Кондиционирование воздуха в пассажирских вагонах
1
МПС РФ
Уральский государственный университет
путей сообщения
Кафедра «Вагоны»
"ПАССАЖИРСКИЙ МЯГКИЙ КУПИРОВАННЫЙ ВАГОН"
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
к курсовой работе по дисциплине
«Холодильное оборудование вагонов и кондиционирование воздуха»
Екатеринбург, 2001ВведениеОсновные задачи транспорта - своевременное, качественное и полное удовлетворение потребностей народного хозяйства и населения в перевозках, повышение экономической эффективности его работы.
Установки кондиционирования воздуха, применяемые на пассажирских вагонах имеют большую массу. Это связано с тем, что одна часть аппаратов расположена под рамой вагона, другая в потолочном пространстве, а это требует большого количества трубопроводов для соединения этих частей. Так же все холодильные установки в пассажирских вагонах с кондиционированием воздуха обладают недостаточно высокими технико-экономическими показателями.
Для совершенствования установок кондиционирования воздуха необходимо работать над путями снижения массы, улучшения условий ремонта и содержания, решать задачи по применению плавного регулирования и автоматического поддержания постоянной температуры воздуха в вагоне, улучшению герметичности системы. Дальнейшее развитие техники, получение необходимых температурно-влажностных условий в вагонах направлено на совершенствование конструкции холодильных машин, приборов отопления и повышение теплотехнических характеристик кузова вагона.
В связи с электрификацией многих участков железных дорог созданы условия для широкого применения электрического отопления пассажирских вагонов и централизованного электроснабжения установок кондиционирования воздуха и других электропотребителей. Это позволяет улучшить не только комфортные условия для пассажиров, но и уменьшить затраты человеческого труда на обслуживание оборудования вагонов.
1. Состояние вопроса по системам кондиционирования воздухаВ настоящее время все холодильные установки в пассажирских вагонах с кондиционированием воздуха, имеющие подвагонную компоновку, обладают недостаточно высокими технико-экономическими показателями.Основные недостатки:большие масса и габариты;значительный расход электроэнергии;недостаточная надежность и долговечность;трудность обеспечения полной герметизации системы из-за разбросанности агрегатов и длинных трубопроводов с большим количеством разъемов.Снижение массы холодильных установок можно осуществлять за счет интенсификации теплообмена и соответствующего уменьшения поверхности аппаратов, как наиболее тяжелой части холодильных установок.Применение плавного регулирования холодопроизводительности и автоматического поддержания стабильной температуры воздуха в вагоне можно осуществлять путем поочередного включения цилиндров компрессора. Такой способ регулирования, несомненно, прогрессивен, так как благодаря этому сводится к минимуму количество пусков и остановок компрессора и обеспечивается более устойчивая температура в вагоне. Примером установки с широким диапазоном регулирования является установка фирмы «Стоун» холодопроизводительностью - 31.4 кВт.
Весьма целесообразно изменять температуру воздуха по желанию пассажиров отдельно в каждом купе. В вагонах поездов «Рейнгольд» эксплуатируемых с 1962 г. в ФРГ, применены аппараты «Жетэйр» устанавливаемые в каждом купе. В них происходит вторичная тепловая обработка воздуха, поступившего из нагнетательного воздуховода, и пассажиры могут сами устанавливать в купе желаемую температуру.
Улучшение технико-экономических показателей вагонных холодильных установок может быть достигнуто за счет повышения частоты вращения коленчатого вала компрессора, например, до 3000 об/мин.
Улучшение герметичности системы является одним из наиболее существенных факторов, влияющих на надежность работы холодильной установки.
Первым шагом по улучшению герметичности системы было создание полугерметичных компрессоров, смонтированных в одном корпусе с бесколлекторным электродвигателем переменного тока (например, компрессор ФУБС 15) Полностью же герметичную систему можно создать только при агрегатировании установки, т.е. применении автономного кондиционера с питанием переменным током.
Автономный кондиционер представляет собой единый агрегат отдельные части которого соединены с помощью сварки. Это позволяет ликвидировать один из основных недостатков подвагонных установок, имеющих фланцевые и резьбовые соединения.
Агрегат удобен в обслуживании, легко монтируется на вагоне и при необходимости может быть быстро заменен другим не только на пунктах оборота поезда, но и во время его стоянок.
Автономные кондиционеры появились на транспорте около двадцати лет назад, но уже сейчас находят широкое применение во многих странах.
