Холодильное оборудование вагонов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агентство железнодорожного транспорта государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

Авторы д.т.н., доц.. К.А. Сергеев, ст. преподаватель Е.С.Сидоров (ф. и. о, ученая степень)

Учебно-методический комплекс по дисциплине

Холодильное оборудование вагонов»

Москва 2011 г

Автор-составитель:

Ф.И.О. ученая степень, ученое звание, должность: д.т.н., доц. К.А.Сергеев ст. преподаватель Е.С. Сидоров.

Учебно-методический комплекс по дисциплине

«Холодильное оборудование вагонов» (название дисциплины) составлен в соответствии с требованиями Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования/основной образовательной программы по специальности/ направлению 190302, Вагоны (название специальности/направления)

Дисциплина входит в федеральный компонент для дисциплин специализации и является обязательной для обучения.

Содержание УМКД

1. Цели и задачи дисциплины

1.1 Содержание дисциплины

2. Методические указания для студентов

2.1 Содержание курсового проекта

2.2 Исходные данные на курсовой проект

2.3 Методические указания по выполнению курсового проекта

2.4 Определение приведенного коэффициента теплопередачи ограждения помещения вагона

3. Исследование работы паровой компрессионной холодильной машины

4. Проверка термометров

1. Цели и задачи дисциплины

Цель преподавания дисциплины - дать теоретические основы для практического использования энергохолодильных систем вагонов

Задачи, стоящие перед студентами:

Знать и уметь использовать физические и термодинамические основы охлаждения и его применение в транспортных холодильных установках; конструкцию холодильного и вентиляционного оборудования вагонов; основные параметры, схемы, конструкции холодильных машин рефрижераторных вагонов, вопросы теоретического расчета теплотехнических параметров ограждения, вопросы экономической эффективности применения охлаждения на железнодорожном транспорте; историю развития хладотранспорта в нашей стране; вопросы технического обслуживания энергохолодильных систем вагонов.

Владеть теплотехническими расчетами изотермических вагонов, динамическими и прочностными расчетами основных узлов компрессора.

Получить представление о современных тенденциях в развитии рефрижераторного подвижного состав, о новых способах получения и использования искусственного охлаждения, о некоторых вопросах рефрижераторной энергетики, в частности: тепловой инерции системы, гидродинамики раздачи воздуха, определение температур в грузовом помещении вагона.

1.1 Содержание дисциплины

Холодильная техника и ее развитие. Применение искусственного охлаждения на железнодорожном транспорте. История, состояние и перспективы развития хладотранспорта [7.1].

Теоретические основы искусственного охлаждения

Физические основы получения низких температур. Типы холодильных машин. Термодинамические основы искусственного охлаждения.

Теоретические циклы в диаграммах lgp-i и T-S, функциональные одноступенчатые холодильных машин. Действительные циклы, влияние внутренней регенерации на холодопроизводительность цикла. Расчеты теоретического и действительного циклов паровой одноступенчатой холодильной машины. Функциональные схемы и теоретические циклы паровых компрессионных машин. Циклы с двухступенчатым сжатием и двухступенчатым дросселированием. Расчеты теоретического цикла паровой холодильной машины.

Абсорбционные, газовые, воздушные, термоэлектрические, пароэжекторные холодильные машины.

Расчет холодильной установки в режиме теплового насоса. Общая классификация холодильных агентов. Требования, предъявляемые к холодильным агентам. Основные холодильные агенты, их характеристики и свойства, требования ГОСТа. Области применения холодильных агентов на железнодорожном транспорте. Смеси холодильных агентов. Основные энергоносители холодильных установок, их свойства и требования к ним.

Транспортирование и хранение холодильных агентов. Требования охраны труда при работе с холодильными агентами.

Компрессоры холодильных машин

Принцип действия и теоретический процесс поршневого компрессора холодильной машины. Рабочий процесс действительного компрессора и коэффициент подачи. Энергетические коэффициенты и удельные показатели компрессора.

Влияние регенератора и встроенного электродвигателя на рабочий процесс компрессора. Характеристики холодильных машин, производительность, расчетные режимы, установленные ГОСТом.

Типы компрессоров и их классификация. Основные требования к компрессорам пассажирских и грузовых вагонов. Конструкция компрессора и их основные параметры. Кинематические схемы и динамика поршневых компрессоров, применяемых в транспортных холодильных установках.

Расчет основных параметров поршневого компрессора. Выбор компрессоров для эксплуатационных условий работы холодильных установок рефрижераторных и пассажирских вагонов. Сравнительная характеристика и развитие конструктивных схем поршневых холодильных компрессоров. Принципиальное устройство ротационных, винтовых и других компрессоров, и области их применения.

Основные масла для компрессоров холодильных машин и их свойства. Взаимное растворение масла и холодильных агентов, влияние циркуляции масла на холодопроизводительность машины. Требования ГОСТа к маслам, применяемым для холодильных машин. Системы смазки поршневых компрессоров транспортных холодильных установок.

Теплообменные аппараты холодильных установок

Типы и конструкции теплообменных аппаратов транспортных холодильных установок: конденсаторы, испарители, воздухоохладители, теплообменники, промежуточные сосуды и др. Тепловой и гидравлический расчет теплообменных аппаратов. Уравнение теплового баланса и теплопередачи. Понятие о водяном эквиваленте. Коэффициент теплопередачи аппарата. Особенности расчета коэффициента теплопередачи для гладких и оребренных труб.

Приведенный коэффициент теплопередачи. Определение поверхностей теплопередачи, конструктивное оформление наружных оребренных поверхностей, компоновка пучков труб. Определение конструктивных и геометрических размеров теплообменных аппаратов. Охлаждающие батареи рефрижераторных вагонов. Расчеты и определение конструктивных размеров охлаждающих батарей. Вспомогательные аппараты холодильных установок. Основные положения аэродинамического расчета теплообменных аппаратов. Расчет и подбор вентиляторов и рассольных насосов. Трубопроводы, запорная и другая вспомогательная аппаратура.

Защитные мероприятия от коррозии теплообменных аппаратов. Методы технико-экономического анализа и пути интенсификации теплообмена теплообменных аппаратов транспортных холодильных установок.

