Холодильное оборудование вагонов и кондиционирование воздуха

Уральская Государственная Академия путей сообщения

Курсовая работа

На тему: «Холодильное оборудование вагонов и кондиционирование воздуха»

Выполнил: студент гр. В-432

Тихановский С.Е.

Проверил: Черников А.А.

Екатеринбург-1995

Содержание

Индивидуальное задание

Реферат

1. Состояние вопроса по системам кондиционирования воздуха

2.Определение площади теплопередающих поверхностей

3. Определение коэффициента теплопередачи ограждения вагона

4.Теплотехнический расчет вагона в летнее время

5. Построение процессов обработки воздуха в вагонном кондиционере

6. Описание конструкции и работы системы охлаждения

7. Расчет холодильного цикла установки вагона

Индивидуальное задание

Вести расчеты по полупроводниковым термоэлектрическим кондиционерам.

Полупроводниковые термоэлектрические кондиционеры характерны тем, что в них используются полупроводниковые термоэлементы (термисторы) для охлаждения или подогрева воздуха в вагоне. Принцип действия их основан на свойстве термисторов охлаждаться вместе их спая при пропускании постоянного электрического тока.

Получение низких температур с помощью полупроводниковых материалов основано на использовании термоэлектрического эффекта Пелье. Сущность его в том что, при пропускании постоянного тока в цепи, состоящей из двух разнородных проводников, на одном из спаев этих проводников тепло поглощается, на другом выделяется. Горячие и холодные спаи меняются местами при изменении направления тока.

Термоэлементом (термопарой) называют два скоммутированных один с другим элемента различной проводимости.

Простота термоэлектрических устройств, их высокая надежность, удобство управления процессом с возможностью плавного перехода от режима охлаждения к обогреву являются важным достоинствами термоэлектрического охлаждения. Однако достигнутый К.П.Д. пока еще не превосходит 5%.

Полупроводниковые кондиционеры в полной мере удовлетворяют всем требованиям, предъявляемым к установкам кондиционирования воздуха, работающим на железнодорожном транспорте. Они надежны в работе, безинерционны, легко управляемы. В них нет хладагента и, следовательно, не требуется герметизация системы. В них нет трубопроводов, ресивера, теплообменника, вентилей, манометров, что значительно повышает надежность их работы.

Практически термоэлектрическое охлаждение целесообразно применять при локальной обработке воздуха. В настоящее время известно, к примеру, использование термоэлектрического охлаждения в кабинах автобусов в бытовых домашних холодильниках в водоохладителях.

Несмотря на преимущество термополупроводникового охлаждения, по ряду причин, кондиционеры этого типа уступают по своим энергетическим и технико-экономическим показателям установкам компрессионного типа и пока на ж.д. транспорте не применяется.

Реферат

В записке курсовой работы 28 с и 5 таблиц.

Ключевые слова:

Кондиционирование воздуха, теплопередающие поверхности, теплоприток, хладагент, испаритель, воздухоохладитель, изотерма, изоэнтальпа.

В пояснительной записке содержится результаты расчета площади теплопередающих поверхностей кузова вагона, Fр=242 м.кв., коэффициент теплопередачи Кр= 1,027 Вт/м.кв*к.

Выполнен теплотехнический расчет холодильного цикла, выбрана холодильная установка “СТОУН-КЭРРИЕР” с холодопроизводительностью Qо= 25 кВт, компрессор, приведено технико-экономическое обоснование применяемой системы охлаждения воздуха, рассмотрены правила технической безопасности и охраны труда при обслуживании пассажирского вагона.

1. Состояние вопроса по системам кондиционирования воздуха

В настоящее время все холодильные установки в пассажирских вагонах с кондиционированием воздуха, имеющие подвагонную компоновку, обладают недостаточно высокими технико-экономическими показателями.

Основные недостатки:

большие масса и габариты

значительный расход электроэнергии

недостаточная надежность и долговечность

трудность обеспечения полной герметизации системы из-за разбросанности агрегатов и длинных трубопроводов с большим количеством разъемов.

Снижение массы холодильных установок можно осуществлять за счет интенсификации теплообмена и соответствующего уменьшения поверхности аппаратов, как наиболее тяжелой части холодильных установок.

Применение плавного регулирования холодопроизводительности и автоматического поддержания стабильной температуры воздуха в вагоне можно осуществлять путем поочередного включения цилиндров компрессора. Такой способ регулирования, несомненно, прогрессивен, так как благодаря этому сводится к минимуму количество пусков и остановок компрессора и обеспечивается более устойчивая температура в вагоне. Примером установки с широким диапазоном регулирования является установка фирмы “Стоун” холодопроизводительностью 31.4кВт (табл. 1).

