Теплопередача в вантажному вагоні рефрижераторної секції

Размещено на http:\\www.allbest.ru\

Зміст

Вступ

1. Визначення площі теплопередавальних поверхонь огорожі кузова вагону

2. Розрахунок зведеного коефіцієнта теплопередачі огородження кузова вагону

3. Теплотехнічний розрахунок вагону та визначення холодопродуктивності холодильної машини

4. Опис прийнятої схеми холодильної машини та системи охолодження

5. Побудова в I-d діаграмі процесів обробки повітря в системі охолодження

6. Побудова в Іg р-і діаграмі циклу холодильної машини та його розрахунок

7. Визначення об'ємних коефіцієнтів поршневого компресора

8. Розрахунок основних параметрів поршневого компресора (діаметра циліндра та ходу поршня)

9. Визначення енергетичних коефіцієнтів та потужності, що споживається компресором

10. Розрахунок трубопроводів

11. Індивідуальне завдання (елемент для розрахунку і конструювання)

12. Основні вимоги охорони праці та техніки безпеки при експлуатації холодильної установки

Висновки

Література

Вступ

Холодильна техніка широко застосовується на залізничному транспорті. Транспортні холодильні системи використовуються в рефрижераторних вагонах, вагонах-ресторанах, в контейнерах для перевезення швидкопсувних вантажів в системах кондиціювання повітря пасажирських вагонів та кабінах керування локомотивів.

Для холодильної техніки залізничного транспорту характерні надійна робота в умовах руху у різних кліматичних зонах, мала маса та габарити, високий рівень автоматизації роботи обладнання та малі експлуатаційні витрати.

Студенти напряму підготовки 6.070105 "Рухомий склад залізниць" фахового спрямування «Вагони та вагонне господарство» усіх форм навчання при вивченні дисципліни "Енергохолодильні системи вагонів та їх технічне обслуговування" виконують курсову роботу з розрахунку та проектуванню системи охолодження рефрижераторного вагона або системи охолодження установки кондиціювання повітря пасажирського вагона.

Виконання курсової роботи, яке спрямоване на закріплення і конкретизацію теоретичних знань з дисципліни, розвиває навики користування спеціальною літературою та технічною документацією, надає досвід для вирішення інженерних питань майбутній спеціальності.

Метою виконання курсової роботи є придбання навичок розрахунку основних характеристик енергохолодильних систем вагонів та проектування основних вузлів та апаратів холодильної машини.

Особливу увагу в процесі проектування приділяємо аналізу сучасних конструкцій ізотермічних та пасажирських вагонів з кондиціюванням повітря, останнім досягненням науки і техніки у цій галузі та розробці на цій основі вузлів, що можуть бути рекомендовані до практичного впровадження при будівництві, модернізації, ремонті та експлуатації ізотермічних і пасажирських вагонів.

При виконанні курсової роботи враховуємо, що конструкція енергохолодильного обладнання, яке розробляється, повинно відповідати екологічним вимогам, базуватися на сучасних методах розрахунку та конструюванні, а також з урахуванням досягнень передових вагонних депо та заводів, які використовують сучасні технологічні процеси ремонту та модернізації обладнання вагонів.

Курсова робота складається з пояснювальної записки і графічної частини.

Пояснювальна записка містить дві частини: загальну частину та індивідуальне завдання.

В загальній частині виконуються розрахунки теплотехнічних характеристик огорожі кузова вагона, тепло надходжень до приміщення, що охолоджуються, визначається холодопродуктивність холодильної машини, будуються в i-d діаграмі процес обробки повітря у прийнятої системи охолодження, в lg p-I діаграмі холодоагенту будується цикл холодильної машини та виконується розрахунок циклу. Розробляються основні положення охорони праці та техніки безпеки при експлуатації холодильного обладнання.

Індивідуальне завдання передбачає використання теплотехнічного розрахунку теплообмінного апарату холодильної машини.

Графічна частина курсової роботи складається з двох аркушів креслення формату А-1.

1. Визначення площі теплопередаючих поверхонь огородження кузова вагона

Сумарна площа теплопередаючих поверхонь огородження кузова рефрижераторного вагона визначається за формулою

F_cym = F_n + F_6c + F_Д + F _mс, (1.1)

Де F_cym - сумарна площа тепло передаючих поверхонь огородження кузова вагона, м²;

F_n - площа підлоги, м²;

F_д- площа даху, м²;

F_6c - площа бічної стіни, м²;

F _mс - площа торцевої стіни, м².

Площа теплопередаючих поверхонь огородження кузова вагона визначається згідно з геометричних розмірів та планування.

Рисунок 1.1 - Поперечний переріз вагона

Розрахунки в курсовій роботі виконано згідно літератури[1].