Автоматизация работы холодильных установок рефрижераторных вагонов

Основы автоматического управления и выполняемые функции. Назначение и классификация приборов и средств автоматики холодильных машин. Основные элементы приборов и средств автоматики. Приборы ограничения и регулирования давления, температуры, разности давлений, уровня заполнения испарителя, воздухоохладителя, водорегулирующие вентили и др. Контрольно-измерительные приборы холодильных установок вагонов.

Схемы автоматизации работы холодильных установок вагонов. Автоматизация отдельных узлов холодильных установок: регулирование производительности компрессоров. Облегчение пуска, регулирование заполнения испарителя жидким хладагентом, регулирование давления конденсации в конденсаторах, автоматизация вспомогательных узлов, возврат смазочного масла в компрессор, удаление инея.

Защита агрегатов холодильной машины от опасных режимов работы, Принципы и средства автоматического регулирования системы кондиционирования воздуха в пассажирском вагоне.

Перспективы развития автоматизации холодильных машин.

Передача тепла через ограждение помещения кузова

Теплоизоляция ограждения помещения изотермического вагона, ее физические и влажностные характеристики. "Сэндвич панели". Теплоизоляционные и гидроизоляционные материалы, применяемые в изотермических вагонах. Теплопритоки через ограждение вагона. Влажностный режим ограждения помещения вагона и пароизоляция. Влияние солнечной радиации на тепловой режим в вагоне.

Воздухообмен через ограждение помещения вагона. Тепловая инерция ограждения помещения вагона. Расчет теплоизбытков в помещении вагона. Методы измерений теплоизоляционных качеств и герметичности помещений вагонов. Изменение теплоизоляционных характеристик помещений вагона в процессе эксплуатации.

Холодильное и отопительное оборудование изотермических вагонов и контейнеров

Холодильное оборудование рефрижераторных секций автономных вагонов. Двух вагонные живорыбные секции. Холодильное оборудование с готовыми охлаждающими веществами (льдосоляное охлаждение, сухой лед, сжиженные газы, электрические смеси др.) Вагоны-термосы, цистерны-термосы, контейнеры-термосы. Рефрижераторные контейнеры с готовыми охлаждающими веществами. Рефрижераторные контейнеры со встроенными моторкомпрессорными агрегатами. Рефрижераторные контейнеры со встроенными установками навесного типа. Определение холодопроизводительности установки рефрижераторного подвижного состава. Расчет эффективности приборов охлаждения вагонов и контейнеров с готовыми охлаждающими веществами. Определение суточного расхода охлаждающих веществ, габаритных размеров приборов охлаждения изотермических вагонов и контейнеров. Устройство, расположение и расчет производительности и размеров нагревательных устройств в изотермических вагонах и контейнерах. Технико-экономическая характеристика отопительного оборудования вагонов и контейнеров. Пути совершенствования холодильного оборудования изотермического подвижного состава и контейнеров. Системы охлаждения в изотермических вагонах и контейнерах.

Виды работ с распределением времени

Курс 5

Всего часов - 195 ч.

Лекционные занятия - 12 ч.

Лабораторные занятия - 20 ч.

Курсовой проект - один.

Самостоятельная работа - 163ч.

Зачет - 10-й семестр.

Экзамен - 10-й семестр.

Перечень тем лекционных занятий

№	Наименование темы	Кол-во часов
1	Перевозки скоропортящихся грузов железнодорожным транспортом. Кондиционирование воздуха в пассажирских вагонах.	4
2	Способы получения промышленного холода. Паровые компрессионные холодильные машины Теоретические основы искусственного охлаждения	4
3	Проектирование холодильного оборудования	4

Остальные вопросы, указанные в разделе 2 настоящей рабочей программы, студенты должны изучить самостоятельно.

Проектирование и расчет основных узлов холодильного оборудования вагонов. Расчет теплотехнических показателей вагона.

2. Методические указания для студентов

Задание на курсовой проект

Курсовой проект предусматривает изучение студентом-заочником значительного количества вопросов современной холодильной техники и кондиционирования воздуха на железнодорожном транспорте, прогрессивной технологии ремонта и эксплуатации изотермических вагонов и установок кондиционирования воздуха в пассажирских вагонах, лучших форм организации и планирования производства. Одновременно в задании на контрольную работу предусмотрено изучение вопросов экономики, глубокое знание которых имеет большое значение в практической деятельности инженера на производстве.

2.1 Содержание курсового проекта

Курсовой проект выполняется после изучения теоретической части курса и выполнения предусмотренных учебным планом лабораторных работ.

Задание на курсовой проект предусматривает расчет и конструирование элементов холодильной установки или системы комфортного или технологического кондиционирования воздуха в вагоне. Курсовой проект слагается из двух частей:

1) общей части;

2) разработки узла холодильной установки изотермического подвижного состава или воздухо-кондиционирующей установки пассажирского вагона.

Общая часть курсового проекта состоит из определения расчетного коэффициента теплопередачи ограждения вагона, теплотехнических расчетов ограждения кузова, определения холодопроизводительности нетто и рабочей производительности компрессора, выбора типа и конструкции компрессора, расчетов теплопередающей поверхности теплообменных аппаратов и выбора их конструкции.

Разработка узла в зависимости от задания состоит из аналитического исследования теплопередачи и конструирования теплообменного аппарата или охлаждающего устройства (охлаждающая система, вентиляционная система, испаритель холодильной машины, испаритель-воздухоохладитель, теплообменник, конденсатор, охлаждающая система конденсатора, охлаждающая система компрессоров и т. д.), расчета системы вентиляции пассажирского помещения и выбора типоразмеров вентиляции, системы осушения воздуха пассажирского помещения.

Здесь же рассматриваются технико-экономические обоснования и основные требования охраны труда и техники безопасности при эксплуатации и ремонте холодильного оборудования.

Курсовой проект состоит из пояснительной записки и двух листов чертежей (схем).

