зоні знаходження людини. Забезпечення цих умов у вагоні ускладнюється низькою теплостійкістю кузова, малим об'ємом приміщення, припадаючого на одного пасажира, а також швидкою зміною кліматичних зон та погодних умов на протязі доби.

Довести повітря у вагоні до необхідного стану допомагає установка кондиціювання повітря, яка складається з систем опалення, охолодження та вентиляції.

Основою установки кондиціювання повітря є холодильна машина. Сучасний рівень техніки отримання штучного холоду дозволяє робити такі пристрої практично повністю автоматизованими, компактними та надійними. Це зводить до мінімального об'єму робот при технічному догляді та ремонтів пасажирського вагона, максимально збільшив при цьому час праці обладнання між плановими видами технічного обслуговування.

В вдосконаленні систем кондиціювання повітря у пасажирських вагонах у значній мірі сприяє широка електрифікація залізниць. Переведення вагона з вугільного на електричне чи комбіноване опалення дозволяє автоматизувати обгорів повітря в вагоні. У зв'язку з цим покращити санітарно-гігієнічний стан вагонів.

1. Визначення площі теплопередаючих поверхонь

Сумарна площа теплопередаючих поверхонь кузова вагона визначається як сума площ елементів, що її складають (рисунок 1.1).

Площа підлоги, м2, визначається

,(1.1)

деВ - ширина вагона, м;

L - довжина вагона, м.

Площа бокової стіни, м2, визначається як

(1.2)

де Н - висота прямокутної частини бокової стіни, м.



Рисунок 1.1 - Основні розміри перерізу кузова вагона

Площа даху вагона, м2, визначається

(1.3)

деl - довжина дуги даху, м;

(1.4)

деr- радіус сполучення торцевої стіни, м;

R - радіус даху, м;

- кут, що обмежує дугу, градуси.

(1.5)



Площа торцевої стіни, м2, визначається

(1.6)

Площа вікон, м2, визначається

(1.7)

деа - довжина вікна, м;

b, - ширина вікна, м;

п - кількість вікон у вагоні.

Так як кількість вікон неоднакова з кожної сторони, тому обчислюю площу вікон окремо по кожній стороні вагону.

Для обчислення теплонадходжень у внутрішнє приміщення вагону обчислюю окремо площу бокової стіни без площі вікон, що на ній розташовані.

Загальна площа теплопередаючих поверхонь дорівнює сумі площ теплопередаючих поверхонь елементів вагона, м2

(1.8)

2. Визначення наведеного коефіцієнта теплопередачі кузова вагона

основним показником теплотехнічних якостей кузова вагона є коефіцієнт теплопередачі його огороджень. коефіцієнт теплопередачі характеризується кількістю тепла, що проходить в одиницю часу через 1 м2 площі огороджень, якщо різниця температур по її сторонах складає 1°С. він має вимірність кдж/(м2Кгод) або Вт/(м2К) і позначається буквою Кт.

Коефіцієнт теплопередачі можна визначити за наступною формулою:

(2.1)

Таблиця 2.1 - Матеріали шару підлоги та його характеристика

№ поз.	Матеріал	Товщина,м	Коеф. Теплопровідності, кДж/мІ·К·год
1	Лінолеум	0,003	0,68
2	Дерев'яно-волокниста плита	0,019	0,198
3	Полістерол ПС-4	0,082	0,115
4	Сталевий лист	0,005	208,8

У цій формулі зов, в- це коефіцієнти тепловіддачі відповідно від зовнішнього повітря зовнішній стінці і від повітря всередині вагона до внутрішньої стінки, а i - це коефіцієнт теплопровідності.

Коефіцієнт тепловіддачі являє собою кількість теплоти, передану від теплоносія до одиниці поверхні стінки за одиницю часу при різниці температур рідкого теплоносія і поверхні стінки в 1С кДж/(м2Кгод) або (Вт/м2К).

Величина зов залежить від швидкості і характеру руху повітряного потоку, що обдуває зовнішню поверхню. Чим більше швидкість, тим більше маса повітря, що вступає в теплообмін з поверхнею стін і, тим більше значення зов. Характер потоку - спокійний (ламінарний), при якому струмені повітря рівнобіжні, або із завихреннями (турбулентний) - залежить від його кута в напрямку до поверхні, що обдувається, від характеру самої поверхні і її площі.

При більшому куті напрямку потоку і при нерівній (шорсткуватої з виступаючими частинами) поверхні утворюються завихрення, велика частина повітря входить у зіткнення з поверхнею і значення зов збільшується. Якщо поверхня рівна, то чим більше її площа (точніше довжина в напрямку потоку), тим спокійніше характер потоку і менше значення зов.

Таблиця 2.2 - Матеріал шару торцевої стінки та його характеристика

№ поз.	Матеріал	Товщина,м	Коеф. Теплопровідності,кДж/м
1	Сталевий лист	0,002	208,8
2	Полістерол ПС-4	0,082	0,115
3	Фанера	0,008	1,044
4	СлоЇстий пластик	0,0015	0,828

Таблиця 2.3 - Матеріал шару бокової стіни та його характеристика

№ поз.	Матеріал	Товщина,м	Коеф. Теплопровідності,кДж/м
1	Сталевий лист	0,002	208,8
2	Полістерол ПС-4	0,082	0,115
3	Мастика	0,001	0,828
4	Фанера	0,008	1,044
5	СлоЇстий пластик	0,0015	0,828

Таблиця 2.4 - Матеріал шару даху та його характеристика

№ поз.	Матеріал	Товщина,м	Коеф. Теплопровідності,кДж/м
1	Сталевий лист	0,0015	208,8
2	Мастика	0,001	0,828
3	Полістерол ПС-4	0,082	0,115
4	Фанера	0,008	1,044

Таблиця 2.5 - Матеріал шару вікна та його характеристика

№ поз.	Матеріал	Товщина,м	Коеф. Теплопровідності,кДж/м
1	Скло	0,005	2,736
2	Повітря	0,025	0,5
3	Скло	0,005	2,736

Для вагонів напрямок потоку повітря і поверхні, що обдувається, часто співпадає, або трапляється так, що потік знаходиться під невеликим кутом до більшої частини поверхні - бокових стін, даху і підлоги Конфігурація і характер пасажирських і ізотермічних вагонів, для яких визначаються значення коефіцієнта Kт, приблизно однакові, тому для визначення значення зов можна скористатися емпіричною формулою, у якій змінними величинами є лише швидкість руху вагона і його довжина:

зов=;(2.2)

деv - швидкість руху потяга, км/год;

L - довжина кузова, м.