Кут ?, що обмежує дугу даху, визначається конструктивними параметрами за формулою

=arcsin•, (1.2)

де ? - кут, що обмежує дугу даху, град;

В - зовнішня ширина кузова вагона, м;

R - радіус даху у середній частині, м;

r - радіус даху у бічних стін, м.

?=arcsin•= 31,5°.

Рисунок 1.2 - Планування вантажного вагона рефрижераторної секції.

Визначаємо площу підлоги, м²

1 - кузова вагон;

2 - теплоізоляційний матеріал;

3 - вантажне приміщення;

4 - машинне відділення.

Площа теплопередаючих поверхонь підлоги рефрижераторного вагона визначається, не враховуючи площу підлоги машинних відділень.

F_n =В•L₁, (1.3)

де L₁ - довжина кузова вагона, не враховуючи довжину машинних відділень, м

L₁=L-L_M (1.4)

де L - зовнішня довжина кузова вагона, м;

L_м - довжина машинного відділення, L_м =1,86м.

L₁=21-1,86=19,1 м

F_n=3,1•19.1=59,2 м²

Площа теплопередаючих поверхонь бічних стін рефрижераторного вагона визначається за формулою, м²

F_6c = 2В •L_1,, (1.5)

F_6c = 2•3,1•19.1=118,4 м²

Площа теплопередаючих поверхонь даху визначається за формулою, м²

(1.6)

м²

Площа теплопередаючих поверхонь торцевих стін знаходиться за формулою: м²

F_mc = 2• [B•H + + - - r•(R-r) ], (1.7)

F_mc = 2• [3,1•2,8 + + - (2,6•-0,4) ]=20,79 м²

F_cyм = 20,79+59,2+118,4+70,2=268,6м²

2. Розрахунок зведеного коефіцієнта теплопередачі огородження кузова вагона

У теплотехнічному відношенні конструкція огородження кузова вагона представляє багатошарову структуру, що складається з різнорідних матеріалів, різноманітної форми і різних теплопровідних властивостей.

Якщо розглянути вагон, конструкція вагона якого складається з геометричних сполучених повітронепроникних огороджень, а поверхню кузова розділити на n ділянок щодо однорідної структури, то його теплоізоляційні якості можна оцінити середнім коефіцієнтом теплопередачі, приведеного до поверхні огородження кузова за формулою

, (2.1)

де К- середній коефіцієнт теплопередачі огородження кузова вагона, Вт/м²К;

- сумарна площа тепло передаючих поверхонь огородження кузова вагона, м²

- коефіцієнт теплопередачі i-ої ділянки кузова вагона, Вт/м²К;

- площа теплопередаючої поверхні i-ої ділянки кузова вагона, м²

Для оцінки теплоізоляційних показників вагона багатошарову структуру огороджень кузова розділяємо на локальні ділянки суцільної ізоляції і теплових містків.

Коефіцієнт теплопередачі локальної ділянки огородження кузова вагона багатошарової плоскої стінки суцільної ізоляції визначаємо по формулі

, (2.2)

де а_з - коефіцієнт тепловіддачі від зовнішнього повітря до зовнішньої поверхні стінки, ;

- товщина і-го шару стінки, м;

- коефіцієнт теплопровідності і-го шару стінки, ;

а _B - коефіцієнт тепловіддачі від внутрішньої поверхні стінки до

повітря в середині приміщення вагона, .

Коефіцієнт тепловіддачі від зовнішнього повітря до зовнішньої поверхні стінки вагона знаходиться за формулою, :

, (2.2)

де ? - швидкість поїзда, ? =33,3 м/с;

L - довжина кузова вагона, м.

. (2.3)

Коефіцієнт тепловіддачі від внутрішньої поверхні стінки до повітря в середині приміщення рефрижераторного вагона в курсовій роботі приймаємо[1]:

для підлоги -

а _B = 6,0 ;

для решти огородження -

а _B = 7,0 .

Підлога, стінки, дах кузова вагона містять елементи, які в своєму складі містять балки, стійки. Ці ділянки в огородженні кузова вагона утворюють теплові містки, через які проходить підвищена кількість теплоти. Враховуючи теплові містки, в ділянках огородження кузова вагона зведений коефіцієнт теплопередачі кузова вагона визначаємо за формулою

_зв=(1,10…1,25) , (2.4)

де _зв - зведений коефіцієнт теплопередачі огородження кузова вагона,

Для розрахунку зведеного коефіцієнта теплопередачі огородження кузова вагона для заданого типу вагона з довідкових джерел визначається будова характерного поперечного перерізу ділянки кузова вагона суцільної ізоляції для підлоги, бічних та торцевих стін, даху. Надаються ескізи перерізів ділянок суцільної ізоляції, таблиці з матеріалом, товщиною кожного шару огородження,коефіцієнтом теплопровідності матеріалу шару.

Визначаємо коефіцієнт теплопередачі для підлоги.