Весьма целесообразно изменять температуру воздуха по желанию пассажиров отдельно в каждом купе. В вагонах поездов “Рейнгольд” эксплуатируемых с 1962 г. в ФРГ, применены аппараты “Жетэйр” устанавливаемые в каждом купе. В них происходит вторичная тепловая



Характеристика установки кондиционирования воздуха	мягкий с двух и четырехместными купе	мякко-жесткий с четырехместными купе (”Микст”)	жесткий с четырехместными купе
Завод-изготовитель	Им. Егорова	Им. Вильгельма Пика (ВНР)	В г. Аммендорфе (ГДР)
Система электроснабжения	Идивид.	Индивид.	Смешанная
Ток и номинальное напряжение	Постоянный 110В	Постоянный 110В	Постоянный 110В Переменный 300В
Мощность генератора,кВт.	26	26	28
Емкость аккумуляторной батареи, А*ч.	400	390	300
Отопление	Водяное	Смешанное	Смешанное
Теплопроизводительность котла, кВт.(ккал/ч.)	38(33000)	38(33000)	46(40000)
Мощность электропечей,кВт	-----------	5	20(300В)
Мощность электрокалориферов, кВт.	16	5	6(110В)
Количество подаваемого воздуха, м.куб./ч.	5000/3000/2000	3200	5000/4000
Тип холодильной установки	КЖ-25П	“СТОУН-КЭРРИЕР”	МАВ-II
Холодопроизводительность установки, кВт.(ккал/ч.)	29(25000)	25(21000)	31(27000)
Тип компрессора	ФУ-15	5F-40	“5”
Число цилиндров, шт.	4	4	4
Диаметр цилиндров, мм.	76	63.3	80
Ход поршня, мм.	40	50	58
Частота вращения вала компрессора, 1/сек.(об/мин)	20(1200)	26(1560)	24(1410)
Количество ступеней и способ регулирования холодопроизводительности	Три ступени, изменением частоты вращения вала	Четыре ступени, отжатием клапанов	Три ступени, отжатием клапанов
Установленная суммарная мощность электродвигателя холодильной установки (без вагонного вентилятора),кВт.	13.2	10.6	14.7
Масса холодильной установки, т.	1.43	1.30	1.41
Удельный расход мощнотси, кВт./1000ккал/ч.	0.44	0.50	0.60
Удельная масса, кг./1000ккал/ч.	57.5	62	52.2

Таблица 1. Техническая характеристика типов вагонов

обработка воздуха, поступившего из нагнетательного воздуховода, и пассажиры могут сами устанавливать в купе желаемую температуру.

Улучшение технико-экономических показателей вагонных холодильных установок может быть достигнуто за счет повышения частоты вращения коленчатого вала компрессора, например, до 3000 об/мин.

Улучшение герметичности системы является одним из наиболее существенных факторов, влияющих на надежность работы холодильной установки.

Первым шагом по улучшению герметичности системы было создание полугерметичных компрессоров, смонтированных в одном корпусе с бесколлекторным электродвигателем переменного тока (например, компрессор ФУБС 15). Полностью же герметичную систему можно создать только при агрегатировании установки, т.е. применении автономного кондиционера с питанием переменным током.

Автономный кондиционер представляет собой единый агрегат, отдельные части которого соединены с помощью сварки. Это позволяет ликвидировать один из основных недостатков подвагонных установок, имеющих фланцевые и резьбовые соединения.

Агрегат удобен в обслуживании, легко монтируется на вагоне и при необходимости может быть быстро заменен другим не только на пунктах оборота поезда, но и во время его стоянок.

Автономные кондиционеры появились на транспорте около двадцати лет назад, но уже сейчас находят широкое применение во многих странах.

Кондиционеры, работающие в цикле теплового насоса, весьма экономичны и целесообразны для применения на железнодорожном транспорте. Они могут обеспечить не только охлаждение воздуха, но и подогрев без применения специальных подогревателей путем реверсирования в холодильной системе направление потока хладагента в зависимости от наружных температурных условий.

Применение теплового насоса позволяет значительно расширить возможности использования установок кондиционирования воздуха. В южных направлениях с умеренным климатом, где температура воздуха бывает -5 градусов даже в зимнее время года, такая установка может обеспечить круглогодичное кондиционирование воздуха, не нуждаясь в дополнительном применении приборов системы отопления.