зов=

Величина в залежить від тих же показників і параметрів, що і зов. Але швидкості руху повітря всередині вагона значно менше швидкостей атмосферного повітря, а конвективні швидкості в результаті теплообміну між внутрішніми поверхнями і повітрям у вагоні сильно гальмуються внутрішнім устаткуванням. Тому величина в менше величини зов навіть у вагоні, що не рухається. Для поверхонь стін і даху приймаю в=24 кДж/м2Кгод, а для підлоги - в=21 кДж/м2Кгод.

При розрахунках величини Kт передбачається, що тепло спрямоване перпендикулярно площини стінки. Це цілком справедливо для однорідних стінок. В стінках із неоднорідною ізоляцією напрямок теплового потоку більш складний. Це утрудняє одержання точних результатів теплових розрахунків. Тому для спрощених розрахунків використовую наступну формулу:

(2.3)

Враховуючи зроблені допущення відносно прямолінійності теплового потоку, тобто відсутність додаткових потоків тепла через зони ізоляції через включення металевих та дерев'яних елементів (так звані теплові місточки), збільшимо значення Кт на 1015%. Отже,

Кт.заг.=(1,101,15)Кт.сум.(2.4)

Кт.заг.=1,12=2,2

3. Визначення теплонадходжень до приміщення, що охолоджується

Для пасажирських вагонів температура повітря у пасажирському приміщенні встановлюється санітарними нормами і знаходиться в межах 2226°С (прийматиму 24°С). Але, якщо температура зовнішнього повітря перевищує 38°С, температура повітря всередині вагона повинна бути меншою температури навколишнього середовища на 12°С. Інакше пасажири, що входять у вагон, через запізнення терморегуляції організму будуть відчувати тимчасове переохолодження. Це може призвести до захворювань.

Розрахунок теплонадходжень до вагона влітку виконується для визначення продуктивності системи охолодження.

У загальному випадку до вагона влітку тепло надходить:

через огородження кузова внаслідок перепаду температур повітря зовні та всередині вагона;

внаслідок інфільтрації повітря;

від сонячної радіації;

тепло, що надходить від пасажирів;

роботи встановленого у вагоні устаткування;

біологічне тепло, яке виділяють вантажі, що перевозяться;

теплонадходження при попередньому охолодженні вантажу.

Крім того, до пасажирських вагонів надходить ще і волога, що виділяється пасажирами.

Теплонадходження, кДж/год, крізь огородження кузова визначається за формулою

(3.1)

де t3ОВ - температура повітря зовні вагона; tв - температура повітря всередині вагона.

Теплонадходження від інфільтрації повітря залежить від різниці між температурами повітря всередині та зовні вагона і частоти відкривання дверей. Інфільтрація через невеликі нещільності огороджень не враховується, так як при працюючій системі вентиляції і підпору повітря, що утвориться при цьому, зовнішнє повітря через ці нещільності майже не проходить.

Для літнього часу, коли пасажири досить часто виходять на станціях, теплонадходження з інфільтраційним повітрям можна визначити:

Q2=0,3Q1(3.2)

Q2=0,32576,99=773,1

Теплонадходження від сонячної радіації крізь непрозорі огородження, кДж/год, прямо пропорційне інтенсивності сонячної радіації I, коефіцієнту теплопоглинання опроміненої поверхні А, коефіцієнту теплопередачі Кт огородження, що опромінюється, площі огородження F та обернено пропорційне коефіцієнту тепловіддачі від зовнішньої поверхні огородження зовнішньому повітрю зов.

Розрахунок теплонадходжень від сонячної радіації через непрозорі огородження виконується за формулою:

Q3=;(3.3)

Q3=

Розрахункова формула теплонадходжень від сонячної радіації через вікна має вид:

Q3вікна=(3.4)

де Кпр - коефіцієнт пропускання сонячних променів. Він залежить від ступеня засклення вікна, наявності штор та міри забруднення скла.

Q3вікна=

Розрахункова формула теплонадходжень від сонячної радіації через бокову стіну має вид:

Q3бок.ст =;(3.5)

Q3бок.=

Спектральний склад сонячної радіації, що досягає земної поверхні, залежить від висоти сонця над обрієм. Чим вище сонце, тим меншу товщу атмосфери проходить сонячна радіація.

Інтенсивність сонячної радіації залежить також від географічної широти місцевості, пори року, години дня. Крім того, вона приймає різні значення для горизонтальних (дах) і вертикальних (вікна і стіни) поверхонь.

Повний вплив сонячної радіації складається з прямого опромінення Сонцем (пряма сонячна радіація) і опромінення з боку атмосфери, що розсіює сонячні промені (розсіяна сонячна радіація).

Інтенсивність прямої сонячної радіації, кДж/м2год, на поверхню, перпендикулярну до напрямку променів, можна визначити за наступною формулою:

(3.6)

де4900 - сонячна стала;

h - висота Сонця, град або рад;

- коефіцієнт прозорості атмосфери, що змінюється в межах від 0,7 до 0,8.