Рисунок 2.1. - Переріз підлоги

Таблиця 2.1 - Матеріали шару підлоги та його характеристика

Позиція	Матеріал	Товщина ,м	Коеф.теплопровідн. ,Вт/м К
1.	Гума	0,0045	0,18
2.	Дошка	0,045	0,35
3.	Пінополістирол	0,17	0,037
4.	Мастика №579	0,00085	0,23
5.	Сталевий лист	0.002	58,0

Визначаємо коефіцієнт теплопередачі підлоги кузова вагона, Вт/м² К:

К₁ ==0,1912 .

Визначаємо коефіцієнт теплопередачі бічної і торцевої стінки.

Рисунок 2.2. - Переріз бічної і торцевої стінки

Таблиця 2.2 - Матеріали шару стін та даху і їх характеристики

№ Позиції	Матеріал	Товщина, , м	Коеф.теплопров., ,Вт/м К
1.	Алюмінієвий лист	0,002	143,0
2.	Пінополістирол	0,19	0,039
3.	Сталевий лист	0,0015	58,0

К ₂= Вт/м² К

Коефіцієнт теплопередачі огородження кузова вагона, Вт/м² К:

, (2.3)

де - коефіцієнти теплопередачі і-го елемента огородження кузова вагона ;

- площа і-го елемента огородження кузова вагона, м².

K= = 0,182Вт/м²

Підлога, стіни, дах вагона мають теплові містки, які утворені балками, стійками, тому розрахунковий зведений коефіцієнт теплопередачі огородження кузова вагона складає, Вт/м²К:

Вт/м² К.

Розрахунковий зведений коефіцієнт теплопередачі огороження кузова вантажного рефрижераторного вагон не перевищує нормативного значення до курсової роботи, що дорівнює 0,33 Вт/м² К.

3. Теплотехнічний розрахунок вагона та визначення холодопродуктивності холодильної машини

Холодопродуктивність холодильної машини рефрижераторного вагона при перевезенні замороженого визначається сумарною кількістю теплоти, яка надходить до вантажного приміщення рефрежираторного вагона

, (3.1)

де - холодопродуктивність холодильної машини, Вт;

- сумарна кількість теплоти для вантажного приміщення вагона, Вт.

Сумарна кількість теплоти, яка надходить до рефрежираторного приміщення рефрижераторного вагона при перевезенні неохолодженого вантажу визначаємо за формулою

Q_сум =Q₁ +Q_2, (3.2)

де Q₁ - теплонадходження через огородження кузова вагона, Вт;

Q₂ - теплонадходження за рахунок сонячної радіації, Вт;

Теплонадходження через огородження кузова вагона визначаємо за формулою, Вт

Q₁ = • F_сум • (t_з - t_B), (3.3)

де t_з - температура зовнішнього повітря, °С;

t_B - температура всередині вагона,°С.

Температура в вантажному приміщенні рефрижераторного вагона при перевезенні морожених вантажів знаходиться в межах -9…-12 °С.

Визначаємо температуру всередині вагона

Q₁ = 0,224 •268,6• (28-(-10,5) = 2316,41 Вт.

Теплонадходження за рахунок сонячної радіації визначаємо за формулою

Q ₂ = K _зв* F_сум*, (3.4)

де - умовне еквівалентне підвищення температури зовнішнього повітря за рахунок сонячної радіації.

Розрізняють теплонадходження від прямої сонячної радіації та теплонадходження від розсіяної радіації. Інтенсивність прямої сонячної радіації на площу перпендикулярну сонячним променям визначаємо за формулою, кДж/ м² год

I _пр = 4900 • (3.5)

де - інтенсивність прямої сонячної радіації на площу перпендикулярну сонячним променям, кДж/ м² год;

Р - коефіцієнт прозорості атмосфери, (Р = 0,7...0,8);

h - кут стояння сонця, град.

Кут сонцестояння сонця визначаємо за формулою

h =arс sin • () (3.6)

де -кут нахилу сонця, (= 20°);

- широта місцевості, град;

у - часовий кут, град (у= З0°),

h =arсsin • (sin20° • sin46° + cos20° • cos46° • cos30°)= 54 °20

I _пр = 4900 •

Інтенсивність прямої радіації на дах визначаємо за формулою, кДж/м² год

II_пр • sinh, (3.7)

де - інтенсивність прямої радіації на дах вагона, кДж/м² год.

I3482,9 •sin54,20° =2824,85 кДж/м² год,

Інтенсивність прямої радіації на вертикальну стінку вагона, кДж/м² год

I I_пp • cosh • sin(_, (3.8)

де - інтенсивність прямої радіації на вертикальну стінку вагона, кДж/м² год;

- азимут сонця, град;

- кут між меридіаном та напрямком руху поїзда, град (північ-південь) = 0°).

