МПС РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

Кафедра “Коммерческая и грузовая работа”

КУРСОВАЯ РАБОТА

ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ РЕФРИЖЕРАТОРНОГО ВАГОНА ЗА ВРЕМЯ ГРУЖЁНОГО РЕЙСА

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. ГРАФОАНАЛИТИЧЕСКИЙ МЕТОД РАСЧЁТА ТЕПЛОПРИТОКОВ

1.1 Определение расчётных параметров внешней среды

1.2 Расчёт теплопритоков

1.2.1 Теплоприток через ограждение кузова

1.2.2 Теплоприток за счёт инфильтрации воздуха

1.2.3 Теплоприток на охлаждение груза и тары в вагоне

1.2.4 Теплоприток за счёт биохимического тепла

1.2.5 Теплоприток за счёт солнечной радиации

1.2.6 Теплоприток за счёт притока свежего воздуха при вентилировании вагона

1.2.7 Теплопоступления за счёт работы вентиляторов-циркуляторов

1.2.8 Теплоприток за счёт оттаивания снеговой шубы на испарителях

1.2.9 Теплоприток за счёт охлаждения вагона

1.2.10 Теплоприток через открытые двери при погрузке

1.3 Результаты расчёта теплопритоков

2. УСТАНОВЛЕНИЕ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ДИЗЕЛЬ-ГЕНЕРАТОРНОГО И ХОЛОДИЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ РПС

3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПУНКТОВ ЭКИПИРОВКИ ЭПС В ГРУЖЕНОМ РЕЙСЕ

4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗАВИСИМОСТИ ТЕПЛОПОСТУПЛЕНИЙ В ВАГОН ОТ КОЛИЧЕСТВА ГРУЗА В ВАГОНЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

ВВЕДЕНИЕ

Цель курсовой работы - определить расход дизельного топлива и необходимость в экипировке вагона за время груженого рейса.

Определение количества тепла, поступающего в грузовое помещение вагона, относиться к теплотехническим расчётам. На основании таких расчетов решают различные проектные и эксплуатационные задачи, такие как:

определение расчетной тепловой нагрузки при проектировании нового холодильного оборудования или теплоизоляции вагонов;

определение потребной или фактической тепловой нагрузки для эксплуатационных целей;

оценка возможности поддержания требуемого температурного режима перевозки и выявление причин его нарушения;

определение пунктов экипировки изотермических вагонов;

возможность использования рефрижераторных вагонов в режиме “Термос”.

Существует два способа (метода) теплотехнических расчетов: аналитический и графоаналитический. Для проектных целей используют аналитический метод.

При решении эксплуатационных и экономических задач изменчивость параметров внешней среды может существенно отразиться на результатах расчета и поэтому используется графоаналитический метод определения расхода холода. Суть этого метода заключается в графическом сопоставлении хладопроизводительности устройств охлаждения и всех теплопоступлений внутрь вагона в зависимости от времени суток и места его нахождения.

Графоаналитические расчеты позволяют определить усредненный расход холода на направлении в условиях наиболее приближенных к фактическим. При этом расход холода ставится в зависимость от изменяющейся температуры наружного воздуха, вида подвижного состава, заданной температуры внутри вагона.

Существует десять теплопритоковQ₁...Q₁₀, которые подразделяются на непрерывные Q₁...Q₄ , периодические Q₅...Q₈ и разовые Q₉...Q₁₀.

1. ГРАФОАНАЛИТИЧЕСКИЙ МЕТОД РАСЧЁТА ТЕПЛОПРИТОКОВ

Основными исходными данными в расчете теплопритоков графоаналитическим методом являются:

техническая характеристика используемого изотермического подвижного состава (ИПС);

теплотехнические характеристики, свойства, способ, режим и период перевозки груза;

расчетная температура наружного воздуха на направлении перевозки;

начальная температура груза при которой его предъявляют к перевозке;

надёжность расчета теплопритоков;

маршрут следования подвижного состава от места погрузки до места выгрузки с выделением на нём опорных станций, включая станции погрузки, выгрузки, переформирование составов в пути, а так же при резкой смене климатических условий.