Пояснительная записка должна содержать:

а) введение;

б) определение площади теплопередающих поверхностей ограждения кузова вагона;

в) расчет приведенного коэффициента теплопередачи ограждения помещения вагона;

г) теплотехнический расчет вагона и определение холодопроизводительности машины;

д) описание принятой системы охлаждения;

е) построение холодильного цикла в диаграммах lg p -l или s -Т,

ж) определение объемных и энергетических коэффициентов компрессора;

з) расчет основных параметров (диаметра цилиндра и хода поршня) компрессора;

и) расчет трубопроводов;

к) в зависимости от задания:

- определение площади теплообменного аппарата холодильной машины и его основных конструктивных параметров;

- расчет системы вентиляции пассажирского помещения и выбор типоразмера вентилятора;

- анализ тепло и влагоизоляционных свойств ограждения помещения вагона;

- расчет системы охлаждения конденсатора холодильной машины;

- расчет системы осушения воздуха пассажирского помещения с построением цикла обработки воздуха на диаграмме "i - d";

л) технико-экономические обоснования;

м) основные требования охраны труда и техники безопасности при эксплуатации холодильной или климатической установки вагона.

На первом листе графической части курсового проекта должна быть показана схема размещения холодильного оборудования на вагоне с указанием основных размеров, необходимых для теплотехнических расчетов элементов ограждения.

На втором листе дается эскиз элемента, предусмотренного заданием (теплообменный аппарат холодильной машины, система вентиляции помещения вагона, система охлаждения конденсатора или система осушения воздуха пассажирского помещения и т.д.), с необходимыми разрезами и сечениями.

2.2 Исходные данные на курсовой проект

Исходными данными для проектирования являются:

а) тип вагона, для которого следует спроектировать элемент системы кондиционирования или холодильной машины;

б) грузоподъемность для изотермического или количество мест для пассажирского вагонов;

в) основные наружные размеры кузова;

г) параметры наружного воздуха и географическое положение железнодорожного участка, на котором предполагается эксплуатация вагона;

д) состояние груза перед погрузкой его в вагон;

е) элемент холодильной машины, системы вентиляции или ограждения помещения вагона, подлежащий расчету и конструированию.

Исходные данные приведены в таблице 1.

Выбор варианта задания на курсовой проект

Вариант задания на курсовой проект определяется из таблицы 1 по последней цифре шифра студента.

Преподаватель может заменить вариант задания или внести коррективы в вариант задания с учетом производственной деятельности студента. Студенту может быть также предложено индивидуальное задание на курсовой проект в зависимости от темы его дипломного проекта. Изменения в задании при этом должны быть согласованы с кафедрой.

2.3 Методические указания по выполнению курсового проекта

Общие положения

Перед выполнением курсового проекта студент должен изучить рекомендуемую литературу по дисциплине и по возможности ознакомиться с работой вагонного депо, где производится ремонт или осмотр секций и автономных вагонов изотермического подвижного состава и пассажирских вагонов с установками кондиционирования воздуха. Необходимо также ознакомиться с приказами, распоряжениями и другими материалами МПС, относящимися к эксплуатации и ремонту изотермического подвижного состава.

При работе над курсовым проектом необходимо помнить, что разрабатываемая конструкция должна базироваться на современных методах расчета и конструирования, а также на достижениях передовых вагонных дело и заводов, разрабатывающих и применяющих прогрессивные методы ремонта холодильных и воздухо-кондиционирующих установок, их узлов и агрегатов, прогрессивную технологию, совершенные формы организации планирования производства.

В пояснительной записке должны быть приведены теплотехнические и технико-экономические расчеты, правила техники безопасности и требования охраны труда при эксплуатации и ремонте холодильного оборудования изотермических вагонов и агрегатов установки кондиционирования воздуха пассажирских вагонов.

В пояснительную записку необходимо включить схемы, диаграммы, чертежи, рисунки и другие материалы, поясняющие приводимые расчеты. Например, в пояснительную записку следует поместить схему компрессионной холодильной машины, сечения элементов ограждения кузова вагона, цикл холодильной машины, индикаторную диаграмму работы компрессора, схему расположения оборудования холодильной установки в цельнометаллическом вагоне, характеристику вентиляционной системы пассажирского вагона, циклы тепловой и влажностной обработки воздуха и др. Приводимые в пояснительной записке эскизы, схемы и т. д. должны выполняться с соблюдением ГОСТов Единой системы конструкторской документации (ЕСКД).

Описывать устройство, конструкцию и принципы работы принятой системы охлаждения, а также оборудования, агрегатов отдельных узлов и т. д. следует кратко.

Необходимо выделять технико-экономическую оценку описываемых устройств и отдельных узлов и характеризовать эффективность их действия, обращая внимание на особенности конструкции и эксплуатации холодильной машины или системы кондиционирования воздуха, преимущества и недостатки рассматриваемой системы, узла, прибора и т. д.

При расчетах необходимо ссылаться на источники, из которых были взяты расчетные формулы и значения входящих в них величин. Ссылка дается в виде порядкового номера источника, заключенного в прямоугольные скобки, согласно списку литературы с указанием страницы (например, [5, с. 161]).

Перечень использованной литература приводится в конце пояснительной записки.

При расчетах подробные арифметические действия приводить не следует: в записке дается расчетная формула, числовая подстановка величин, входящих в формулу, и окончательный результат с указанием размерности. За единицу времени при теплотехнических расчетах принимать 1 ч.

Пояснительную записку следует писать чернилами, разборчивым почерком на листах писчей бумаги формата А4 с оставлением полей для замечаний рецензента. После окончательного оформления записки листы брошюруются. На титульном листе записки указывается наименование университета и кафедры, название контрольной работы, фамилия, инициалы, домашний адрес и учебный шифр студента, дата выполнения проекта. В конце пояснительной записки ее автор расписывается. Объем записки должен составлять 30-50 страниц.

Графическая часть проекта выполняется в карандаше на листах чертежной бумаги форматов А1. Чертежи оформляют в соответствии с требованиями ГОТов ЕСКД.

Разрешается пояснительную записку и чертежи выполнять на ЭВМ.

Определение площади теплопередающих поверхностей ограждения кузова вагона

По основным параметрам и характеристике вагона (типу, грузоподъемности, населенности, размерам кузова и др.) выполняется общая планировка вагона. При планировке кузова выделяются помещения, не обслуживаемые системой кондиционирования - тамбуры, машинные отделения и т. п.