Азимут сонця визначаємо за формулою

=arcsin, (3.9)

а_e =arcsin=53 °44

I3482,9• cos54,20 • sin|(53,44 -0)|=1636,47 кДж/м² год.

Інтенсивність розсіяної радіації на дах вагона, кДж/м²год

I260 - 200 • e, (3.10)

де - інтенсивність розсіяної радіації на дах вагона.

I кДж/м²год

Інтенсивність розсіяної радіації на вертикальну стінку, кДж/ м²год

I,(3.11)

де - інтенсивність розсіяної радіації на стінку кузова вагону.

I кДж/ м²год.

Сумарну інтенсивність радіації визначаємо за формулою, кДж/м²год

I, (3.12)

де - сумарна інтенсивність радіації на дах вагона, кДж/м²год.

I кДж/м²год;

, (3.13)

де - сумарна інтенсивність радіації на стінку вагона, кДж/м²год.

I кДж/м²год .

Умовне еквівалентне підвищення температури зовнішнього повітря за рахунок сонячної радіації визначаємо за формулою, град

= • (I•_дах• F_дах + I• _ст •F_ст), (3.14)

де - коефіцієнт поглинання променевої енергії, (= 0,7);

- відносне значення освітлення сонцем поверхонь,

=

де F - відносне значення освітлення сонцем і-тої поверхні вагона;

Fi - площа і-тої поверхні кузова вагона,

F_дах =

F_ст=

=

Теплонадходження за рахунок сонячної радіації складає, Вт

Q ₂ = 0,224• 268,6• 4,54 = 273,16Вт.

За формулою 3.1 знайдемо сумарні розрахункові теплонадходження в вантажний рефрижераторний вагон при перевезенні мороженого вантажу:

Q_сум=2316,41 +273,16=2589,57 Вт.

4. Опис прийнятої схеми холодильної машини та системи охолодження

Холодильно-опалювальна установка складається з холодильної машини і електронагрівальних приладів.

Холодильна машина - парокомпресійна, фреонова, одноступеневого стиснення, автоматизована, з безпосередньою системою охолодження, моноблочної конструкції, з повітряним способом охолодження.

Рисунок 4.1 - Схема холодильної машини

де 1КМ - компресор; 1ОК - зворотній клапан; 1КД - конденсатор; В - вентилятор конденсатора; 1Р - ресивер; ЗВ - заправочний вентиль; 2Ф - фільтр-осушувач; 1СВ - соленоїдний вентиль рідинної лінії; 1ТО - теплообмінник;1В - запірний вентиль регулюючої станції; 1ТРВ - терморегулюючий вентиль; 1РЖ - розподілювач рідини; И - випарник; 1Ф - фільтр-брудовловлювач;1АРД - автоматичний дросель тиску; 1РКС - реле контролю змазки; 2РД - реле підвищеного тиску; 1РД - реле низького тиску; 1МВ - манометр тиску всмоктування; 2МВ - манометр тиску нагнітання; 3МВ - манометр тиску оливи; 2СВ - соленоїдний вентиль лінії відтавання; ЭН - електронагрівальні прилади; 2В - вентилятори-циркулятори.

Компресор - це машина для стиснення пари або газу. При роботі холодильної машини компресор виконує такі функції:

- відсмоктує пар холодоагенту з випарника та підтримує постійний тиск кипіння рідкого холодоагенту у випарнику;

- стискує пар холодоагенту до тиску в конденсаторі;

- забезпечує циркуляцію холодоагенту в системі холодильної машини.

Конденсатор - це теплообмінний апарат, в якому охолоджується і конденсується пара холодоагенту, за рахунок відведення теплоти охолоджуючим середовищем. Охолоджуючим середовищем є повітря. Конденсатор служить для перетворення пари в рідину і як тільки утворилась рідина, подальше її перебування в конденсаторі не бажане, бо інтенсивність теплопередачі при цьому знижується.

Випарник - це теплообмінний апарат, у якому відбувається кипіння рідкого холодоагенту за рахунок тепла, відведеного від охолоджуваного повітря.

Зворотній клапан пропускає холодоагент в одному напрямку, для його відкриття необхідний перепад тиску.

Ресивер - накопичувач рідкого холодоагенту. Ресивер - має мірильне скло для контролю рівня рідкого холодоагенту.

Фільтр-осушувач поглинає воду з рідкого холодоагенту, що виключає потрапляння води до клапана регулюючого вентиля і утворення льодових пробок в прохідному перетині клапана при дроселювання рідкого холодоагенту.

Фільтр механічний очищує рідкий холодоагент від механічних домішок.

Реле високого тиску захищає компресор від високого тиску нагнітання.

Манометр тиску всмоктування контролює тиск всмоктування пари холодоагенту в компресор. Манометр тиску оливи контролює тиск оливи в системі змащування компресора.