Висота Сонця h обчислюється за формулою:

sinh=sinsin+coscoscosc, (3.7)

де - географічна широта;

- схилення Сонця; 22 червня воно складатиме 23,4, а 22 липня - приблизно 20;

- годинний кут.

Оскільки 1 годині відповідає поворот Землі навколо осі на рад (15), то =1 рад, або =151 град, де 1 - місцевий час в годинах, який відлічується після півдня.

=153=45

sinh=sin40sin20+cos40cos20cos45=0,729

h=46,8

Інтенсивність прямої сонячної радіації на горизонтальних і вертикальних поверхнях плоских конструкцій огородження, до яких можуть бути віднесені дахи і стіни вагонів, виражаються відповідно формулами:

(3.8)

(3.9)

дес- це азимут Сонця;

x - кут, що визначає положення вертикальної поверхні відносно меридіана.

sinс=(3.10)

sinс=

Для визначення інтенсивності повної сонячної радіації необхідно скласти інтенсивності прямої і розсіяної радіації. Інтенсивність розсіяної сонячної радіації, що діє на горизонтальну поверхню, можна визначити по формулі:

(кДж/м2год);(3.11)

Інтенсивність розсіяної сонячної радіації, що діє на вертикальну поверхню, приймається рівній половині інтенсивності розсіяної сонячної радіації, що діє на горизонтальну поверхню.

(3.12)

Теплонадходження від сонячної радіації обчислюються лише для частини огороджень, які опромінюються прямими сонячними променями, оскільки величина теплонадходжень із тіньової сторони відносно невелика. Не приймаються в розрахунок і торцеві стіни, які не сполучаються безпосередньо з пасажирським приміщенням. Тобто необхідно обчислити теплонадходження від сонячної радіації, що діє на дах вагона і на одну бокову стіну.

Теплонадходження від встановленого у вагоні устаткування Q4 дорівнюють сумарній потужності постійно працюючих споживачів електроенергії. Для пасажирських вагонів ця величина не перевищує 2 кВт.

(3.13)

де N - потужність, кВт.

кДж/год

Тепловиділення пасажирів визначаються за емпіричною формулою:

Q5=qn(3.14)

деn- кількість пасажирів у вагоні;

q - сумарне (сухе і вологе) тепло, що виділяється одним пасажиром, кДж/год.

Q5=427,558=24795 кДж/год

Величина q залежить від характеру діяльності людини та параметрів зовнішнього повітря. Середні значення тепловіддачі організму дорослої людини, яка знаходиться у стані покою або легкої діяльності, при різних температурах повітря наведена у таблиці А3 додатку.

Крім тепла, людина в процесі життєдіяльності виділяє також водяну пару. Кількість останньої , що виділяється організмом дорослої людини при різних температурах повітря у вагоні, наведена у таблиці А2 додатка А.Тоді сумарна кількість водяної пари, кг/год, обчислимо як

кг/год(3.16)

де n - кількість пасажирів разом з провідниками.

кг/год

Загальна кількість теплонадходження до приміщення, що охолоджується, визначаєтьсяза формулою

= (3.17)

4. Опис прийнятої системи охолодження

Рисунок 4.1 Холодильна установка МАБ - 2:

1 - електродвигун вентилятора ,конденсатора

2 - вентилятор

3 - конденсатор

4 - гумово - металевий нагнітательний трубопровід

5 - фільтр - осушитель

6 - нагнітательний вентиль компресора

7 - електор - магнітний вентилі

8 - теплорегулюючий вентиль

9 - розподілювач рідкого хладогента

19 - мембранні вентилі

20 - всмоктувальний вентиль компресора

22 - електор - магнітний вентиль

23 - ресивер

Холодильна установка МАВ - 2

Трубопроводи, по яким циркулює рідкий хладогент , показані товстими , а трубки автоматичного регулювання та контролбно - вимірювальних приладів - тонкими .

Прямокутник 18 - умовно зображений щит з приладами , який розташований в купе провідника . На щиті встановлені реле максимального тиску, захищаючи нагнітальну сторону компресора від високого тиску ,манометри всмоктування 15, нагнітання 16 та тиску мастила 17 . Кожен з манометрів може бути відключений вентилями 14 . Частинки всмоктуваювачого 11 та нагнітательного 12 трубопроводів. Сусідство трубопроводів , по одному з яких тече в випаровник рідкий хладон - 12 теплим , а по другому - навпаки холодний пар дозволило здійснити так званий пере охолоджувач . Тут рідкий хладон - 12 перед попаданням у випарник 10 охолоджується , віддаючи тепло , зрівнюючи холодним паром хладогенту , всмоктуються в компресор 21. Це підвищує холодопродуктивність установки .

Використання зворотного трубопроводу для охолодження рідкого хладону - 12 з метою підвищення продуктивності холодильної установки дозволяє не встановлювати додатковий апарат - пере охолоджувач .

5. Визначення необхідної холодопродуктивності холодильної машини

Побудова у I-d діаграмі процесів обробки вологого повітря у системі кондиціювання повітря пасажирського вагона

Для побудови у I-d діаграмі процесів обробки вологого повітря у системі кондиціювання повітря пасажирського вагона необхідно знати температуру та відносну вологість зовнішнього повітря .Температура і відносна вологість повітря на виході з робочої зони вагона визначається санітарними нормами. На I-d діаграмі наносимо точки 3 і В (рисунок 4.1), які відповідають параметрам зовнішнього повітря і повітря всередині вагона.