При более холодном климате может потребоваться добавочный подогрев воздуха приборами отопления. И лишь при сильных морозах такая установка оказывается экономически невыгодной.

Перспективы развития.

Полупроводниковые термоэлектрические кондиционеры характерны тем, что в них используются полупроводниковые термоэлементы (термисторы) для охлаждения или подогрева воздуха в вагоне. Принцип действия их основан на свойстве термисторов охлаждаться вместе их спая при пропускании постоянного электрического тока.

Получение низких температур с помощью полупроводниковых материалов основано на использовании термоэлектрического эффекта Пелье. Сущность его в том что, при пропускании постоянного тока в цепи, состоящей из двух разнородных проводников, на одном из спаев этих проводников тепло поглощается, на другом выделяется. Горячие и холодные спаи меняются местами при изменении направления тока.

Термоэлементом (термопарой) называют два скоммутированных один с другим элемента различной проводимости.

Простота термоэлектрических устройств, их высокая надежность, удобство управления процессом с возможностью плавного перехода от режима охлаждения к обогреву являются важным достоинствами термоэлектрического охлаждения. Однако достигнутый К.П.Д. пока еще не превосходит 5%.

Полупроводниковые кондиционеры в полной мере удовлетворяют всем требованиям, предъявляемым к установкам кондиционирования воздуха, работающим на железнодорожном транспорте. Они надежны в работе, безинерционны, легко управляемы. В них нет хладагента и, следовательно, не требуется герметизация системы. В них нет трубопроводов, ресивера, теплообменника, вентилей, манометров, что значительно повышает надежность их работы.

Практически термоэлектрическое охлаждение целесообразно применять при локальной обработке воздуха. В настоящее время известно, к примеру, использование термоэлектрического охлаждения в кабинах автобусов в бытовых домашних холодильниках в водоохладителях.

Несмотря на преимущество термополупроводникового охлаждения, по ряду причин, кондиционеры этого типа уступают по своим энергетическим и технико-экономическим показателям установкам компрессионного типа и пока на ж.д. транспорте не применяется.

2.Определение площади теплопередающих поверхностей

Среднегеометрическая поверхность кузова определяется по формуле:

Fp= FH+FB /2,с. 34/

Площадь:

F p=Li* Hi

где Li - длина i-го элемента вагона, м;

Hi - ширина i-го элемента вагона, м;

Определение площади крыши

Fкр=Lд * Lв (2,1)

где Lд - длина дуги крыши вагона, м;

Lв - длина вагона в м;

Lд = 2L2+L1 (2,2)

где L 1 =(пr1* h1) / 180 (2,3)

L 2 =(пr2 х h2) / 180 (2,4)

Определяем наружную площадь поверхности:

L1 = 3.14 х 3.5 х 40 / 180= 2.442 м.

L2 = 3.14 х 0.5 х 60 / 180 = 0.523 м.

F кр = ( 2 х 0.523 + 2.442) х 21.58 = 75.2883 м. кв.

Определяем внутреннюю площадь поверхности крыши.

L 1 = 3.14 x ( Z 1 - b ) х h1/ 180= 3.14 x (3.5 - 0.095) x 40/180 = 2.376м.

L 2 = 3.14 x ( Z 2 - b ) х h2/ 180= 3.14 x ( 0.5 - 0.095) x 60/180 = 0.242м.

Где b = 95mm= 0.095 толщина крыши;

F кр = ( 2 х 0.423 + 2.376) х 21.58= 69.574 м. кв

2.2 Определяем площадь пола

F n = L в х L ш / 2, с.34/

где L ш - ширина вагона;

Определяем наружную площадь пола.

F n = ( 21.58 + 2 x 0.095)x 3.058 =66.573 м. кв.

Определяем внутреннюю площадь пола.

F n = 21.58х(3.058 x 2х 0.095) =61.891 м. кв.

Определение площади торцевой стены

F m = F1 + F2

где F1 - площадь прямоугольной части торцевой стены, м.;

F 2 - площадь сегмента торцевой стены, м.

Определяем наружную площадь торцевой стены

F1 = 2.51 х 3.058 = 7.655 м.кв.;

F 2 = 2 х F 2 + F 2 ;

2х F 2 = 2 x (r 1 x H 1/ 2)= 0.5 x 0.542 = 0.271 м. кв.;

F 2 = r 2 x H 2 = 3.5 x 0.74 = 2. 59 м.кв.;

F m = 7.765 + 2 x 0.271 + 2.59 = 10. 536 м. кв.;

Определение внутренней площади боковой стены:

F б.ст =21.58х (2.51 -0.095) -10.213 =42 м.кв.