После этого определяют площадь теплопередающих поверхностей элементов ограждения пассажирского или грузового помещений.

Рекомендуется вести подсчеты раздельно для боковых и торцовых стен, окон, пола и крыши. Крышу следует рассматривать как поверхность, образованную участками цилиндрических поверхностей заданных радиусов. Остальные элементы ограждения принимать плоскими.

При определении поверхностей ограждения следует воспользоваться материалами, приведенными в [3, 5, 6, 8, 9, 10].

2.4 Определение приведенного коэффициента теплопередачи ограждения помещения вагона

Значение приведенного коэффициента ограждения помещения вагона вычисляется по формулам, приведенным в [1,3, 5, 6, 7, 10, 13]. При этом коэффициенты теплопередачи элементов ограждения (крыши, пола, окон, боковых и торцовых стен) вычисляют, принимая элемент ограждения за многослойную плоскопараллельную стенку.

Коэффициент теплоперехода на внутренней поверхности ограждения принимают: для стен и крыш 9 Вт/м2 · К, для пола 6 Вт/м2 · К.

Величину коэффициента теплоперехода на наружной поверхности ограждения, зависящую от средней скорости движения поезда, вычисляют по формуле

+

где - коэффициент, учитывающий лучистый теплообмен (для летних условий = 9 Вт/м2 · К);

L - длина теплопередающей поверхности помещения вагона, м.

Значение средней скорости движения поезда v, км/ч, выбирается студентом самостоятельно.

Толщина однородных слоев ограждения и другие линейные размеры вагона выбираются самостоятельно - см. [З, 6, 8,9,10].

При теплотехнических расчетах вагонов не учитывают часть кузова, занятую “холодными” тамбурами пассажирских вагонов или машинными отделениями рефрижераторного подвижного состава.

Порядок расположения слоев ограждения с указанием их толщины для каждого элемента ограждения показывают в виде эскизов в пояснительной записке или узлами и сечениями на первом листе графической части работы.

Для теплоизоляции ограждения следует применять новые пористые и ячеистые пластмассы [3], отвечающие требованиям, предъявляемым к материалам для ограждения помещения вагона.

Кузов вагона внутри имеет продольные и поперечные элементы жесткости, выполненные из проката. В местах их размещения создаются несквозные тепловые мостики, увеличивающие коэффициент теплопередачи ограждения. Во время эксплуатации вагона возможно появление зазоров между пакетами изоляции. При выполнении контрольной работы эти фактору следует учитывать увеличением значений коэффициентов К1, полученных при подсчете, для пассажирских вагонов примерно на 60% и для рефрижераторного подвижного состава на 50%.

Если ограждение кузова вагона является элементом для расчета и конструирования, то наличие тепловых мостиков следует учитывать более точно, применяя метод, предложенный К. Ф. Фокиным.

При вычислении приведенного коэффициента теплопередачи ограждения следует руководствоваться [3, 6, 8, 9, 10].

Теплотехнический расчет вагона

Параметры воздуха в пассажирском помещении следует выбирать по условиям комфорта. Для него нужно принимать температурный режим в зависимости от температуры воздуха снаружи вагона по [3,4, 6] и относительную влажность в пределах 40 - 60%.

Испаритель холодильной машины при комфортном кондиционировании воздуха должен обеспечить отвод всего избыточного тепла, поступающего в пассажирское помещение через ограждение, с воздухом, подаваемым вентиляцией и инфильтруемым, от действия солнечной радиации, от электрических машин и аппаратов, от пассажиров, а в случае осушения воздуха - и от конденсата, выпадающего из охлаждаемого воздуха на поверхность испарителя.

Расчет параметров воздуха необходимо вести по условию мокрого охлаждения с помощью тепловой диаграммы влажного воздуха "i - d". Методика расчета приведена в [5, 11, 18].

В пояснительной записке должна быть показана принципиальная схема воздушных каналов системы кондиционирования с использованием рециркуляции воздуха. На схеме следует обозначить параметры воздуха в наиболее характерных точках.

Количество тепла, прошедшее через ограждение, надо подсчитывать по приведенному коэффициенту теплопередачи ограждения, определенному в проекте. Расчетная формула имеется в [3, 6, 7, 10].

С инфильтруемым воздухом поступает в помещение примерно 15% тепла от количества, прошедшего через ограждение.

Для определения тепла, вносимого наружным воздухом при вентиляции, нужно предварительно задаться количеством наружного воздуха, подаваемым на одного пассажира [4,6].

Теплоприток в помещение вагона от действия солнечной радиации следует определять по среднесуточной интенсивности солнечного облучения, коэффициентам поглощения солнечных лучей, коэффициентам теплопередачи облучаемых элементов ограждения и коэффициенту теплоперехода на наружной поверхности. При определении тепла, поступающего через застекленную часть окон, необходимо учитывать прохождение тепловых лучей через стекла. Могут быть использованы расчетные формулы, имеющиеся в [,3, 6, 7, 12].

Тепловыделения Qэл работающего электрического оборудования, размещенного в вагоне, подсчитывают с учетом мощности двигателя вентилятора, его коэффициента полезного действия и мощности аппаратуры автоматического управления, которая равна 0,3 - 0,4 кВт. Формулы для вычисления Qэл приведены в [3, 6, 12].

Люди, находящиеся в пассажирском помещении, выделяют как скрытое, так и ощутимое тепло. При тепловой и влажностной обработке воздуха следует учитывать обе составляющие. Величины тепловыделений человека и расчетные формулы приведены в [3, 4].

Порядок теплотехнического расчета грузового помещения вагонов рефрижераторного подвижного состава зависит от рода груза, предусмотренного заданием. В проекте следует принимать, что под погрузку подают вагоны предварительно охлажденными.

При перевозке мороженого груза тепло в грузовое помещение вагона поступает снаружи через ограждение и неплотности, вследствие разности значений температуры воздуха снаружи и внутри, от солнечной радиации, действующей на вагон.

Теплоприток через ограждение пропорционален площади наружной поверхности ограждения, приведенному коэффициенту теплопередачи, определенному ранее, и градиенту температуры. За расчетное значение температуры воздуха в грузовом помещении для мороженого груза рекомендуется принимать минус 20 °С.