Означені точки знаходяться на перетині ліній рівної відносної вологості зов та в та відповідних ізотерм tзов і tв. За відомим тепло- і вологонадходженням у вагон знаходимо кутовий коефіцієнт процесу зміни параметрів повітря у робочій зоні вагона

кДж/кг вологи

кДж/кг вологи

Для полегшення роботи на I-d діаграмі нанесені відрізки з різними від - до +. З точки В проводимо промінь, який відповідає даному процесу. Точка П, яка відповідає параметрам повітря на вході до вагона, буде обов'язково лежати на даному промені, тому що лише в цьому випадку буде витримуватися необхідне співвідношення між асимільованим теплом і вологою. За санітарними нормами різниця температур на вході та виході з вагона не повинна перевищувати 4°С (тобто tваг4°С).

Тоді температура повітря на вході у вагон tп буде дорівнювати різниці температур tв і tваг.

(5.1)

°С

Точка П знаходиться на перетині ізотерми Іп=соnst і променя процесу. загальна витрата повітря крізь вагон складе

(5.2)

м3/год

Кількість свіжого повітря, що надходить до камери змішування, за санітарними нормами приймається рівною 25 м3/год на одну людину. Тобто

(5.3)

деn - число пасажирів разом з провідниками;

=1,2 кг/м3 - густина зовнішнього повітря.

м3/год

Рисунок. 4.1 - Процес обробки повітря у системі кондиціонування повітря пасажирського вагона

Тоді кількість рециркуляційного повітря складатиме

(5.4)

м3/год

На шляху з вагона до камери змішування повітря нагрівається від стінок рециркуляційного повітропроводу. Нагрів оцінюється в 0,51,5°С. Процес нагрівання зображується відрізком В-В' з урахуванням того, що вміст вологи при цьому не змінюється (dв=соnst). У камері змішування перемішуються дві маси повітря з параметрами у точках 3 та В'. Отже, точка С, яка відповідає параметрам суміші, буде лежати на прямій В'-З та ділити цей відтинок обернено пропорційно масам порцій повітря, що змішуються.=28 мм.

(5.5)

мм

Проходячи через повітроохолоджувач, повітря охолоджується та осушується. Але необхідно врахувати, що на шляху до робочої зони вагона повітря додатково підігрівається від стінок повітропроводу, який розміщений під гарячим дахом. Крім того, кінетична енергія, яка передана повітрю вентилятором, при гальмуванні перейде у теплову. Нагрівання від стінок повітропроводу оцінюється в 11,5°С, підігрів за рахунок гальмування - в 0,510С. Тоді з точки П необхідно відкласти вниз відрізки П-П', П'-П", відповідні підігріву повітря на шляху від повітроохолоджувача до робочої зони вагона. Отже, процес охолодження повітря у вагоні відобразиться на діаграмі відтинком С-П".

Корисна холодопродуктивність холодильної машини визначиться як

(5.6)

кДж/кг

Повна холодопродуктивність холодильної машини приймається на1025% більше, ніж корисна.

(5.7)

кДж/кг

На підставі проведених креслень і розрахунків можна отримати температуру кипіння холодоагенту у випарнику холодильної машини. При цьому необхідно врахувати, що струм повітря знаходиться у контакті з поверхнею повітроохолоджувача дуже короткий час (не більше 0,05 с). Для спрощення розрахунків умовно приймаю, що частина повітря, що знаходиться у пристінковому просторі, охолоджується та осушується так, що її відносна вологість стає рівною 100%, а температура - рівній температурі стін охолоджувача.

Інша частина повітря, що знаходиться в центрі охолоджувача, взагалі не змінює своїх параметрів. Таким чином, повітря з параметрами точки П отримується в результаті змішування охолодженої і неохолодженої частин повітря. Точка О, яка відповідає параметрам повітря у пристінковому просторі, знаходиться на перетині продовження променя процесу у повітроохолоджувачі С-П і кривої рівної відносної вологості =100%.

Температура кипіння холодоагенту у повітроохолоджувачі повинна бути ще нижче на 1015С.

6. Побудова циклу парової компресійної холодильної машини

Порядок теплового розрахунку та підбору вузлів холодильної установки залежить від принципової схеми одержання холоду

На пасажирських вагонах у системі кондиціювання використовують одноагрегатні хладонові холодильні машини з одноступінчастим стиском.

Перш ніж приступити до розрахунку, необхідно на підставі вивчення термодинамічних, фізичних і хімічних властивостей холодоагентів та галузі їхнього застосування вибрати холодильний агент для проектованої холодильної машини. Після цього згідно з умовами експлуатації - визначити число ступенів стиску в холодильній машині.

Одноступінчастий компресор можна застосовувати у досить широкому діапазоні робочих умов. Обмежують можливість використання такого компресора температура нагнітання, яка повинна не перевищувати 160°С, та різниця тиску рк-р0, яка для сучасних поршневих компресорів не повинна перевищувати 1,7 МПА.

Підбір компресорів одноступінчастих холодильних машин виконується по стандартній холодопродуктивності Qост.

Двоступінчасті холодильні машини підбираються лише по годинному об'єму.

Метою побудови холодильного циклу є отримання даних для розрахунку елементів холодильної машини: компресора, конденсатора, терморегулюючого вентиля та випаровувача.

Вихідні дані для розрахунків:

холодопродуктивність машини (отримана раніше в результаті побудови процесів обробки вологого повітря в I-d діаграмі;

температура кипіння холодоагенту у випаровувачі (отримана там же);

Для побудови холодильного циклу і виконання теплотехнічних розрахунків дуже зручно користуватися Lgp-i діаграмою для холодильних агентів (рис. 6.1).

Діаграма розділена прикордонними кривими X=0 і X=1 на три прикордонні зони. Очевидно, що ізобари - це горизонталі, лінії рівної ентальпії - це вертикалі. В області вологої пари (0<X<1) нанесені лінії рівного ступеня сухості. Ізотерми в кожній з областей йдуть за своїм законами:

Рисунок 6.1 - LgP-i діаграма для холодильних агентів

в області вологої пари ізотерми збігаються з ізобарами, тому що температура киплячої рідини змінюватися не може.