величины средних или расчетных температур наружного воздуха на опорных станциях по состоянию на 13 часов дня и на 1 час ночи;

протяженность участков между опорными станциями и участковая скорость движения поездов между ними;

время подачи вагонов под погрузку;

продолжительность простоя вагонов на опорных станциях.

1.1 Определение расчетных параметров внешней среды

Для определения расчетных параметров внешней среды маршрут разбивают на расчётные участки - интервалы по продолжительности нахождения вагона на:

- i-x опорных станциях

(?), ч (=1, 2,.., );

- i-x участках между опорными станциями

(), ч (=1, 2,..,-1),

где - количество опорных станций на маршруте.

Общая продолжительность следования вагона от погрузки до выгрузки, равна, ч :

При этом общее количество расчетных интервалов на маршруте () составит:

,

Продолжительность следования вагона по участку равна, ч :

,

где - протяженность участков между i-ми опорными станциями, км;

- участковая скорость движения поездов, заданная. = 25 км/ч.

Посуточное (графиковое) время проследование поездом всех i-х опорных станций по прибытию и по отправлению, ч :

;

;

где - посуточное время отправления поезда с предшествующей станции, ч.

Началом отсчёта является заданное время подачи вагонов под погрузку на станции “ А “ .

Расчётные температуры наружного воздуха на опорных станциях: дневные на 13 часов и ночные на 1 час определяются по формулам:

то же на участках

где - среднемесячная температура наружного воздуха на 1 час и 13 часов на данной i-й опорной станции, ;

X - параметр, определяющий заданную надёжность расчёта теплопритоков (Р=0.95);

???????d_{i oc} - заданное среднеквадратичное отклонение температуры наружного воздуха от её среднего значения по состоянию на 1 час и на 13 часов. Расчётные значения температур наружного воздуха, ⁰С, за время нахождения вагонов на опорных станциях и участках определяются по формулам:

тоже на участках:

Исходные и расчётные значения изменяющихся параметров внешней среды сведены в таблицу 1.

Таблица 1. Переменные параметры внешней среды

Пара-метр	Ед.	Станции и участки маршрута
	изм.	А	А-Б	Б	Б-В	В	В-Г	Г	Г-Д	Д
?i oc	ч	8		4		6		5		11
Li уч	км		340		250		320		290
Vi уч = 25	км/ч
?i уч	ч		14		10		13		12
Ti ocпр	ч	8		6		20		15		8
Ti ocотпр	ч	16		10		2		20		19
ti ocЭД	0С	9		7		10		14		8
ti ocЭН	0С	2		3		4		8		1
ti oc(уч)РД	0С	17,2	16,2	15,2	16,7	18,2	20,2	22,2	19,2	16,2
ti oc(уч)РН	0С	10,2	10,7	11,2	11,7	12,2	14,2	16,2	12,7	9,2
ti oc(уч)Р	0С	13,2	14,73	13,76	12,57	12,79	16,97	21,41	15,92	12,7

1.2 Расчёт теплоритоков

Расчёт теплопоступлений ведётся в тысячах кДж на один вагон по приведённым ниже формулам.

1.2.1 Теплоприток через ограждение кузова

Где К_Р и F_P - соответственно расчётный коэффициент теплопередачи, Вт/(м²?К), и полная расчётная поверхность ограждения кузова вагона, м² ;

t_B - температура воздуха внутри вагона, ⁰С , определяемая как средняя величина между верхним и нижним предельными значениями температурного режима перевозки груза:

K_M и F_M - соответственно коэффициент теплопередачи, Вт/( м²?К), и поверхность перегородок, м² , по внутреннему контуру машинного отделения , К_М =0,32 Вт/( м²?К), F_M=10,8 м²;

Таким образом, теплоприток Q₁ по всем опорным станциям и участкам маршрута, кДж:

=420,48 =850,54 = 222,24 = 491,87 = 302,19

= 945,71 = 482,6 = 805,5 = 548,72

1.2.2 Теплоприток за счёт инфильтрации воздуха

где С_В - теплоёмкость воздуха, С_В = 1,0 кДж/(кг? K);

?_В - плотность воздуха,??_В = 1,2 кг/м³,

V_В - объём инфильтрации воздуха, м³/ч, зависящий от надёжности расчёта теплопритоков (Р), V_В = 96 м³/ч;

t_н - расчётная температура наружного воздуха, ⁰С.

??-?расчётная продолжительность перевозки груза, ч.

Таким образом, теплоприток Q₂ по всем опорным станциям и участкам маршрута, кДж:

= 89,39

= 181,12 = 47,28 = 104,49 = 64,21 = 201,73

= 103,16 = 171,69 = 116,58

1.2.3 Теплопритоки на охлаждение груза и тары в вагоне

где С_гр и С_т - соответственно теплоёмкость груза и тары, С_гр = 3,56 кДж/(кг?К),

С_Т = 2,9 кДж/(кг?К);

G_ГР и G_Т - соответственно масса груза и тары, G_ГР= 36 т, G_Т= 6 т;

t_гр^н - начальная температура груза, из задания. t_гр^н = 11 ⁰С.

t_гр^к - конечная температура груза, t_гр^к = t_вв = 5 ⁰С ;

На рисунке 1 показана диаграмма охлаждения груза и воздуха в вагоне. Так после окончания погрузки и закрытия дверей температура воздуха в вагоне принимает значение близкое к начальной температуре груза (t_гр^н ). После отключения холодильного оборудования в первую очередь охлаждается воздух в вагоне. При понижении его температуры до значения соответствующего нижней границе режима перевозки , холодильное оборудование отключается. Воздух в вагоне начинает нагреваться за счёт влияния теплопритоков и теплопоступлений от самого груза. Как только температура воздуха внутри вагона повышается до верхней границы режима перевозки вновь начинается процесс охлаждения и т. д.

Первоначальная продолжительность охлаждения воздуха в вагоне, соответствующая так называемому нестационарному режиму перевозки, во многом зависит от начальной температуры груза и плотности погрузки, определяется по формуле:

где m - эмпирический коэффициент, определяющий темп охлаждения в вагоне, зависящий от вида продукта и плотности погрузки, m=0,031;

b - темп охлаждения воздуха в вагоне, зависящий от характеристик ИПС, b=0.35 K/ч.

Охлаждение груза в вагоне до значений температур соответствующих стационарному режиму перевозки, осуществляется за время t_гр⁰,определяемое по формуле:

Таким образом, получаем:

Q₃=(3.56Ч36+2,9Ч6)Ч(11-5)Ч1_^-3=873,36

Теплоприток относят на те станции и участки маршрута, на которых происходит охлаждение груза и тары, то есть в пределах ?_гр⁰.

Для этого значение Q₃ распределяют пропорционально времени нахождения вагона на этих участках и станциях:

Таким образом, теплоприток Q₃ по всем опорным станциям и участкам маршрута, кДж:= 134,57; = 235,5; = 67,29; = 168,21; = 100,93; = 166,87

1.2.4 Теплоприток за счёт биохимического тепла

Теплоприток Q₄ рассчитывается отдельно для стационарного и не стационарного режимов

где q₄^HЕСТ и q₄^CТ - удельные тепловыделения, соответственно для нестационарного и стационарного режимов перевозки, q₄^HЕСТ=78 кДж/(т?ч),

q₄^CТ=49 кДж/(т?ч),

Таким образом теплоприток Q₄ по всем станциям и участкам, кДж:

1.2.5 Теплоприток за счёт солнечной радиации

где t_эр - температура рассеяной радиации, t_эр=1,5 К;

F_бс и F_K - соответственно площадь боковых стен и крыши вагона, м² , F_бс=55 м², F_K=67 м²;

и - эквивалентные температуры прямой радиации на вертикальные и горизонтальные поверхности вагона,=5,5 K, =13,5 К;

m_С-------вероятность солнечных дней в году,--m_С=_,46;

t_Ci - продолжительность воздействия солнечной радиации из расчета что во время переходного периода солнечная радиация действует с 8 часов до 18 часов.