Через неплотности в помещении поступает 10% количества тепла, прошедшего через ограждение.

Теплоприток в грузовое помещение от действия солнечной радиации определяют так же, как и для пассажирского помещения, но при отсутствии застекленных частей ограждения.

При транспортировании свежих плодов и овощей, загружаемых в вагон предварительно охлажденными, имеют место следующие теплопритоки в грузовое помещение:

1) через ограждение вследствие градиента температуры воздуха снаружи и внутри;

2) через неплотности;

3) от солнечной радиации;

4) от вентиляционной установки и циркуляционных агрегатов;

5) от груза;

6) с наружным воздухом, подаваемым вентиляцией.

Интенсивность первых четырех теплопритоков определяется так же, как и для мороженого груза. В рассматриваемом случае за расчетное значение температуры воздуха в грузовом помещении принимается - 4 °С. При подсчете четвертого источника следует суммировать мощность электродвигателей агрегатов вентиляции и циркуляции.

Свежие плоды и овощи в процессе жизнедеятельности выделяют тепло. Приток тепла от груза пропорционален интенсивности тепловыделения груза и весу груза

Qгр = qGгр (2)

где q - тепловыделение груза, кВт/т;

Gгр - масса груза, т.

Значения для различных грузов приведены в [7, 10].

Количество тепла Qв поступающее с наружным воздухом, подаваемым вентиляцией, зависит от интенсивности вентиляции и разности энтальпий воздуха снаружи и внутри грузового помещения. Величину Qв можно вычислить по формулам, приведенным в [3]. Теплосодержание воздуха при вычислении Qв можно определить по его температуре и относительной влажности с помощью диаграммы влажного воздуха i - d или расчетным путем по формулам, имеющимся в [4]. Относительную влажность воздуха в грузовом помещении принимают по [3, 9, 10].

Количество тепла Qвц, выделяемого вентиляторами - циркуляторами в единицу времени, размещенными с двигателями в грузовом помещении, пропорционально количеству электрической энергии, подведенной к электромоторам. Qвц подсчитывают с учетом числа вентиляторов-циркуляторов и времени их работы в течение суток по формулам, приведенным в [3].

Если грузят плоды и овощи, не подвергавшиеся термической обработке, то их охлаждают в вагоне. При перевозке таких грузов суммарный теплоприток в грузовое помещение складывается из шести выше рассмотренных факторов, имеющих место при перевозке охлажденного груза, плюс тепло, отнимаемое от груза в процессе его охлаждения. Интенсивность последнего теплопритока подсчитывают по формуле, приведенной в [10].

Вес груза нетто Gгр и вес тары Gт связаны между собой соотношением Gт = 0,15 Gгр. Вес груза брутто следует принимать, исходя из заданной грузоподъемности вагона и норм загрузки рефрижераторного подвижного состава, взятым из [3, 11], с учетом наиболее эффективного использования полезного объема грузового помещения вагона. Значения теплоемкостей груза и тары берутся из [10, 13].

Продолжительность охлаждения груза вычисляется аналитически [,3, 12]. Для ориентировочных расчетов время охлаждения груза можно принять равным 50 ч.

Построение холодильного цикла

Холодильный цикл необходим для расчета параметров холодильной машины. Цикл строят по параметрам узловых точек с помощью термодинамической диаграммы "lg p - i" или "Т - s" для соответствующего холодильного агента, который должен быть выбран по условиям работы и назначению машины.

В конденсаторе тепло передается от холодильного агента охлаждающей среде. Поэтому температуру конденсации принимают на 8 - 12° выше средней температуры наружного воздуха, проходящего через конденсатор.

Кипение холодильного агента в испарителе происходит за счет тепла, отнимаемого от охлаждаемого объекта. Следовательно, температура кипения должна быть ниже средней температуры воздуха, продуваемого через испаритель, при комфортном кондиционировании на 12 - 180 и в рефрижераторном подвижном составе на 10 - 120.

Давления холодильного агента в конденсаторе Рк и испарителе Ро принимаются по выбранным значениям температуры конденсации и кипения с помощью термодинамических диаграмм или таблиц, имеющихся в [5].

После установления величин Рк и Ро следует сделать проверку на количество ступеней сжатия холодильного агента по допустимой величине отношения давлений Рк / Ро и их разности Рк - Ро

Если хотя бы одна из этих величин превышает рекомендованную стандартом [16], то следует принимать цикл с двухступенчатым сжатием.

Для холодильной машины двухступенчатого сжатия промежуточное давление принимается равным квадратному корню из произведения значений давлений конденсации и кипения.

В пояснительной записке необходимо показать холодильный цикл установки. Для построения его узловых точек студент должен самостоятельно принять:

- температуру холодильного агента перед всасыванием в компрессор с учетом некоторого перегрева пара;

- температуру холодильного агента при выходе из переохладителя, если принят цикл с переохлаждением.

Полезно свести параметры хладагента для характерных точек цикла в таблицу примерно такой формы:

Параметры		Номер точек
	1	2	и т.д.
Температура
Давление
Тепло-содержание

При использовании в качестве холодильного агента фреона -12 может быть осуществлен холодильный цикл с частичной регенерацией тепла. В этом случае в схему холодильной машины вводится теплообменник.

Выбор схемы холодильной машины

Холодильная машина работает в соответствии с холодильным циклом. Ее схема должна быть составлена таким образом, чтобы все термодинамические процессы, необходимые для получения охлаждающего эффекта, осуществлялись наиболее экономично.

В схеме машины необходимо предусмотреть автоматическое обеспечение безаварийной работы и регулирование холодопроизводительности, подачи холодильного агента в испаритель, температурного режима в помещении вагона, пуска компрессора.

В пояснительной записке следует привести описание и показать принципиальную схему холодильной машины. Описание должно отразить принцип действия машины и назначение ее агрегатов и приборов.

При разработке схемы холодильной машины следует использовать опыт холодильного машиностроения, а также отечественного и зарубежного вагоностроения. При этом могут быть использованы литературные источники [3, 5, 6, 8, 9, 10, 13].