в області перегрітої пари ізотерма зображується кривою, тому що теплоємність пари залежить від тиску (зі зменшенням тиску вона росте).

Крім того, на діаграмі нанесені адіабати і лінії рівних питомих обємів (ізохори).



Рисунок 6.2 - Цикл ПКХМ у LgP-i діаграмі

як правило, для охолодження холодоагенту у конденсаторі використовується зовнішнє повітря. тому температура конденсації холодоагенту повинна бути більшою на 1015С.

На підставі відомої температури у випаровувачі t0 знаходимо тиск у останньому Р0, за відомою температурою конденсації tк знаходимо тиск конденсації Рк (рисунок 6.2). Проводимо на діаграмі ізобари Р0=const та Pк=const. Оскільки у випаровувачі холодоагент кипить, то на виході з нього пара буде вогкою (тобто міститиме у собі частки невипарованого холодоагенту). Тому точка 1, яка відповідає параметрам пари на виході з випарника, знаходиться на перетині ізобари Р0=const та лінії міри сухості X1=const (X1 - ступінь сухості парів холодоагенту на виході з випаровувача, звичайно вона дорівнює X1=0,960,98).

На шляху від випаровувача до компресора пара холодоагенту нагрівається та стає сухою перегрітою. Величина перегрівання tпер залежить від місця розташування випаровувача і складає 35С. Тоді точка 1, яка характеризує параметри холодоагенту на вході у компресор, знаходиться на перетині ізобари Р0=const та ізотерми t1=t0+tпер. Стиск пари холодоагенту в компресорі приймаємо адіабатним (S=const). Точка 2, відповідна параметрам холодоагенту на виході з компресора (тобто на вході у конденсатор), знайдеться на перетині адіабати, проведеної з точки 1 та ізобари Pк=const. У конденсаторі при незмінному тиску пара холодоагенту охолоджується і, як тільки їхня температура дорівнюватиме температурі конденсації (точка 2), почнеться перетворення пари у рідину аж до повної конденсації (точка 3). Для отримання сталої рідинної фази конденсатори проектують таким чином, щоб на виході з останнього холодоагент мав температуру завжди нижче температури конденсації (але завжди вище температури зовнішнього повітря)

t3=tзов+(45)С(6.1)

t3= С

Точка 3, яка відповідає параметрам холодоагенту на виході з конденсатора, знаходиться на перетині ізобари Pк=const та ізотерми t3=const. Процес дроселювання йде без зміни тепловмісту холодоагенту, тому точка 4, яка відповідає параметрам холодоагенту на вході до випаровувача, знаходиться на перетині ізобари Р0=const та ізоентальпи i3=const.

На підставі побудованого циклу знаходимо такі дані, що необхідні для розрахунку елементів холодильної машини:

Питома холодопродуктивність 1 кг пари холодоагенту, кдж/кг

q0=i1-i4(6.2)

q0= кдж/кг

кількість холодоагенту, що циркулює в системі, кг/год

;(6.3)

кг/год;

питомий обєм холодоагенту на вході в компресор vха.1прочитати на діаграмі;

обєм холодоагенту, що всмоктується в компресор в одиницю часу, м3/год

Vха=Мхаvха1(6.4)

Vха=м3/год

питома робота стиску в компресорі, кдж/кг

lк=i2-i1(6.5)

lк=кДж/кг

корисна потужність приводу компресора, кВт

(6.6)

кВт

питоме теплове навантаження на конденсатор та переохолоджувач

qк= i2-i3(6.7)

qк= кДж/кг

7. Визначення об'ємних енергетичних коефіцієнтів компресора

В попередньому розділі було знайдено фактичну величину обєму холодоагенту, що всмоктується в компресор в одиницю часу - Vха. Теоретичний обєм повинен бути більшим, (щоб врахувати втрати під час роботи під час роботи компресора). Для цього запроваджують ряд робочих коефіцієнтів, що відображають факти, невраховані для теоретичного циклу компресора.

Об'ємний коефіцієнт с, що є основним з усіх коефіцієнтів, являє собою відношення об'єму засмоктуваної пари до об'єму, що описується поршнем у циліндрі.

Значення обємного коефіцієнта низькі і залежать від умов роботи компресора. Основним фактором, що визначає значення коефіцієнта, є величина шкідливого простору, який складає 25% обсягу циліндра компресора.

Крім того, обємний коефіцієнт залежить від тиску конденсації Рк та кипіння Р0. Найчастіше обємний коефіцієнт обчислюють за формулою

с=1-C[-1](7.1)

де С - відносна величина шкідливого простору (залежно від величини та типу компресора вона складатиме С=0,020,05). Значення показника політропи m для аміакових компресорів приймають рівним 1,1 та для хладонових 1,0.

рс=

стс=

Коефіцієнт дроселювання др враховує обємні втрати, що викликані опором у всмоктувальному та нагнітальному клапанах.

Для температури кипіння до -30С приймають др=0,930,97.

рдр=

стдр=

Коефіцієнт підігріву характеризує вплив теплообміну пари зі стінками циліндра, поршнем і клапанами. Із збільшенням міри стиску теплообмін зростає, а з підвищенням швидкості обертання вала зменшується, що сприяє підвищенню коефіцієнта підігріву п. Останній можна приблизно визначити за формулою

(7.2)

де Т0 і Тк - відповідно температура кипіння та конденсації в 0К.

Коефіцієнт щільності враховує пропуск холодоагенту через нещільності у поршневих кільцях і клапанах. Його приймають рівним 0,960,98.