Робота холодильної установки:

В повітроохолоджувачі кипить рідкий холодоагент при низькому тиску і низькій температурі, охолоджуючи повітря, яке подається вентиляторами у вагон. Пара холодоагента, яка утворюється при кипінні, відсмоктується компресором і стискується до тиску конденсації. Із компресора стиснута пара холодоагента нагнітається в конденсатор. У конденсаторі пара холодоагента конденсується за рахунок відводу теплоті атмосферним повітрям. З конденсатора рідкий холодоагент поступає в ресивер, проходить через фільтр - осушувач, де із рідкого холодоагента поглинається волога. Після фільтра-осушувача рідкий холодогент проходить соленоїдальний вентиль і поступає до двох терморегулюючих вентилів. Терморегулюючі вентилі дроселюють рідкий холодогент в повітроохолоджувач. В повітроохолоджувачі рідкий холодоагент кипить при низькому тиску і температурі, охолоджуючи повітря, яке подається системою вентиляції до вагону.

Холодильна машина має два режими роботи: “холод” і “відтаювання”. Машина працює по схемі дно ступінчатого стиснення. Компресор 1КМ всмоктує пару холодоагенту з випарника И, стискає їх до тиску конденсації і нагнітає в конденсатор 1КД, де холодоагент конденсується, віддаючи тепло повітрю, що подається вентилятором В.

Рідкий холодоагент з конденсатора поступає в ресивер 1Р, звідки через фільтр-осушувач 2Ф,електромагнітний вентиль на рідинній лінії 1СВ і регенеративний теплообмінний 1ТО направляється до терморегулюючих вентилів. В ТРВ хладон дроселюється до тиску в випарнику і направляється в секції випарника. Після проходження крізь ТРВ паро рідинна суміш продовжує дроселюватись в трубках на виході з розподільника рідини 1РЖ. Від стану перехідного перерізу цих труб залежить заповнення холодоагентом відповідного ряду змійовиків батареї випарника, що спостерігається візуально при появі інею на калачах.

Відтаювання інею з випарника відбувається гарячими парам хладона. В режимі “відтаювання” не працюють вентилятори-циркулятори випарника 2В і вентилятор конденсатора В, закритий соленоїдний вентиль рідинної лінії 1СВ, відкритий соленоїдний вентиль на лінії відтаювання 2СВ, працює компресор 1КМ.

Компресор 1КМ всмоктує пару хладона з випарника И, стискає її до високого тиску і через відкритий соленоїдний вентиль лінії відтаювання 2СВ гаряча пара хладона поступає у випарник, підігріває його змійовики, з яких відтає сніговий наліт (снігова шуба).

5. Побудова в id-діаграмі процесів обробки повітря в системі охолодження

теплотехнічний вагон холодильний компресор

При розгляданні процесів зміни параметрів повітря у вантажному приміщенні рефрижераторного вагона вважають, що процес повністю встановився, тобто вантаж не виділяє вологи і відносна вологість повітря на виході з повітроохолоджувача знаходиться в межах = 85...95%.

Рисунок 5.1 - Система охолодження рефрижераторного вагона

t_в - середня температура повітря у вантажному приміщенні вагона, °С;

t_c - температура повітря на виході з вантажного приміщення вагона, 'С;

t_d - температура повітря на вході повітроохолоджувача, °С;

t_o - температура кипіння рідкого холодоагенту в повітроохолоджувачі, °С;

t - температура повітря на виході повітроохолоджувача, °С;

t_а - температура повітря на вході до вантажного приміщення вагона, °С;

L - сумарні витрати повітря через вагон;

L_iнф - кількість інфільтраційного повітря.

Рисунок 5.2 - Процеси обробки повітря в системі охолодження в Id-діаграмі

Лінія (а-с) - підігрів повітря у вантажному приміщенні вагона за рахунок охолодження вантажу;

лінія (с-d) - переміщення повітря з вантажного приміщення вагону з інфільтраційним повітрям перед повітроохолоджувачем;

лінія (d-f) - охолодження повітря у повітроохолоджувачі;

лінія (f-а) - переміщення повітря на виході з повітроохолоджувача з інфільтраційним повітрям.

Під час руху у вантажне приміщення вагона потрапляє інфільтраційне повітря через різноманітні отвори.

При розрахунках умовно вважають, що інфільтраційне повітря надходить до вантажного приміщення двома шляхами: безпосередньо перед повітроохолоджувачем і одразу після повітроохолоджувача.

Температурний режим у вантажному приміщенні вагона при перевезенні вантажу задається нижньою та верхньою межею.

= - ; (5.1)

=+ , (5.2)

де - перепад температур повітря на вході та виході з вантажного приміщення вагона ( =4...6 ° С).

= - 10,5- =-13°С.

= -10,5 + =-8 °С .

Параметри повітря на вході до вантажного приміщення вагона в Id-діаграмі відповідають точці а, яка знаходиться на перетині ізотерми = -13°С та лінії відносної вологості = 95%.