Определение средней площади поверхности вагона

F в =2F б.ст. + F кр. +F п. + 2F m ; (2.10)

F в =2F б.ст. + F кр. +F п. + 2F m ; (2.11)

F p = F в х F в

где F в =2х44.3945 +75.2883 + 66.573 + 2 х10.536 =251.722 м.кв.

F в =2 х 42 + 69.574 +61.891 + 2 х 9.303 =234.071 м.кв.

F p = 251.722 х 234.071 =242.74 м.кв.

3. Определение коэффициента теплопередачи ограждения вагона

Коэффициент теплопередачи ограждений определяется по формуле:

Ki =1/[(1/нi)+(1/i)+(i/i)] (3.1)

где нi - коэффициент теплоперехода от наружной поверхности стенки к наружному воздуху, вт/м.кв.*к.;

i - коэффициент теплоперехода от воздуха к внутренней поверхности стенки , вт/м.кв.*к.;

=9.0 вт./м.кв.*к. - для стен и крыши;

= 6.0 вт./м.кв.*к.;

i - толщина однородного слоя стенки, мм.;

i - коэффициент теплопроводности материала соответствующего слоя стенки, вт./м.*к.;

н = а+[(V+15)/L^0.2 ], /8,с.16/

где а - коэффициент, учитывающий лучистый теплообмен;

a = 9 вт./м.кв.*к. - для летних условий;

V = 140 км./ч. = 38.8м./с.;

V = 140x(1000/3600) = 38.8 м./с. - заданная скорость поезда;

L = 21.756 м. - длина теплопередающей поверхности кузова вагона;

н = 9+[(38.8+15)/21.56 ^0.2] = 38.08 вт./м.кв.*к.;

Кпр = (KixFi)/Fi , /3,с.39/

где Fi - площадь теплопередающей поверхности i-го элемента;

Ki - коэффициент теплопередачи поверхности i-го элемента;

Несквозные тепловые мостики увеличивают Кпр, на 60% (у пассажирских вагонов), т.е. Кпр' = 1.6 Кпр , /8,с.16/

Расчетный коэффициент теплопередачи ограждения кузова вагона определяется по формуле:

Кр = (1.21.5)х Кпр';

В процессе эксплуатации коэффициент теплопередачи увеличивается на 2050% из-за увлажнения и старения изоляции.

Материал	К-т теплопроводности,ккал/м*ч*гр.	Объемная масса, кг./м.куб.	Средняя удельная теплоемкость,ккал/кг*град.	К-т теплоусвоения при периоде 24ч ккал/м. кв*гр.
Мипора	0.03-0.04	15-25	0.37	0.24
Пенополистирол ПСБ-С	0.032	25-30	0.34	---
Пенополиуретан ППУ-3С	0.036	36-42	0.34	---
Стеклянная вата	0.035-0.050	100-200	0.2	0.71
Минеральная вата	0.040-0.045	100-125	0.23	---
Стеклопластик	0.03-0.4	1600-1800	---	---
Шерстяной войлок	0.05-0.08	330	0.45	---
Минеральный войлок	0.06-0.08	150	0.44	0.93
Дерево твердых пород (поперек волокон)	0.29-0.32	600-750	0.62	1.1
Дерево мягких пород (поперек волокон)	0.12-0.15	500-600	0.65	1.0
Древесно-волокнистые плиты	0.19	600-700	0.6	---
Клеевая фанера	0.19-0.30	600-900	0.6	3.74
Линолеум	0.15-0.20	1100-1200	0.3	4.5
Мягкая резина	0.17	920	0.51	---
Оконное стекло	0.65	2500	0.18	9.2
Сталь	30-50	7850	0.11	108.3
Алюминий	123	2800	---	---

Таблица 2. Характеристика материалов теплопередающих поверхностей элементов ограждения

Сечения теплопередающих поверхностей кузова вагона.

I-крыша; II-боковой и торцевой стен; III-пола; 1- стальная обшивка; 2- полистирол; 3- дерево; 4- резина; 5- дуга; 6- ,брус;

Определяем коэффициент теплопередачи торцевой стены. Параметры боковой стены берем из табл. 2.