рщіл=

стщіл=

Сумарний коефіцієнт подачі компресора дає загальну оцінку втрат дійсного компресора та являє собою твір:

=сдрпщіл(7.3)

р=

ст=

тоді теоретичний обєм, що описується поршнями компресора, дорівнюватиме

(7.4)

Холодопродуктивність та необхідна потужність компресора залежать від температур кипіння, конденсації і переохолодження. Тому порівняння машин за холодопродуктивністю проводять на певних температурних умовах (так званих стандартних умовах). Для хладону-12 вони такі:

температура кипіння-15С;

температура всмоктування пари +15С;

температура конденсації+30С;

температура переохолодження+25С.

Для вибору компресора необхідно робочу холодопродуктивність брутто при заданих температурних умовах перерахувати на стандартну холодопродуктивність за формулою

(7.5)

де Q0ст, Q0роб - холодопродуктивність відповідно при стандартних і робочих умовах;

- питома холодопродуктивність 1 м3 холодоагенту у стандартних умовах;

- питома холодопродуктивність 1 м3 холодоагенту у робочих умовах;

- коефіцієнт подачі компресора при стандартних умовах;

- коефіцієнт подачі компресора при робочих умовах. Після цього по каталогах, наведених у посібниках [1, 12], потрібно вибрати необхідний компресор.

(7.6)

(7.7)

 =10,41 кВт

Теоретична потужність компресору обчислюється за формулою (6.6). Дійсна потужність, що споживається компресором, буде більшою, ніж теоретична. Для її обчислення запроваджують поняття індикаторного коефіцієнта корисної дії i (к.к.д.). Він враховує втрати у роботі стиску 1 кг холодильного агенту в дійсному компресорі у порівнянні з теоретичним.

Величина i залежить, головним чином, від інтенсивності теплообміну в компресорі та депресії при всмоктуванні Р0 і нагнітанні Рк. Інтенсивність теплообміну між парою та стінками циліндра залежить від ступіні стиску у компресорі та інших факторів.

Індикаторний к.к.д. можна визначити за такою формулою:

i=п+bt0(7.8)

де b - емпіричний коефіцієнт, який дорівнює для хладонових вертикальних компресорів 0,0025.

i=

В цьому разі індикаторна потужність компресора визначається як

(7.9)

кВт

8. Вибір компресора

Компресори типу ФУ-15 застосовуються в системах кондиціонування повітря з холодильними установками типа МАВ- ІІ пасажирських вагонів з індивідуальною системою енергопостачання постійним струмом .

Компресор сальниковий чотирициліндровий з V-образним розташуванням циліндрів в блок-картерному виконанні. Діаметр циліндрів компресора складає 76 мм, хід поршня 40 мм, годинний об'єм, описуваний поршнями, частотф обертання валу 1200 об/хв . Холодопродуктивність компресора 12,9кВт. Маса компресора 150 кг.

Компресор має пристрій для регулювання холодопродуктивності шляхом автоматичного віджимання всмоктуючих клапанів без зміни частоти обертання колінчастого валу компресора. В компресорі холодильної установки типа МАВ- ІІ можуть відключатися два або три циліндри, що дає можливість установці працювати з 25-і 50-відсотковою холодопродуктивністю.

9. Розрахунок трубопроводів

Трубопроводи для холодильних установок підбирають по внутрішньому діаметру, який визначається за формулою

(9.1)

деМха - кількість холодоагенту, що прямує по трубопроводу, кг/год;

- питомий обсяг холодоагенту, м3/г;

- швидкість руху циркулюючого холодильного агенту, її приймають для хладону-12:

у напірному трубопроводі1518 м/с;

у всмоктувальному трубопроводі1215 м/с;

у рідинному трубопроводі0,51 м/с.

м

м

м

Після цього по довіднику [12] підбираємо труби відповідного діаметра.

Труба із міді М2, тверда, зовнішнім діаметром 18 мм і товщиною стінки 2 мм, немірної довжини.

Труба М2М18Ч2 ГОСТ 617-72

Труба із томпана Л96, тягнута, тверда, зовнішнім діаметром 22 мм і товщиною стінки 2 мм, немірної довжини.

Труба Л96Т22Ч2 ГОСТ 617-72

Труба, холоднокатана, напівтверда, зовнішнім діаметром 18 мм і товщиною стінки 3 мм, немірної довжини.

Труба М2ПТ18Ч3 ГОСТ 617-72

10. Розрахунок конденсатора

Розрахунок конденсаторів зводиться до визначення їх теплопередаючої поверхні. Поверхня теплопередачі, м2, визначається за формулою

(10.1)

де Qк - теплове навантаження на конденсатор, кДж/год;

qf - питомий тепловий потік, кДж/м2год.

Qк = (i2-i3)ЧMxa (10.2)

Qк= кДж/кг

Для пластинчатих конденсаторів з повітряним охолодженням величину qf можна прийняти рівним 8301100 кДж/м2год.

мІ

11. Вакуумування холодильної установки

Після випробування на герметичність під тиском холодильну установку перевіряють на густину під вакуумом, який створюється вакуум-насосом.

Враховуючи, що при нормальній кімнатній температурі вода випаровується лише при дуже глибокому вакуумі, слід створювати можливо максимальне розрідження усередині холодильної установки при можливо вищій температурі навколишнього середовища, щоб повністю видалити вологу.

Вакуумування установки за допомогою вакууму-насосу не допускається, якщо температура навколишнього середовища нижча 4,5°С, оскільки волога при такій температурі, що є в системі, може замерзнути. Вакуумувати холодильну систему за допомогою компресора установки не дозволяється.

Вакуумування установки кондиціонування повітря МАВ- ІІ проводять в такій послідовності. До штуцера кутового вентиля 10 (рис. 11.1) на ресивері приєднують трубопровід 7 від вакууму-насос 9, на якому є замковий вентиль 8. При цьому вентиль 10 спочатку повністю відкривають, а потім закривають на два обороти шпинделя за годинниковою стрілкою.