У вантажному приміщенні вагона повітря підігрівається при постійному вологовмісті = сonst до температури . Точка с, що відповідає параметрам повітря на виході з вантажного приміщення вагона, знаходиться на перетині лінії постійного вологовмісту d_а = сonst та ізотерми .

По Id-діаграмі визначаємо ентальпії повітря на вході (І_а, кДж/кг) та на виході (I_c, кДж/кг) з вантажного приміщення вагона.

Визначаємо сумарні витрати повітря через вагон, кг/год

L = , (5.3)

де Q- сумарна кількість тепла, яка надходить до вантажного;приміщення рефрижераторного вагона, Вт.

L = = 1970,15 кг/год.

Визначаємо кількість інфільтраційного повітря, кг/год

L= V• _з, (5.4)

де V - об'єм інфільтраційного повітря, V= 40 м/год;

_з - густина зовнішнього повітря, кг/ м.

_з =, (5.5)

де Р_е - тиск зовнішнього повітря, Р_е = 10⁵ Па;

R- газова стала повітря, R= 287 Дж/кгК;

Т₃- абсолютна температура зовнішнього повітря, (Т₃ = 273 + t₃)K.

Т₃ = 273 + 28=301 K.

З формули 5.5 визначимо

_з = = 1,158 кг/ м.

З формули 5.4 визначимо

L= 40 • 1,158 = 46,32 кг/год.

Повітря з параметрами на вході до вантажного приміщення, точка а, є результатом переміщення порції повітря, що пройшло через повітроохолоджувач та половини інфільтраційного повітря.

Точка з, що відповідає, на діаграмі параметрам зовнішнього повітря, знаходиться на перетині ізотерми t_з = соnst лінії відносної вологості ?₃ = соnst.

З'єднаємо відрізки точки з та а. На продовженні прямої з-а буде знаходитись точка T, параметрами повітря на виході з повітроохолоджувача до зміщування з інфільтраційним повітрям.

Відрізок а-f мм а діаграмі дорівнює

аf = , (5.6)

аf = = 1,96 мм .

де аз - довжина відрізка на діаграмі, мм.

Перед повітроохолоджувачем також відбувається змішування повітря, яке надходить з вантажного приміщення з інфільтраційним повітрям.

До повітроохолоджувача повітря надходить більш теплим, ніж виходить з вантажного приміщення.

Точка d з параметрами змішування повітря, яке надходить з вантажного приміщення з інфільтраційним повітрям на діаграмі знаходиться на лінії с-з.

Положення точки d визначається відрізком с-d в мм, яке знаходиться з відношення

cd=, (5.7)

cd==1,75 мм.

де сз - довжина відрізка на діаграмі, мм.

З'єднуємо точки d і f прямою. Пряма d-f відображає процес охолодження повітря в повітроохолоджувачі.

Визначаємо корисну холодопродуктивність холодильної установки рефрижераторного вагона, Вт

Q=, (5.8)

де Id - ентальпія повітря на вході повітроохолоджувача, КДж/кг;

If- ентальпія повітря на виході з повітроохолоджувача, КДж/кг.

Q= =3830,85 Вт.

Потужність вентилятора-циркулятора, Вт

N= , (5.9)

де Н-- гідравлічний опір системи охолодження та повітропроводів,

H= 2000 Па;

-ККД вентилятора, = 0,625;

_с - середня густина повітря, кг/ м.

_с = , (5.10)

_с = = 1.27 кг/ м,

З формули 5.9 визначимо:

N= = 1454,14 Вт.

Теплонадходження у вантажне приміщення вагона від роботи вентилятора складає, Вт

Q =N=1454,14 Вт

Максимальна холодопродуктивність холодильної установки рефрижераторного вагона, що споживається, Вт

Q= Q+ Q, (5.11)

Q= 3830,85 +1454,14 = 5284,987 Вт.

У рефрижераторному вагоні холодильна установка має дві холодильні машини. Кожна виробляє 75% максимальної холодопродуктивності, що споживається.

Холодопродуктивність однієї холодильної машини, Вт

Q= 0,75 ? Q, (5.12)

Q= 0,75 •5284,987 = 3963,74 Вт.

Температура кипіння рідкого холодоагенту у випарнику холодильної машини повинна бути нижчою за температуру повітря на вході у вантажне приміщення рефрижераторного вагона на 8... 10 °С.

t= t_а- (8 … 10 °С) (5.13)

t= -13- 9= -22°С

6. Побудова в Іq р-і діаграмі циклу холодильної машини та його розрахунок

Для побудови холодильного циклу визначаємо температурний режим циклу.

По температурі зовнішнього повітря t визначаємо температуру конденсації холодоагенту t у повітряному конденсаторі. Температура конденсації

tвище температури зовнішнього повітря t на 8... 12°С.

t= t+ (8…..12), (6.1)

t= 28 + 12 = 40 °С.