Кт.ст. =1/[(1/38.08)+(0.003/0.23)+(0.08/0.038)+(0.01/0.36)+(1/9)] = 0.44 вт/м.кв.*к.;

Определяем коэффициент теплопередачи боковой стены. Рассмотрим боковую стену без учета поверхности остекления;

Кб.ст. = Кт.ст.;

Определим коэффициент теплопередачи окон вагона:

Кок = 1/[(1/38.08)+(0.004/0.76)x2+(0.08/0.03)+(1/9)] = 0.35 вт./м.кв.*к.;

Определим Ккр вагона:

Ккр

=1/[(1/38.08)+(0.002/58)+(0.083/0.038)+(0.002/0.25)+(0.008/0.29)+(1/9)] = 0.42 вт./м.кв.*к.;

Определим коэффициент теплопередачи пола:

Кпол = 1/[(1/38.08)+(0.004/0.35)+(0.002/0.23)+(0.066/0.038)+(0.002/0.032)+(0.002/58)+(1/6)] = 0.48 вт./м.кв.*к.;

Определяем приведенный коэффициент теплопередачи ограждения кузова вагона:

Кпр = [2х(Кб.ст.хFб.ст.)+2х(Кт.ст.хFт.ст.)+(Кп.хFп.)+(Ккр.хFкр.)]/242.74 (3.3)

Кпр = [2х(0.44х43.181)+2х(0.44х9.9)+(0.48х64.189)+(0.42х72.375)]/242.74 = 0.44 вт./м.кв.*к.;

Кпр' = 1.6хКпр = 1.6х0.444 = 0.71 вт./м.кв.;

Полученный коэффициент получился заниженным так как не все элементы разбиваются на зоны. Расчетный коэффициент теплопередачи определяется по формуле:

Кр = 1.45х0.71 = 1.027 вт./м. кв.*к.;

В соответствии с ГОСТ 12406-66 значение коэффициента теплопереддачи не должно превышать для пассажирских вагонов 1.105 вт./м.кв.*к., поэтому полученный приведенный коэффициент теплопередачи отвечает требованиям ГОСТ 12406-66.

4.Теплотехнический расчет вагона в летнее время

Расчет теплопритоков в вагон в летнее время производится для определения производительности системы охлаждения.

Теплоприток через ограждения определяется по формуле:

Q1 = Fср.хКр.х(tн-tв), (4.1.)

где Fср. - площадь поверхности вагона, м.кв. (см.п.2.5);

Кр.- коэффициент теплопередачи, вт./м.кв.*к. (см.п.3.);

tн - наружняя температура воздуха, ^оС;

tв - внутренняя температура воздуха, ^оС;

Q1 = 242.74х1.029х(33-25) = 1994.35 вт.

Теплоприток от инфильтрации воздуха определяется по формуле:

Q2 = K'хQ1 /2,с.43/

К' - безразмерный числовой коэффициент. Для летнего времени, когда пассажиры часто выходят из вагона на станциях в пути следования К' = 0.3 .

Q2 = 0.3х1994.35 = 598.3 вт.

Теплоприток от солнечной радиации через непрозрачные ограждения определяется по формуле:

Q3 = (IxAxKpxFср.)/н (4.3.)

где I - интенсивность солнечной радиации, Iг = 950 вт./м.кв.

Iв = 540 вт/м.кв.

А - коэффициент теплопоглощения облучаемой поверхности, Акр=0.5; Аст = 0.7; /2,с.44/.

н = 38.08 вт./м. кв.*к. - коэффициент теплоперехода от наружной поверхности ограждения, к наружному воздуху. (см.п.3)

Q3кр`=(950 x 0.5 x1.029 x 72.375)/38.08= 928.96 вт.

Q3ст`=(540 x 0.7 x 1.029 x 43.181)/38.08= 441.06 вт.

Теплоприток от солнечной радиации через прозрачные ограждения.

Q3ок``= I x Кпр х Fок , (4.4)

где Кпр- коэффициент пропускания солнечных лучей окнами.

Кпр= 0.6 х К1 х К2 х К3+ 0.4 х К1 х К2, (4.5)

где К1=0.7- коэффициент двойного остекления.

К2=0.9- коэффициент, учитывающий загрязнение стекол.

К3=0.6- коэффициент, учитывающий применение солнечных штор со светлой наружной стороны.

Кпр= 0.6 х 0.7 х 0.9 х 0.6+0.4 х 0.7 х 0.9= 0.48

Q3ок``= 540 х 0.48 х 10.213= 2647.2 вт.

Q3= Q3кр`+Q3ст`+Q3ок``

Q3= 928.96+441.06+2647.2=4017.224.01 вт.