На штуцері кутового вентиля 12 за фільтрами-осушувачами 11 встановлюють контрольний вакуумметр 13, причому після повного відкриття вентиль 12 також закривають на два обороти шпинделя, щоб відкрити прохід до вакуумметра 13.

Рисунок 11.1 - Випробування установки МАВ - ІІ під вакуумом

Потім відкривають в робоче положення кутовий вентиль 1 зворотнього трубопроводу на ресивері і замкові вентилі манометрів низького 3 і високого 5 тиску на щиті приладів, а замковий вентиль під манометром масляного насоса 4 повністю закривають. Відкривають електромагнітні вентилі перед випарником, підключаючи їх до ланцюга постійного струму напругою 115 В.

Після такої підготовки вмикають вакуум-насос 9. При досягненні всередині холодильної установки вакууму 30 мм рт. ст. закривають всмоктувальний 2 і нагнітальний 6 вентилі компресора, а також кутовий вентиль 1 зворотнього трубопроводу на ресивері. Після отримання вакууму 1,5- 2 мм рт. ст. вакуум-насос залишають включеним ще на 1 год.

Потім закривають вентиль 8 на сполучному трубопроводі, вимикають вакуум-насос і протягом 2 год. перевіряють густину установки за свідченнями вакуумметра 13. У разі відхилень, які можуть виникнути не обов'язково за рахунок негерметичності холодильної установки, але і через випаровування вологи, що залишилася, продовжують вакуумування до 1,5- 2 мм рт. ст. і після відключення вакууму-насос ще протягом 2 год. перевіряють густина системи. У разі виявлення негерметичних різьбових і фланцевих з'єднань і вентилів і неміцно затягнених сальників кутових вентилів усувають дефекти.

Вакуумування продовжують до тих пір, поки в системі установки не вийде постійне розрідження в межах 1,5-2 мм рт. ст. протягом 2 год. Якщо система вакуумується до залишкового тиску не більше 10 мм рт. ст., то установку залишають під вакуумом на 8 год. Допускається підвищення тиску не більше ніж на 2 мм рт. ст. протягом першої години. В подальші 7 год. випробування тиск в системі підвищуватися не повинне.

При отриманні задовільних результатів вакуумування повністю відкривають кутові вентилі 10 і 12, від'єднують вакуум-насос 9 і вакуумметр 13 і ставлять ковпачкові гайки на вентилі 10 і 12. В останню чергу закривають електромагнітні вентилі перед випарником.

При деповському ремонті установки типу МАВ- ІІ можна випробовувати під вакуумом до залишкового тиску не більше 10 мм рт. ст. Установка вважається герметичною, якщо через 60 хв. після виключення вакууму-насосу не спостерігається підвищення тиску.

Однією з основних причин відхилення від оптимального режиму роботи установки кондиціонування повітря є наявність в ній повітря, через що підвищується витрата електроенергії і знижується холодопропродуктивність.

12. Техніко-економічне обгрунтування прийнятих рішень

У пасажирських вагонах залізничного транспорту України застосовуються тільки компресійні холодильні установки цілорічного неповного кондиціонування повітря з централізованим отриманням холоду і змішаним отриманням тепла.

Таблиця 12.1 - Технічна характеристика компресійної установки МАВ- ІІ

Елементи характеристики компресійних холодильних установок	Характеристика установки, розрахованої на постійний струм, 110 В
	МАВ- ІІ
Розрахункова холодопродуктивність, ккал/год Кількість циліндрів компресора Діаметр циліндра (хід поршня), мм Робоча частота обертання вала компресора, об/хв. Спосіб регулювання холодопродуктивності Кількість ступенів регулювання Кількість хладогенту в системі, кг Поверхня повітряохолоджувача, м2 Поверхня конденсатора, м2 Загальна продуктивність вентилятора конденсатора, м3/год Розхід енергії на 1000 ккал холоду, кВт Потужність електродвигуна компресора, кВт Потужність електродвигуна вентилятора конденсатора, кВт/шт Маса конденсаторного агрегату, кг Маса компресорного агрегату, кг Маса повітряохолоджувача, кг Маса всієї установки кондиціонування повітря, кг	15000 4 76(40) 1200 Віджиманням всмоктуючих клапанів в трьох циліндрах та секціонуванням теплообмінних апаратів 3 40 100 90,98 16000 0,6 13 1,7/1 485 580 250 1315

На підставі техніко - економічних зрівнянь установок кондіюціювання повітря різних тисків можна зробити висновок , що вітчизняна установка МАВ - 2 по основному показнику - питомій холодопродуктивності - є кращою по зрівняння з іншими що використовуються на наших дорогах .

Але всі установки , які використовуються на пасажирських вагонах мають велику масу . Розташування однієї частини апаратів під рамою вагона , а інші - в надстельному просторівимагають великой кількості зєднань фреонових трабопроводів , та ускладнює обслуговування та ремонт апаратів .

Вдосканалення установок кондіюціювання повітря повинно йти по шляху зниження їх маси , а також покращення умов ремонту . З цієї точкм зору краще всю установку обєднати в один блок . Прикладом такого режима може бути установка “ Стоун - Керріер” .

Весь блок монтуються безпосередньо в вагоні , при ціому забезпечується легкість забезпечуються легкість монтажу та демонтажу при ремонті , а мінімаль на довжина трубопроводів та незначна кількість зєднань забезпечує високу надіїність та значно зменшує утічки фреону .

Головною проблемою при експлуатації компресіїних установок є забезпечення їх електрикою в поезді , а також відносно високі первинні затрати та складання конструкції.