За значеннями температури конденсації t=40 °С і температури кипіння t= -22°С по Іgр-і діаграмі визначаємо тиск конденсації Р_к=1,0 тиску кипіння P=0,125. За знайденим значенням тиску конденсації Р_к= 1,0МПа і тиску кипіння P=0,125МПа робимо перевірку на кількість студеней стиску холодоагенту в холодильній машині.

При Р_к / P>9 переходять до двоступінчастого стиску.

Приймаємо одноступеневе стиснення.

Для побудови характерних точок циклу холодильної машини в Іgр-і діаграмі визначаємо:

температуру всмоктування t _вс пари холодоагенту в компресор з урахуванням перегріву;

температура переохолодження t рідкого холодоагенту перед дроселюванням.

-температура всмоктування пари холодоагенту в компресор t _вс на 15... З 0°С вище, температури кипіння _t0 холодоагенту у випарнику.

t _вс = t + (15…30) (6.2)

З формули 6.2 визначимо

t _вс = -22+ 22 = 0 °С

Температура переохолодження рідкого холодоагенту перед дроселюванням на 3...6 С нижче температури конденсації.

t= t-(3…6), (6.3)

t= 40 - 5 =35 °С.

По температурному режимі будуємо цикл холодильної машини в lgр-і діаграмі для холодоагенту і визначаємо значення параметрів холодоагенту в характерних точках циклу.

Рисунок 6.1 - Цикл холодильної машини в 1gр-і діаграмі

Лінія (4-1) - ізотермічний і ізобарний процес кипіння холодоагенту у випарнику;

лінія (1-1) - ізобарний перегрів пари холодоагенту на всмоктуванні в

компресор;

лінія (1^•-2) - адіабатний процес стиску холодоагенту в компресорі;

лінія (2-2') - ізобарний процес охолодження перегрітої пари до сухої насиченої пари в конденсаторі;

лінія (2'-3) - ізотермічний і ізобарний процеси конденсації холодоагенту в конденсаторі;

лінія (3-3') - ізобарний процес переохолодження рідкого холодоагенту перед дроселюванням;

лінія (3'-4) - ізоентальпнй процес дроселювання рідкого холодоагенту.

На перетині ізобари конденсації Р_к= сonst зі шкалою тиску визначаємо тиск конденсації холодоагенту. Використовуючи ізотерми й ізобари кипіння і конденсації, будуємо цикл холодильної машини.

У теоретичному циклі холодильної машини після кипіння у випарнику холодоагент знаходиться в стані сухої насиченої пари при температурі кипіння t= сonst і тиску кипіння P=сonst.

На перетині ізотерми t= сonst і ізобари кипіння P=сonst з верхньої граничної кривої (х=1) знаходимо точку 1 що відповідає параметрам холодоагенту після кипіння у випарнику.

У компресор всмоктується перегріта пара холодоагенту при тиску кипіння P=сonst і температурі всмоктування І_вс = сonst.

Знаходимо значення температури всмоктування І_вс = соnst на верхній граничній кривій (х = 1) і на перетині ізотерми всмоктування t_сd= соnst, що в області перегрітої пари зображується падаючої кривої з ізобарою кипіння P=сonst наносимо точку 1', що відповідає параметрам холодоагенту на всмоктуванні в компресор. Процес дроселювання рідкого холодоагенту здійснюється при постійній ентальпії i = const від тиску конденсації Р_к = const до тиску кипіння холодоагенту P=сonst.

З точки З' проводимо ізоентальпу дроселювання і=const, що зображується вертикальною прямою до перетину з ізобарою кипіння P=сonst і ізотермою кипіння to = const в області вологої пари і наносимо точку 4, що відповідає параметрам холодоагенту наприкінці процесу дроселювання і на вході холодоагенту у випарник. Процес кипіння рідкого холодоагенту у випарнику протікає при постійній температурі кипіння t₀ = const і тиску кипіння P=сonst, на діаграмі цей процес зображується ізотермою і ізобарою кипіння. Визначимо параметри холодоагенту у характерних точках та їх значення заносимо до таблиці 6.1.

Таблиця 6.1 - Параметри холодоагенту у характерних точках циклу

Параметри	t, °С	P, MПa	I,кДж/кг	V, м3 /кг
1	-22	0,125	384	0,16
1'	0	0,125	403	0,17
2	+40	1,0	420	0,020
. 2'	+69	1,0	450	0,024
3	+40	1,0	258	?
3'	+35	1,0	250	?
4	-22	0,125	250	?

1. Питома масова холодопродуктивність холодоагенту,кДж/кг

q= i ₁ - i _4, (6.4)

q= 384- 250= 134кДж/кг.

2. Масовий видаток холодоагенту, кг/год

(6.5)

=106,49кг/год.