Тепловыделение пассажиров определяется по формуле:

Q4= g x n, (4.6)

где g=115 вт. - суммарное тепло выделяемое 1 пассажиром.

n= 36- количество пассажиров.

Q4= 115 x 36 = 4140 4,14 кВт.

Тепловыделения работающего в вагоне оборудования равно суммарной мощности постоянно работающих электропотребителей.

В купейном вагоне постоянно работает электродвигатель вентилятора, мощностью 1.7 кВт, регулирующая аппаратура мощностью 0.4 кВт.

Q5= 1.7+0.4= 2.1 кВт.

Теплоприток от подаваемого в вагон наружного воздуха зависит от его количества и разности теплосодержаний наружного воздуха и воздуха внутри вагона, и определяется по формуле:

Q6= Gн x в х (iн-iв), (4.7)

где Gн= 0.36 м.куб./сек. - объем подаваемого воздуха;

в=1.2 кг./м.куб.- плотность воздуха

iн= 73 кДж./кг.- теплосодержание наружного воздуха при tн=33*С,и н= 50;

iв= 53.2 кДж.- теплосодержание воздуха в вагоне при tв=26*С, в=55.

Q6=0.36 х 1.2 х (73-53.2)=8.55 кВт.

Общий теплоприток в вагоне, и следовательно потребная холодопроизводительность составляет:

Q6=Q1+Q2+Q3+Q4+Q6=12.847+8.555= 21.397 кВт.

На основе полученных результатов, выбираем холодильную установку типа “СТОУН - КЕРРИЕР “, с холодопроизводительностью 25 кВт. (21200 к.кал./ч.).

5. Построение процессов обработки воздуха в вагонном кондиционере

В летний период времени наружный воздух, имеющий температуру tн и рециркуляционный воздух из салона вагона с температурой 25^оC, смешиваются и подаются к воздухоохладителю.

Смесь, пройдя через воздухоохладитель, охлаждается, при этом происходит ее осушение (уменьшение влагосодержания).

По нагнетательному клапану, через выпуск, воздух подается в купе. Этот процесс обработки воздуха изображается на диаграмме i-d влажного воздуха в соответствии с рис.3 построение процесса начинаем с нанесения точек В и Н, соответствующих параметрам воздуха внутри салона вагона и наружного воздуха. Расчетное значение температуры tн=33 ^оС и относительной влажности Фн=50%, следовательно, точка Н определяется пересечением линий tн=const. и Фн=const. Аналогично определяется и точка В, при этом параметры ее определяем из условия комфорта. В летний период времени температура воздуха в вагоне tв=25^оС, а относительная влажность Фв=55%.Точка С на линии ВН характеризует параметры смеси, ее положение определяется из соотношения:

ВС/ВН=Gн/G , (5.1)

где Gн-- секундный расход наружного воздуха, кг/c;

G-- текущий расход воздуха, кг/с;

G=Gн+Gр; Gн:Gр=1:2, (5.2)

где Gр - вес рециркуляционного воздуха, ВС/ВН=1/3

Согласно норм в летний период времени расход воздуха в количестве 25 м3/ч на одного пассажира. Воздух в притоке, поступая через выпуски в купе, должен тепло и влагоизбытки. Этот процесс из точки В под углом равным E-тепловлажностному соотношению; этот луч проводится параллельно вспомогательной линии, имеющий на полях J-d диаграммы и соответствует данному значению E.

Тепловлажностное отношение E, определяется по формуле:

E=Qi/еWi (5.3)

где еQi-теплоизбытки в салоне вагона, кВт.

Эти теплоизбытки складываются из теплопритоков, притоки тепла от пассажиров, притоки тепла от электрооборудования, притоки тепла от теплоизоляционных ограждений с учетом солнечной радиации, а также с учетом излучения через окна, теплопритоки с инфильтрационным воздухом.

Q=12,847 (см.с.28)

еW,кг/с--влагоизбытки, которые рассчитываются, как сумма влагоизбытков, которые поступают с инфильтрационным воздухом, а так же выделяющиеся пассажирами.

W=Wп+W инф, (5.4)

Влагопоступление от пассажиров определяется;

W= x n (5.5)

где -количество влаги выделяемое пассажирами, кг/с;

=27 x 10 ^-6 кг/с;

n =36-число пассажиров в вагоне.