Определение рабочих коэффициентов компрессора

Производительность компрессора зависит от коэффициента подачи , который дает общую оценку потерь действительного компрессора в зависимости от объемного коэффициента с, коэффициентов дросселирования др, подогрева п и плотности пл. Величину можно определить по формуле

= с др п пл

Величины коэффициентов с др п предварительно вычисляют по формулам, приведенным, в [3, 5, 13].

При выполнении проекта значение понижения давления при всасывании можно принять 0,05 кгс/см2, величину относительного мертвого пространства 0,04 - 0,06 и понижения давления при нагнетании 0,1 кгс/см2. Величину коэффициента плотности при вычислениях принимают в пределах 0,96 - 0,98.

Эффективная мощность, которую следует подвести к валу компрессора, зависит от энергетических коэффициентов: индикаторного и механического. Опытные величины механического КПД компрессора равны 0,9 - 0,93.

При двухступенчатом сжатии коэффициент подачи рассчитывают раздельно для каждой ступени.

Для компрессора низкой ступени вместо давления конденсации принимают промежуточное давление, а для высокой ступени - величину последнего принимают вместо давления испарение.

Определение основных параметров компрессора

Холодильная машина должна обладать достаточной холодопроизводительностью для отвода суммарного количества тепла, поступающего в помещение вагона.

Следует принимать во внимание количество грузовых помещений, приходящихся на одну холодильную машину.

Для расчета диаметра и хода поршня компрессора могут быть использованы формулы, имеющиеся в [3,5, 13].

Удельную весовую холодопроизводительность рабочего тела можно определить по разности энтальпий точек цикла всасывания и конца дросселирования за вычетом тепла, реализованного в теплообменнике.

Отношение диаметра цилиндра к ходу поршня принять равным: для фреоновых компрессоров в пределах 1,25 - 1,65 и для аммиачных 0,9 - 1,25. Для быстроходных компрессоров следует брать верхние пределы этих отношений.

Выбранные ход поршня и частоту вращения коленчатого вала проверяют на допускаемую среднюю скорость движения поршня Ст [3, 5, 13]. Максимальное значение Ст при n = 800 - 1800 об/мин принимать 2 - 4,5 м/с и при n = 1800 - 2000 об/мин 4,5 - 5 м/с.

Число цилиндров компрессора, диаметр и ход поршня должны соответствовать величинам, рекомендуемым ГОСТом [16]

Эффективную мощность, подводимую к компрессору, подсчитывают по работе, затрачиваемой в холодильном цикле, весовой производительности компрессора и энергетическим коэффициентам. Необходимые расчетные формулы имеются в [3,5,13].

Работа, необходимая для сжатия в компрессоре 1 кг рабочего тела, соответствует разности энтальпий точек конца и начала адиабатического процесса холодильного цикла.

Для холодильной машины двухступенчатого сжатия достаточно определить основные параметры одного из компрессоров (высокой или низкой ступени сжатия). Компрессор для расчета выбирают самостоятельно.

Определение диаметров трубопроводов

Диаметр трубопровода определяют по часовой производительности компрессора, допустимой скорости движения и удельному объему холодильного агента в расчетном сечении. Расчетная формула и значения регламентированной скорости движения холодильного агента имеются в [13].

По значениям, полученным подсчетом, подбирают трубы согласно сортаменту, рекомендованному ГОСТом: для фреоновых машин медные трубы [18] и для аммиачных машин стальные бесшовные трубы [19].

Расчет теплообменных аппаратов

Конечной целью расчета аппаратов является определение площади теплопередающей поверхности, которую следует считать по тепловой нагрузке, приходящейся на аппарат, коэффициенту теплопередачи и средней логарифмической разности температур.

Тепловая нагрузка на испаритель, конденсатор или теплообменник определяется по разности энтальпий соответствующих точек холодильного цикла и количеству рабочего тела, прошедшему через любое поперечное сечение системы машины в течение часа. Необходимые расчетные формулы, а также значения коэффициентов теплопередачи имеются в [3,5, 13].

При конструировании теплообменных аппаратов следует учитывать рекомендации, принятые при конструировании стационарных холодильных машин [3, 5, 13], а также специфику условий работы и размещения аппаратов в вагонах [3, 5, 6].

Расчет системы осушения воздуха

Система вентиляции пассажирского помещения при высоком содержании влаги в наружном воздухе и его охлаждении в вагоне не в состоянии обеспечить необходимую относительную влажность воздуха в пассажирском помещении. При этих условиях нужно искусственно осушить воздух, подаваемый в пассажирское помещение.

Рациональным способом осушения воздуха является его охлаждение ниже точки росы и осаждение конденсата на теплопередающую поверхность испарителя (воздухоохладителя).

Для определения количества влаги, выпавшей при этом из воздуха, а также необходимых параметров воздуха следует построить цикл для обрабатываемого воздуха по диаграмме "i - d". Если температура воздуха в результате осушения опустится ниже значения, допустимого для подачи в пассажирское помещение, то необходим подогрев воздуха. Подогрев можно осуществить смешением осушенного воздуха с рециркулируемым.

Параметры смеси могут быть определены по диаграмме "i - d" или по аналитическим зависимостям [3, 4, 6].

Расчет вентиляции

Количество воздуха, подаваемое в пассажирское помещение вентиляцией, следует определять по тепловому балансу (см. Теплотехнический расчет вагона). Принятое ранее количество наружного воздуха, подаваемого в вагон, надо проверить на предельно допустимое содержание углекислого газа в пассажирском помещении по формуле, имеющейся в [3].

Потерю напора в вентиляционной системе принимают равной 60кгс/м2. Эффективную мощность двигателя вентилятора можно подсчитать по формуле, приведенной в [3, 6].

Размеры поперечного сечения нагревательного канала определяют по скорости движения воздуха, величину которой в начале канала следует принять равной 5 м/с. Далее вычисляют площадь поперечного сечения воздуховода по формулам, приведенным в [3, 6].

При конструировании вентиляционной системы необходимо учитывать опыт вагоностроения [3, 6].

Анализ тепло- и влагоизоляционных качеств ограждения

Для узла ограждения, включающего тепловой мостик (элемент каркаса кузова), надо определить коэффициент теплопередачи методом параллельных или перпендикулярных сечений или круговых потоков [6]. Конструкция узла ограждения может быть взята из [3, 6,8,9,10].