Таким образом, теплоприток Q₅ по всем станциям и участкам:

1.2.6 Теплопоступления за счет притока свежего воздуха при вентилировании вагона Q₆ = 0

Так как, правилами перевозок предусмотрено вентилирование только бананов и некоторых других грузов в зимнее время.

1.2.7 Теплопоступления за счет работы вентиляторов-циркуляторов

Определяют для всех типов ИПС, имеющих принудительную циркуляцию воздуха. Для нестационарного режима:

;

где N - мощность электродвигателя вентилятора-циркулятора, N=0,45 кВт ;

n_Э - число электродвигателей, n_Э=4;

h - коэффициент тепловых потерь электродвигателя,???0,06.

Для стационарного режима:

Таким образом, теплоприток Q₇ по всем опорным станциям и участкам маршрута, кДж :

1.2.8 Теплоприток за счет оттаивания снеговой шубы на испарителях

Определяют только для 5-ти вагонных секций и АРВ:

где q₈ - удельные теплопоступления при оттаивании снеговой шубы, q₈=100 тыс. кДж; n_OT - интервал через который производят оттаивание снеговой шубы, зависящий от средней температуры наружного воздуха, сут.

n_OT = 7,55 суток = 181,2 часа

Если , то необходимость оттаивания снеговой шубы отсутствует;

1.2.9 Теплоприток за счет охлаждения вагона

;

Теплоприток Q₉ существует только до тех пор, пока в вагоне охлаждается воздух, то есть в нестационарном режиме. Таким образом, теплоприток Q₉ по всем опорным станциям и участкам маршрута, кДж :



1.2.10 Теплоприток через открытые двери при погрузке

Очевидно, что Q₁₀, будет отсутствовать, если вагон и груз предварительно не охлаждены до требуемого режима перевозки.

1.3 Результаты расчета теплопритоков

Результаты расчета теплопритоков на станциях и участках приводятся в таблице 2. Затем строят график расхода холода за время гружёного рейса (рис 2). Сначала формируют центральную часть графика. Ось абсцисс обозначающую продолжительность перевозки, делят в выбранном масштабе на временные интервалы, соответствующие времени нахождения вагона на опорных станция и участках, проставляя их численные значения, ч. Там же указывают расстояние между опорными станциями, км и посуточное время проследования опорных станций по прибытию и отправлению.

В нижней части графика откладываю расчетные температуры наружного воздуха на опорных станциях и участках по состоянию на 13 ч, на 1 час и в среднем за время нахождения там вагона с указанием их численных значений, ⁰С. В верхней части графика сначала отложены суммы разовых теплопритоков, тыс. кДж. Затем к ним добавлена сумма периодических. Последней отложена общая сумма теплопритоков.

2. УСТАНОВЛЕНИЕ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ДИЗЕЛЬ-ГЕНЕРАТОРНОГО И ХОЛОДИЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ РПС

Режимы работы дизелей, холодильных машин и электропечей РПС определяют из возможности обеспечения теплового баланса.

Определяем потребную для одного вагона мощность холодильных машин ( Q_Xi ), кВт, на всех опорных станциях и участках маршрута:

где Q_обi - суммарные теплопритоки в вагон на рассматриваемом участке или станции, тыс. кДж;

t_i - продолжительность нахождения вагона на расчетном i -том интервале, ч

Значения Q_Xi заносим в таблицу 3 и сравниваем с суммарной мощностью холодильных машин (Q_XM) которую может обеспечить один вагон АРВ. В реальных условиях перевозок Q_XM несколько меньше паспортной, поэтому значения Q_XM следует принимать с поправочными коэффициентами (зависящими от режима перевозки и расчетной температуры наружного воздуха).