Влагопоступление с инфильтрационным воздухом определяется по формуле:

Wинф=Gинф(dн-dв) х10 ^-3 (5.6)

Где Gинф=150-400 кг/ч - количество инфильтрационного воздуха, поступающего в салон вагона;

dн, dв - влагосодержание наружного и внутреннего воздуха; По i-d диаграмме влажного воздуха: dн=21,7г/кг.с.в., dв=13,1г/кг.с.в.;

Wинф=0,076(21,7-13,1) х 10 ^-3 =0,000065 кг/с;

Wп=36 х (27х10 ^-6 )=0,0000972кг/с,

W=Wп+Wинф=0,00124 кг/с,

E=12,847/0,00124=10,36 х 10 ³ кВт.с/кг

Для определения точки К, из точки В проводим прямую, параллельную E. Температура точки К должна быть на 4*С--6*С ниже температуры точки В.

tм=tв-5, tм=25-6=21^оС (5.7)

6. Описание конструкции и работы системы охлаждения

Принцип работы холодильного устройства пассажирского вагона на превращении хладагента из газообразного состояние в жидкое, с последующим его кипением в испарителе. Последнее происходит при низкой температуре и сопровождается отбором тепла у окружающей среды воздуха. Образовавшиеся при кипении пары вновь превращаются в жидкость и процесс повторяется.

В холодильных установках он протекает следующим образом. Когда поршень компрессора, под действием электродвигателя идет вниз, то и в цилиндр через всасывающий вентиль, поступает порция парообразного фреона. при последнем движении поршня вверх пар сжимается, открывается нагнетательный вентиль и выталкивается в трубопровод, ведущий в конденсатор.

Сжатие паров фреона сопровождается повышением их температуры. При этом нагрев зависит от давления сжатия: чем больше давление, тем выше температура точки. Пары фреона необходимо нагревать, для того, чтобы можно было их охладить. Только в этом случае пар превращается в жидкость.

В пассажирском вагоне для охлаждения фреона в конденсаторе используется атмосферный воздух.

Итак, в конденсаторе нагретые пары фреона переходят в жидкое состояние, соприкасаясь с внутренними стенками змеевика, охлаждается воздухом, нагнетательным вентилятором.

Фреон на участке между компрессором и терморегулирующим вентилем 5 со стороны конденсатора находится под большим давлением и постоянно, во время работы установки охлаждается воздухом, поэтому, превратившись в жидкость и имея высокую температуру кипения, вновь испариться не сможет, но стоит открыть терморегулирующий вентиль, как фреон устремляется в испаритель и попадает в зону низкого давления, в результате чего начинает бурно кипеть.

Кипение сопровождается интенсивным отбором тепла, на помощь приходит вентилятор, который сквозь воздухоохладитель 6 продувает теплый наружный воздух, смешанный с воздухом, циркулирующим в вагоне омывая трубки испарителя, воздух отдает свое тепло холодильным стенкам змеевика и охлаждается.

Пройдя воздухоохладитель, превратившийся в пар, фреон возвращается обратно в компрессор. Холодильная установка как и всякий агрегат, нуждается в наблюдении. Эту работу выполняют специальные приборы, которые автоматически включают компрессор при нарушении нормального режима эксплуатации и регулируют холодопроизводительность установки.

Автоматизация, однако, не исключает необходимость периодического контроля за работающей установкой со стороны проводника или поездного электромонтера.

7. Расчет холодильного цикла установки вагона

1. Температура испарения хладагента tо(^оС) определяется по следующей формуле:

to=tв - to (7.1)

где tв- средняя температура воздуха отделения пассажирского вагона, продуваемого через испаритель, ^оС;

tо- разность температур воздуха и испарения хладагента, ^о С.

Принимаем tв = 25^оС согласно задания (см.стр.1).

t_о= 10-20 ^оС. Принимаем t_о= 10^оС.

Подставив значения tв и to в (7.1), получим

t_o= 25-10= 15^оС

На диаграмме p-i хладона -12 проводим изотерму t_о= 15^оС до пересечения с кривой паросодержания x=1. Эти линии сходятся в т.1. Определяем теплосодержание т. 1: i₁=558 кДж/кг.

2. Из т.1 проводим горизонтальную линию до пересечения с осью ординат и определим давление испарения Ро=0,48 мПа.

3. Определяем температуру всасывания хладагента t_вс(^оС) в компрессоре по формуле:

t_вс= t_o+t_вс,

где tвс - разность температур всасывания и испарения хладагента, оС.

По tвс= 15_оС, тогда tвс = 30^оС .

Проводим изотерму tвс = 30^оС до пересечения с изобарой Ро=0,48 мПа. Линии сходятся в т.1`, определяем i<sub>1`</sub> =569 кДж/кг.