13. Основні вимоги охорони праці при експлуатуванні прийнятої

Для забезпечення безпеки робіт при експлуатації холодильного устаткування необхідно строго дотримувати вимоги техніки безпеки на фреонових установках, пожежної безпеки, а також Правил устройств і безпечної експлуатації сосудів, що працюють під тиском.

Прилади, використовуємі при ремонті установок, повинні мати паспорта і інструкції по їх пристрою і експлуатації, утримуватись в постійній справності.

Резервуари, працюючі під тиском, не допускаються до експлуатації, якщо закінчився термін їх огляду і освідчення інспекцією котлонагляду. Не дозволяється кріпити з'єднання і затягувати бовти компресора під час його роботи.

Хладон-12 - газ без кольору і запаху з температурою кипіння при атмосферному тиску - 29,8° С. Цей газ не отруйний, по при змісті його в повітрі більше 30% по об'єму біля у людини з'являються ознаки задухи унаслідок нестачі кисню. Рідкий хладон-12 при попаданні на шкіру може викликати обмороження, а при попаданні в очі пошкодити їх. Демонтувати компресорний, конденсаторний агрегати і випарник з вагону або скривати їх для огляду і ремонту дозволяється тільки в захисних окулярах після того, як хладон-12' буде повністю видалений з компресора, конденсатора і випарника, а тиск буде знижений до атмосферного і залишиться постійним не менше 20 хв.

Забороняється скривати апарати, якщо температура їх стінок нижче - 35° С, а також апарати, покриті товстим шаром інею.

Під час огляду і ремонту внутрішніх частин компресора і теплообмінних апаратів необхідно користуватися тільки переносними електролампами напругою не вище 36 В або електричними акумуляторними ліхтарями.

Забороняється користуватися для освітлення відкритим полум'ям, оскільки при температурі вище 400° С відбувається розкладення хладона-12 з утворенням невеликої кількості отруйного газу - фосгену. При огляді і ремонті компресорів і інших агрегатів не можна палити.

Забороняється залишати балони з хладоном-12 приєднаними до холодильної установки, за винятком часу, коли виконується заповнення системи хладогентом або видалення його. При транспортуванні балони не повинні співударятися щоб уникнути вибуху, тому на них надягають резинові кільця.

При виконанні слюсарних робіт необхідно користуватися справним ручним або механічним інструментом. Робоче місце повинне дотримувати в чистоті. Не дозволяється захаращувати його деталями, пристосуваннями, інструментом і сторонніми предметами.

Дозволяється випускати в атмосферу газоподібний хладон-12 в невеликих кількостях в зоні перебування людей, при цьому об'єм приміщення повинен бити не менше 1 м3 на 0,5 кг випускаємого хладона-12.

Перед заповненням систем хладоном-12 необхідно впевнитися в тому, що в балоні знаходиться саме той хладогент. Для приєднання балонів з хладоном-12 до системи холодильної установки дозволяється застосовувати тільки інвентарні отоженні мідні трубки або шланги з фреономаслобанзостійкою резиною.

Балони для хладогентів повинні відповідати Правилам пристрою і безпечної експлуатації судин, що працюють під тиском.

У разі обмороження при безпосередньому попаданні рідкого хладона-12 на шкіру необхідно обережно розтерти обморожену ділянку стерильним ватнім тампоном або марлевою серветкою до появлення чутливості і почервоніння шкіри. Після того обтерти обморожене місце спиртом і накласти пов'язку з чистого бинта. Якщо ділянка ураження хладоном-12 обширний або на шкірі утворилися пазурі, не слід чіпати обморожене місце. Потрібно накласти на них антисептичну пов'язку і звернутися до лікаря.

Якщо хладон-12 потрапив в очі, їх треба промити струменем води кімнатної температури під невеликим тиском, закапати стерильне вазелінове масло і негайно звернутися до лікаря.

При задусі від вдихання хладона-12 треба негайно винести потерпілого на свіже повітря і викликати лікаря. Бажано дати йому вдихати кисень, при загальній слабкості дати міцний чай або каву. В тяжких випадках (відсутність дихання) слід робити потерпілому штучне дихання до приходу лікаря.

Список літератури

Алексюткин Б. А., Устич П. А. Холодильное оборудование и кондиционирование воздуха: Методические указания для курсового и дипломного проектирования. - М.: МИИТ, 1991. - 61 с.

Анурьев В. И. Справочник конструктора-машиностроителя - М.: Машиностроение, 1973.

Демьянков Н. В. Холодильные машины и установки. - М.: Транспорт, 1976. - 360 с.

Зворыкин М. А., Черкез В. М. Кондиционирование воздуха в пассажирских вагонах - М.: Транспорт, 1977. - 286 с.

Китаев Б.Н. Теплообменные процессы при эксплуатации вагонов. - М.: Транспорт, 1984. - 184 с.

Комаров Н. С. Справочник холодильщика. - М.: Транспорт, 1962. - 419 с.

Кошкин Н. Н. Тепловые и конструктивные расчеты холодильных машин. - Л.: 1976. - 328 с.

Маханько М. Г. Кондиционирование воздуха в пассажирских вагонах и локомотивах. - М.: Транспорт, 1981. - 254 с.

Осадчук Г. И., Фарафонов Е. С. Холодильное оборудование вагонов и ккондиционирование воздуха - М.: Транспорт, 1974. - 304 с.

Сидоров Ю. Л. Основы кондиционирования воздуха на предприятиях ж-д. транспорта и подвижном составе. - М.: Транспорт, 1984. - 199 с.

Фаерштейн Ю. О., Китаев В. Н. Кондиционирование воздуха в пассажирских вагонах. - М.: Транспорт, 1984. - 345 с.

Фарафонов Е. С., Ким Н. Ремонт компрессоров пассажирских вагонов - М.: Транспорт, 1973.-127с.

Холодильные компрессоры. Справочник. - М.: Транспорт, 1981. - 279 с.