Для любого сечения узла следует построить графики зависимости температуры и влагосодержания диффундирующего воздуха от координаты по направлению, перпендикулярному стенке.

Необходимые расчетные формулы имеются в [З]. Физические константы материалов ограждения даны в [3,6, 13].

При конструировании участка ограждения слои различных материалов (теплоизоляционных и влагозащитных) необходимо располагать согласно требованиям влажностного режима ограждения.

Расчет системы охлаждения конденсатора

В вагонных холодильных машинах применяют конденсаторы с воздушным охлаждением. Количество воздуха, которое надо продуть через конденсатор, подсчитывают по формуле, приведенной в [3. 5, 6].

Тепловая нагрузка на конденсатор приближенно определяется по разности энтальпий соответствующих точек холодильного цикла и весовой производительности компрессора или вычисляется по соответствующим формулам [3, 5, 6].

Величину iк следует определять по параметрам воздуха, выходящего из конденсатора с помощью "i - d" диаграммы влажного воздуха. В проекте следует принять, что в конденсаторе воздух нагревается на 10°С при неизменном влагосодержании.

Подбор вентилятора и определение эффективной мощности двигателя производить так же, как при расчете вентиляции.

Потерю напора в конденсаторном агрегате при скорости движения воздуха в живом сечении 5 - 6 м/с необходимо принимать приблизительно 25 кгс/м2.

При конструировании системы охлаждения конденсатора рекомендуется учитывать опыт холодильного машиностроения и вагоностроения (см. [3,5,6]).

Технико-экономические обоснования и вопросы охраны труда и техники безопасности при эксплуатации холодильной или климатической установки вагона разрабатываются в соответствии с указаниями, приведенными в [3] и другой рекомендуемой литературе.

Целью лабораторных работ является закрепление теоретических данных, полученных студентами на лекциях и при самостоятельном изучении дисциплины, а также получение практических навыков проверки, ремонта и регулировки холодильных установок и кондиционеров вагонов.

Для проведения лабораторных работ используются комплекты оборудования, стационарные стенды и приборы, находящиеся в лаборатории.

К выполнению лабораторных работ студенты допускаются после ознакомления с инструкциями по обслуживанию холодильных машин и другого оборудования, а также с правилами техники безопасности при его эксплуатации.

Все работы выполняются под непосредственным руководством преподавателя. Без преподавателя или лаборанта категорически запрещается: производить запуск двигателей, открывать и переключать вентили, подключать или приводить в действие контрольно-измерительные приборы и системы автоматики.

Настоящие методические указания определяют порядок проведения работ. энергохолодильный вагон контейнер кузов

Контрольные вопросы, приведенные в работах № 1 и 9, следует использовать при подготовке к зачету по лабораторным работам, защите курсового проекта и экзамену по дисциплине

3. Исследование работы паровой компрессионной холодильной машины

1 режим - t0 =+50С

2 режим - t0 = 00С

3 режим - t0 =-50С

Примечание: Режим устанавливается лаборантом путем вращения регулировочного винта, расположенного на регулировочном вентиле.

Таблица

Номер опыта	Давление, МПа	Температура, 0С
	Испарения Р0	Конденсации Рк	Испарения (кипения) t0	t1	t2	t3

На диаграмме lg P-i (рисунок 2) построить цикл холодильной машины, аналогичный показанному на рисунке1:

Рисунок 1

Построение заключается в отыскании четырех точек цикла, расположенных на пересечении:

точка 1 - линий Р0 = const и t1=const;

точка 2 - линий Рк = const с адиабатой S = const, проходящей через точку 1;

точка 3 - линий Рк, - const и t3=const;

точка 4 - линии Р0 = const с линией t3 - const, проходящей через точку 3.

3.6. При помощи диаграммы lg P-i (рисунок 2) определить удельную энтальпию (удельное теплосодержание) хладагента в четырех точках цикла и заполнить табл. 2.

Рисунок 2

Таблица 2

Режим работы машины	Удельная энтальпия хладагента i, кДж/кг в точках
	1	2	3	4

На основании данных табл. 2 рассчитать следующие величины для трех режимов работы машины. Результаты записать в табл. 3.

3.7.1. Удельный объем паров, всасываемых компрессором 1, м3/кг (определяется из диаграммы lg P-t для точки 1),

3.7.2. Массовая холодопроизводительность, кДж/кг,

3.7.3. Удельная нагрузка на конденсатор, кДж/кг,

3.7.4. Удельная работа компрессора, кДж/кг,

3.7.5. Объемная холодопроизводительность, кДж/м3,

3.7.6. Объем, описываемый поршнями компрессора, м3/с,

где dц - диаметр цилиндра, м;

h - ход поршня, м;

n - частота вращения вала компрессора, с-1;

z - число цилиндров.

3.7.7. Расход хладагента, кг/с,



где - коэффициент подачи компрессора (принять = 0,7).

3.7.8. Холодопроизводительность машины, кВт,

3.7.9. Теоретическая мощность компрессора, кВт,

3.7.10. Тепловая нагрузка на конденсатор, кВт,

3.7.11. Холодильный коэффициент

3.7.12. Холодопроизводительность машины при "стандартных" условиях, кВт,

где Q0 - холодопроизводительность машины (определена выше);

qст -объемная холодопроизводительность при "стандартных" условиях;

q- объемная холодопроизводительность (определена выше).

Примечание. Для подсчета qст, необходимо на диаграмме lg P-i построить цикл машины, соответствующий "стандартным" температурам: t0 =+50С, t1 = +150С, tк =+350С, t3 =+300С, по нему определить удельные энтальпии, используя формулы п. п. 3.7.1 - 3.7,5, найти значения qст, q, 1.

Таблица

Расчетные величины	Числовые значения при
	1 режиме	2 режиме	3 режиме
Удельный объем паров, всасываемых компрессором , м3/кг
Массовая холодопроизводительность q0, кДж/кг
Удельная нагрузка на конденсатор qк, кДж/кг
Удельная работа компрессора L, кДж/кг
Объемная холодопроизводительность q, кДж/м3
Объем, описываемый поршнями компрессора h, м3/с
Расход хладагента G, кг/с
Холодопроизводительность машины Q0, кВт
Теоретическая мощность компрессора Nт, кВт
Тепловая нагрузка на конденсатор Qк, кВт
Холодильный коэффициент
"Стандартная" холодопроизводительность Qст, кВт

3.8. На основании данных табл. 3 построить графики зависимостей Ро, Q0, , Nт от t0..