4. Температуру конденсации хладагента tк (оС) определяем по формуле:

tк=tн=tк,

где tк- температура наружного воздуха, продуваемого через конденсатор, ^оС.

tк- разность температур конденсации хладагента и наружного воздуха, ^оС.

Принимаем tк= 33^оС согласно задания, принимаем tк= 18.

Тогда tк= 33+18=51^оС

Проведем на диаграмме р-i изотерму tк= 51^оС до пересечения с кривой х=1. Таким образом определяем т.2`. Тогда i<sub>2`</sub> = 572,5 кДж/кг.

5. Из т.2` проводим изобару Рк до пересечения с осью координат и определяем давление конденсации Рк=1,3 мПа.

6. Из т.1` проводим адиабату до пересечения с изобарой Рк и определяем т.2.

7. Проводим изотерму tм=19^оС до пересечения с кривой паросодержания х=1, затем проводим изобару до пересечения с кривой паросодержания х=0 и определяем т.3`и т.4.

Построение и расчет теоретического цикла производим в диаграмме:

lg P-i или Т-S. При этом полагаем, что холодильная машина работает в установившемся тепловом и мощностном режиме.

Задаем:

Холодопроизводительность машины 25кВт

Температура конденсации tк=51^оС

Температура перед регулирующим вентилем tм=19 ^оС

Компрессор всасывает сухой насыщенный пар;

Рабочее вещество - хладон 12.

Используя диаграмму lg P-i определяем давление нагнетания и всасывания хладагента, а также энтальпию сухого насыщенного пара i, всасываемого компрессором, энтальпию перегретого пара iв в конце сжатия , энтальпия жидкого хладагента, i ₃'=i ₄ `, в конце процесса конденсации. Одновременно находим удельный объем всасываемых компрессором паров и температуру перегретого пара.

Найденные параметры состояния хладагентов в характерных точках теоретического цикла холодильной машины заносим в приложение 1.

Порядок последующего теплового расчета цикла, принимаемые формулы и полученные результаты произведены в приложение 2.

8. Охрана труда и техника безопасности при эксплуатации холодильных установок

В процессе обслуживания установок кондиционирования воздуха пассажирских вагонов приходится иметь дело агрегатами и аппаратами, которые могут иметь движущиеся части, высокое напряжение, давление, что опасно для здоровья и жизни человека.

Процесс обслуживания может происходить на железнодорожных путях, где происходит движение поездов, другого транспорта.

Требования техники безопасности (ТБ) установлены соответствующим правилами и инструкциями.

Приложение 1.

Параметры состояния хладагента

ПАРАМЕТРЫ	ХЛАДОН-12
Давление, мПа Всасывния Po Нагнетание Рк tк, *С tо, *С Энтальпия в точках (см.рис.4) 1. i1 2. i2 3. i3 Энтальпия хладагента, кДж/кг 3' и 4 i3'=i4 Удельный обьем всасываемых компрессором паров, , м.куб./кг. Температура перегрева паров и точка 2, tк,*С	0,48 1,3 18 10 558 588 450 419 0,051 49

Приложение 2.

Расчет основных параметров

Основной определяемый параметр	Расчетная формула	Значения для хладона-12
1	2	3
Хлодопроизводительность 1 кг. хлалагента, кДж/кг	qo=i1-i4	qo=558-419=139
Теоретическая работа сжатия	L=i2-i1	L=588-558=30
Тепло отданое 1 кг. хладагента: В конденсаторе, кДж/кг В переохладителе, кДж/кг	qк=i2-i3 qп=i3-i3''	qk=588-450=38 qп=450-419=31
Холодильный коэф.	=qo/L	=139/30=4,63
Объемная холодопроизводительность хладагента, кДж/кг	qv=qo/	qv=139/0.051= 2725,49
Объем паров хладагента, всасываемых компрессором, м.куб.	V=(3600 х Qo)/qv	V=(3600 x 25)/ 2725,49=33
Масса циркулирующего хладагента, кг/ч	Gh=(3600 x Qo)/qo	Gh=(3600 x 25)/139=647,48
Теоретическая мощность компрессора, кВт в зависимости от в зависимости от	Nт=o/ Nт=(Gн x L)/ 3600	Nт=25/4,6=5,43 Nт=(647,48 х 30)/ 3600=5,39
Тепловая нагрузка на переохладитель, кВт	Qл=(Gн x qп)/3600	Qл=(647,48 х 31)/ 3600=5,57
Тепловая нагрузка на конденсатор	Qк=Qo+Nт	Qк=25+5.39= 30.39