Кондиционеры, работающие в цикле теплового насоса, весьма экономичны и целесообразны для применения на железнодорожном транспорте. Они могут обеспечить не только охлаждение воздуха, но и подогрев без применения специальных подогревателей путем реверсирования в холодильной системе направление потока хладагента в зависимости от наружных температурных условий.
Применение теплового насоса позволяет значительно расширить возможности использования установок кондиционирования воздуха. В южных направлениях с умеренным климатом, где температура воздуха бывает -5 градусов даже в зимнее время года, такая установка может обеспечить круглогодичное кондиционирование воздуха, не нуждаясь в дополнительном применении приборов системы отопления.
При более холодном климате может потребоваться добавочный подогрев воздуха приборами отопления. И лишь при сильных морозах такая установка оказывается экономически невыгодной.
Таблица 1.1 - Техническая характеристика
Характеристика установки кондиционирования воздуха | Мягкий с двух и четырехместными купе | мягко-жесткий с четырехместными купе («Микст») | жесткий с четырехместными купе | |
Завод-изготовитель | Им. Егорова | Им. Вильгельма Пика (ВНР) | В г. Аммендорфе (ГДР) | |
Система электроснабжения | Индивид. | Индивид. | Смешанная | |
Ток и номинальное напряжение | Постоянный 110В | Постоянный 110В | Постоянный 110В Переменный 300В | |
Мощность генератора, кВт. | 26 | 26 | 28 | |
Емкость аккумуляторной батареи, Ач. | 400 | 390 | 300 | |
Отопление | Водяное | Смешанное | Смешанное | |
Теплопроизводительность котла, кВт (ккал/ч.) | 38 (33000) | 38 (33000) | 46 (40000) | |
Мощность электропечей, кВт | - | 5 | 20 (300В) | |
Мощность электрокалориферов, кВт. | 16 | 5 | 6 (110В) | |
Количество подаваемого воздуха, м3/ч. | 5000/3000/2000 | 3200 | 5000/4000 | |
Тип холодильной установки | КЖ_25П | «СТОУН-КЭРРИЕР» | МАВ-II | |
Холодопроизводительность установки, кВт (ккал/ч.) | 29 (25000) | 25 (21000) | 31 (27000) | |
Тип компрессора | ФУ_15 | 5F_40 | «5» | |
Число цилиндров, шт. | 4 | 4 | 4 | |
Диаметр цилиндров, мм. | 76 | 63.3 | 80 | |
Ход поршня, мм. | 40 | 50 | 58 | |
Характеристика установки кондиционирования воздуха | Мягкий с двух и четырехместными купе | мягко-жесткий с четырехместными купе («Микст») | жесткий с четырехместными купе | |
Частота вращения вала компрессора, 1/сек. (об/мин) | 20 (1200) | 26 (1560) | 24 (1410) | |
Количество ступеней и способ регулирования холодопроизводительности | Три ступени, изменением частоты вращения вала | Четыре ступени, отжатие клапанов | Три ступени, отжатие клапанов | |
Установленная суммарная мощность электродвигателя холодильной установки (без вагонного вентилятора), кВт. | 13,2 | 10,6 | 14,7 | |
Масса холодильной установки, т. | 1,43 | 1,30 | 1,41 | |
Удельный расход мощности, кВт./1000 ккал/ч. | 0,44 | 0,50 | 0,60 | |
Удельная масса, кг/1000 ккал/ч. | 57,5 | 62 | 52,2 |
Расчетная площадь теплопередающей поверхности кузова определяется по формуле
, м2 /3, с. 31/
где и соответственно, наружная и внутренняя площади поверхностей ограждения.
Рассчитаем площадь наружной поверхности
1) Площадь пола:
2) Площадь боковых стен:
3) Площадь торцовых стен:
4) Площадь крыши: /5, с. 49/
5) Площадь больших окон:
,
где длина окна /4, с. 386/;
ширина окна /4, с. 386/;
количество окон /4, с. 386/
6) Площадь малых окон:
,
где ; ; /4, с. 386/
Рассчитаем площадь внутренней поверхности
1);
2);
3);
4);
Тогда ;
(без площади окон).