3.9. Выводы (сделать краткий анализ результатов работы, указать значения основных параметров машины, соответствуют ли они паспортным данным, достигнута ли цель исследования).

4. Проверка термометров

Опыт повторить (п.п. 3.1 - 3.2) три раза.

Номер опыта	Номер проверяемого термометра	Показания термометров, 0С	Поправка термометра
		контрольного	проверяемого	+	-

Измерение температуры при помощи термометров сопротивления

Таблица

Номер опыта	Номер проверяемого термистора	Показания термометров, 0С	Поправка термистора
		контрольного	термистора	+	-

Изучение устройства и работы термографа и барографа

Измерение влажности воздуха

Отрегулировать гигрометр и гигрограф по показаниям психрометра Ассмана,

Таблица

Прибор	Температура, 0С	Разность показаний термометров	Относительная влажность воздуха, %
	сухого термометра	влажного термометра
Психрометр Августа
Психрометр Ассмана

Таблица

Показатели	Психрометр Ассмана (эталон)	Психрометр Августа	Гигрометр	Гигрограф
Относительная влажность, %
Погрешность (абсолютная), %

Измерение скорости движения воздуха

1. Цель работы - научиться измерять скорость движения воздуха в воздуховоде и определять расчетом производительность вентилятора.

2. Средства

2.1. Анемометр.

2.2. Секундомер.

2.3. Тарировочный график анемометра.

2.4. Воздуховод.

2.5. Вентилятор.

3. Порядок работы

3.1. Включить вентиляционную установку (включает лаборант).

3.2. Поместить анемометр в воздуховод.

3.3. Определить (пользуясь анемометром и секундомером) количество оборотов вала в единицу временя (частоту вращения вала).

3.4. Пользуясь тарировочным графиком анемометра, по известной частоте вращения вала найти скорость движения воздуха в воздуховоде.

Замеры произвести три раза, результаты записать в табл. 8.

3.5. Определить и записать в табл. 8 производительность вентилятора (количество воздуха, перемещаемого вентилятором в единицу времени), м3/ч по формуле

где S - площадь поперечного сеченая воздуховода м2, (определяется студентом);

v - скорость движения воздуха, м/с (определена ранее).

Таблица

Номер опыта	Продолжительность опыта, с	Количество оборотов вала анемометра (по тахометру)	Частота вращения вала, с	Скорость движения воздуха v, м/с	Производительность вентилятора в, м3/ч

Таблица

Номер опыта	Время измерения	Температура размыкания контактов, 0С	Температура замыкания контактов, 0С
		контрольного термометра	термостата	контрольного термометра	термостата

Методические рекомендации (материалы) для преподавателей.

1.1. Общая характеристика дисциплины.

1.1.1. Название, назначение и предмет курса.

1.1.2. Что предстоит сделать (лек.; лаб.; к.п.; зачёт.; экзамен.).

1.1.3. Разделы (см. план лекций) .

- перевозки скоропортящихся грузов

- кондиционирование

- искусственное охлаждение

- теплопередача

- расчёт и проектирование

- то и ремонт

1.1.4 Средства: лекции, методички, литература

1.2. Правила перевозок скоропортящихся грузов.

1.2.1. Определение “ скоропортящиеся грузы”

1.2.2. Свойства скоропортящихся грузов (физич. и химические).

1.2.3. Процессы (гниения, окисления, прорастания, воздействия микроорганизмов).

1.2.4. Способы хранения (сушка, копчение-вял.; маринование; соление; засахаривание; антисептики, обработка холодом).

1.2.5. Температурные режимы перевозок.

1.3. Изотермический подвижной состав (ИПС).

1.3.1. Определения (искусственное охлаждение; хладотранспорт; изотермический вагон; и.п.с; рефрижератор; термос; ледник). 1.3.2. Классификация И.П.С. (по виду перевозимого груза; групповой-одиночный; фреон-аммиак; 1-2 ступенчатый; рассол-воздух).

1.3.3. Характеристики РПС

- завод-изготовитель

- период эксплуатации

- состав

- конструкция грузовых вагонов (кузов, хо довые части, автосцепное оборудование, автотормоза).

- служебный вагон

- дизельное оборудование (диз.; ген. топливо).

- холодильное оборудование (марка, Tв, Tн, компрессор, конд., испаритель, ТРВ)

1.3.4. Парк ИПС и перспективы его развития.

1.4. Кондиционирование воздуха в пассажирских вагонах.

1.4.1. Определение и состав УКВ.

1.4.2. Классификация УКВ (по функциям; по рег. параметрам; по принципу централизации, по способу охлаждения; по источникам энергоснабжения.). Размещение ХО в пассажирском вагоне

1.4.3. Основные типы УКВ ( КЖ-25, КЖ-25М; МАБ-1, МАБ-2, “Стоун”

1.4.4. Требования и параметры воздуха.

- Tлетом = +24 град. С, Tзимой = +20 град. С,

- F = 30-60%

- неравномерность = + 3 С

- разность т-р стен и воздуха =+ 5 С

- Vвоз =< 0,25 м/с

- Gлетом = 25 м/с, Gзимой = 20 м/с

2.1. Способы получения холода.

2.1.1. Физика искусственного холода.

- определения (охлаждение; единица теплоты).

- природные явления для получения холода

( теплообмен, изм.агр.сост; расширение газов; термохимические реакции; термоэлектричество).

2.1.2. График изменения агрегатного состояния воды.

2.1.3. Способы получения промышленного холода.

- испарительное охлаждение.

- ледяное.

- льдосоляное.

- охлаждение жидкими газами.

- машинный.

2.1.4. Классификация холодильных машин.

а) по физическому процессу.

- изменение агрегатного состояния ( ПКМ, абсорбционные, эжекторные).

- расширение газов ( воздушные, газовые, вихревые).

- термоэлектрические.

б) по используемой энергии.

...