3. Питома робота компресора, кДж/кг

l_k = i ₂ - i ₁, (6.6)

l_k =450- 403 =47 кДж/кг.

4. Теоретична потужність компресора, Вт

N₁ =, (6.7)

N₁ == 1390,29 Вт.

5. Питоме теплове навантаження на конденсатор, кДж/кг

q_k = i ₂ - i _3, (6.8)

q_k =420 -258= 162 кДж/кг .

. Теплове навантаження на конденсатор, Вт

Q_k =, (6.9)

Q_k ==4792,05 Вт.

.Об'ємний видаток холодоагенту через компресор, м³/год

V_ecм = M_хол , (6.10)

V_ecм = 106,49•0,16= 17,038 м³/год.

8. Об'ємний видаток холодоагенту через конденсатор, м³/год

V_k = M_хол , (6.11)

V_k = 106,49 • 0,024 = 2,556 м³/год.

7. Визначення об'ємних коефіцієнтів поршневого компресора

Продуктивність компресора залежить від коефіцієнта подачі , який визначає об'ємні втрати дійсного компресора.

Коефіцієнт подачі компресора визначається добутком робочих коефіцієнтів

= • • • , (7.1)

де - об'ємний коефіцієнт;

- коефіцієнт дроселювання;

- коефіцієнт підігріву;

- коефіцієнт щільності.

Об'ємний коефіцієнт визначається за формулою

=1-C, (7.2)

де С - відносна величина шкідливого простору компресора, С =0,05; т - показник політропи (для хладонових компресорів, т = 1.

З формули 7.2 визначимо

_с =1-0,05= 0,65.

Коефіцієнт дроселювання визначається за формулою

=, (7.3)

де P- депресії (зміни тиску) при всмоктуванні в компресор, P=0,04 МПа;

Р_К - депресії на нагнітанні компресора, Р_К = 0,08 МПа.

З формули 7.3 знайдемо

_др == 0, 63.

Коефіцієнт підігріву визначається за формулою

=, (7.4)

де Т₀, Т_к - температура кипіння та конденсації холодоагенту, К.

Т₀=273 + t₀ °C, (7.5)

Т₀=273 +(-22) = 251 K.

Т_к=273 + t_K °C, (7.6)

Т_к=273 + 40 = 313 K.

З формули 7.4 визначимо

_n == 0,80.

Коефіцієнт щільності рівний =0,96…0,98.

Приймаємо =0,97

З формули 7.1 визначимо:

= 0,65• 0,63• 0,80• 0,97 = 0,32.

8. Розрахунок основних параметрів поршневого компресора (діаметра циліндра та ходу поршня)

Дійсна продуктивність компресора визначається за формулою, м/год

V₁ ` = M_хол ', (8.1)

де M_хол - масовий видаток холодоагенту, кг/год;

' - питомий об'єм пари холодоагенту при всмоктуванні в компресор, м/кг.

V₁ = 106,49 • 0,17 = 18,1 м/год.

Діаметр циліндра компресора визначаємо за формулою, м

, (8.2)

де - коефіцієнт подачі компресора;

- відношення ходу поршня до діаметра, (= 0,7);

Z - кількість циліндрів компресора (Z= 4);

n - частота обертання вала компресора, об/хв.(n=1250об/хв).

З формули 8.2 визначимо

=0,067м.

Тоді:

S= м.

Дійсна продуктивність компресора із врахуванням коефіцієнта подачі визначається за формулою, м³/год

;

V₁ == 18,27 м/год.

Дійсна продуктивність компресора V забезпечує холодопродуктивність компресора в циклі холодильної машини.

9. Визначення енергетичних коефіцієнтів та потужності, що споживається компресором

Енергетичні коефіцієнти компресора дозволяють визначити енергетичні втрати дійсного компресора.

Індикаторна потужність компресора, Вт

N_і =, (9.1)

де N_T - теоретична потужність компресора, Вт;

- індикаторний ККД.

, (9.2)

де - коефіцієнт підігріву;

b - емпіричний коефіцієнт (b = 0,0025);

t_o - температура кипіння рідкого холодоагенту у випарнику.

З формули 9.2 знайдемо

= = 0.745.

З формули 9.1 знайдемо

N_і ==1866,16 Вт.

Ефективна потужність компресора, Вт

N_e=, (9.3)

де - механічний ККД (= 0,92).

N_e== 2028,43 Вт.

Ефективний ККД компресора

_e=, (9.4)

_e== 0,685.

Потужність на валу двигуна компресора, Вт

N_дв = (1,08…1,15) (9.5)

де - загальний ККД передачі дорівнює 0,98.

N_дв =1,12 Вт.

10. Розрахунок трубопроводів

Трубопроводи для холодильних машин підбирають по внутрішньому діаметру.

Діаметр всмоктувального трубопроводу компресора визначається за формулою, м

d_вс =, (10.1)

...