Общая площадь кузова вагона:
2.2 Определение расчетного коэффициента теплопередачи ограждения кузова вагонаОпределение приведенного коэффициента теплопередачи будем вести по формуле: , /3, с. 28/где коэффициент теплопередачи., Вт/м2К /3, с. 24/гдекоэффициент теплоотдачи от наружной поверхности стенки к наружному воздуху (или от наружного воздуха к поверхности стенки), Вт/(м2К);коэффициент теплоотдачи от воздуха к внутренней поверхности стенки (или наоборот), Вт/(м2К).Таблица 2.1 - Характеристики материалов теплоизолирующих поверхностей элементов ограждения кузова вагона /3, с. 86/
Материал | Позиция | Толщина однородного слоя , м | Коэффициент слоя материала , Вт/(м2К) | Площадь , м2 | |
I. Крыша: Стальная обшива Мастика Мипора Пленка Фанерная обшивка | 1 2 3 4 5 | 0,002 0,001 0,074 0,005 0,005 | 58,0 0,23 0,027 0,35 0,35 | ||
II. Боковые и торцовые стены: Фанера ДВП Пенополеуретан Мастика Стальная обшива | 1 2 3 4 5 | 0,004 0,02 0,063 0,001 0,002 | 0,25 0,055 0,035 0,23 58,0 | ||
III. Пол: Линолеум ДВП Пенополеуретан Сталь | 1 2 3 4 | 0,003 0,02 0,088 0,002 | 0,16 0,055 0,035 58,0 | ||
IV. Окна: Стекло Воздух Стекло | 1 2 3 | 0,004 0,08 0,004 | 0,65 0,02 0,65 | ||
Ограждение крыши, мм:
Боковые и торцовые стены, мм:
Пол, мм:
Окна, мм:
Рисунок 2.1Сечения теплопередающих поверхностей:
1 стальная обшива; 2 пластик; 3 пенополиуретан; 4 ДВП; 5 павинол; 6 мастика; 7мипора; 8 пленка; 9 фанера; 10 линолеум; 11 стекло; 12воздух.
Найдем коэффициенты теплопередачи:
Крыша:
/1, с. 30/;
/1, с. 31/.
Боковая и торцовая стены:
Пол:
Окна:
Определим приведенный коэффициент теплопередачи ограждения кузова вагона
,
где для пассажирских вагонов /6, с. 15/.
Учитывая увеличение коэффициента в процессе эксплуатации из-за «старения» изоляции и увлажнения, получим:
,
где для пассажирских вагонов /6, с. 15/.
, /1, с. 34/
отвечает требованиям ГОСТ12406-66.
3. Теплотехнический расчет вагона в летнее времяРасчет теплопритоков в вагоне в летнее время производится для определения производительности системы охлаждения.
Общий теплоприток в вагон определяется по следующей формуле /1, с. 47/:
,
где теплоприток в вагон поступающий через ограждение кузова в следствии перепада температур воздуха снаружи и внутри вагона, кВт;
теплоприток от инфильтрации воздуха, кВт;
теплоприток от солнечной радиации, кВт;
теплоприток от тепловыделения пассажиров, кВт;
тепловыделение работающего в вагоне оборудования, кВт;
приток наружного воздуха, подаваемого в вагон вентиляцией, кВт.
Находим каждый вид теплопритоков:
, /1, с. 43/
где
наружная температура воздуха летом (по заданию);
температура воздуха в вагоне.
Принимаем .
Теплоприток от инфильтрации:
, /1, с. 43/
где числовой коэффициент.
Теплоприток от солнечной радиации через непрозрачные ограждения:
/1, с. 44/
Через прозрачные ограждения:
,
где А - коэффициент теплопоглащения, зависит от состояния поверхности, рода материала и цвета.
Акр=0,5 - для крыши; Аст=0,7 - для стен /1, с. 44/
Кпр - коэффициент пропускания лучей окнами
Кпр=0,48 /1, с. 44/; Ккр=1,3Вт/(м2К); Кст=1,4Вт/(м2К);
I - интенсивность солнечной радиации /1, с. 45/:
для горизонтальных поверхностей: Iг=950Вт/м2;
для вертикальных поверхностей: Iв=540Вт/м2.
Теплоприток через крышу:
Qкр=(9500,51,381,5)/67=751Вт /1, с. 45/
Через стены:
Qст.=(5400,71,446,2)/67=365Вт /1, с. 45/
Через окна:
Qо=5400,489,15=2372Вт /1, с. 45/
Суммарный теплоприток от солнечной радиации:
Q3=Qкр+Qст.+Qо /1, с. 45/
Q3=751+365+2372=3488Вт3,49кВт
Тепловыделение пассажиров:
Q4=qn, /1, с. 45/
где q=115Вт - суммарное тепло, выделяемое одним пассажиром
/1, с. 13/;
n=23 - число пассажиров.
Q4=11523=3680Вт=2,65кВт
Тепловыделение работающего в вагоне оборудования равно суммарной мощности постоянных потребителей:
Страницы: 1, 2