Отношение потребной холодо производительности к действительной называют коэффициентом рабочего времени холодильных машин ( ?_X ):

n_Xi ,

Если n_Xi > 1, то принимаем n_Xi =1 (холодильное оборудование не справляется с отводом теплопритоков ).

Определим продолжительность работы холодильных машин, ч:

Режимы обслуживания вагонов:

- нестационарный режим охлаждения (НРО) - 2 дизеля;

- стационарный режим охлаждения (СРО) - 1 дизель;

- режим отопления (РО) - 1 дизель;

- без отопления и охлаждения (БОО) - 0 дизелей.

Данные о режимах и продолжительности работы дизель-генераторного и холодильно-отопительного оборудования РПС привожу в таблице 3.

Определяем фактический расход дизельного топлива за время груженого рейса, кг:

;

где g - удельный расход дизельного топлива, потребляемый одним дизелем под нагрузкой, g= 20 кг/ч;

??????????t_Дi - продолжительность работы дизелей на i-тых участках и станциях, ч;

0,2 и 0,8 - коэффициенты, учитывающие изменение удельного расхода дизельного топлива при работе дизелей под нагрузкой и в холостом режиме.

3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПУНКТОВ ЭКИПИРОВКИ ИПС В ГРУЖЕНОМ РЕЙСЕ

В процессе эксплуатации ИПС возникает необходимость в его экипировке (РПС - дизельным топливом, а вагонов, охлаждаемых готовым хладогентом - жидким азотом, сухим льдом, водным льдом или льдосолеными смесями ). При этом важно знать обеспечивается ли за время груженого рейса требуемый режим перевозки имеющимся запасом топлива или охлаждающих средств. Если нет, то на таком участке маршрута следует производить дополнительную экипировку вагонов.

Для РПС определяют допустимый расход дизельного топлива, который затем сравнивают с фактическим расходом на маршруте следования, кг:

,

где G_П и G_P - соотетственно полный и резервный запасы дизельного топлива,

G_П= 7950 кг, G_Р=1680 кг.

G_доп = 7950-1680=6270 > 2297,6

Так как, необходимое условие соблюдается, то промежуточные экипировки РВС на маршруте следования в груженом рейсе не требуются.

4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗАВИСИМОСТИ ТЕПЛОПОСТУПЛЕНИЙ В ВАГОН ОТ КОЛИЧЕСТВА ГРУЗА В ВАГОНЕ

Для определения зависимости теплопоступлений в вагон от количества груза в вагоне нам необходимо рассчитать теплопритоки, зависящие от количества груза: Q₃ и Q₄ . При разных значениях количества груза и построить график зависимости суммарного теплопритока от количества груза. Формулы для расчета теплопритоков Q₃ и Q₄ приведены в п. 1.2.3 и п. 1.2.4. Расчет проводим для G_гр= 20, 30, 40 тонн. Результаты сводим в таблицу 4. График зависимости суммарного теплопритока от количества груза строим по данным таблицы 4 (рис. 2.)

Таблица 4 Звисимость теплопоступлений в вагон от количества груза в вагоне

Масса груза Gгр, т	Q3, тыс. кДж	Q4, тыс. кДж	Qоб, тыс. кДж
20	531	99,77	7620,16
30	745,2	149,74	7884,33
40	958,8	199,66	8147,85

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

Теплотехнический расчёт изотермического вагона за время груженого рейса.: Метод. указ. /Сост. М. Н. Тертеров, В. В. Ефимов, В. И. Мисюкевич. - Л.: ЛИИЖТ, 1991. - 40 с.

Оформление текстовых документов.: Метод. указ. /Сост. В. А. Болотин, В. В. Ефимов, В. П. Игнатьева, Н. Ф. Фролова; Под ред. В. П. Игнатьевой. - СПб.: ПГУПС, 1998. - 48 с.