Установка кондиціювання повітря пасажирського вагона містить системи вентилювання, охолодження, опалення.
Система вентилювання механічна, приточна з рециркуляцією повітря. Система охолодження має парокомпресійну холодильну машину.
Рисунок 5.1 ? Система охолодження установки кондиціювання повітря:
1?забірна решітка; 2?фільтр; 3?вентилятор; 4?випарник (повітроохолод? жувач); 5?повітропровід; 6?випуск; 7?забірно?рециркуляційна решітка; 8?рецир? куляційний провід. ? температура зовнішнього повітря; ? температура повітря на виході з вагона; температура рециркуляційного повітря; ? температура повітря у камері змішування; ? температура повітря на виході з повітроохолоджувача; ? температура повітря на вході у вагон; ? температура кипіння рідкого холодоагенту у повітроохолоджувачі.
Рисунок 5.2 ? Процеси обробки повітря в системі охолодження в Id?діаграмі. Лінія (П?В) ? процес підігріву повітря в пасажирському приміщенні вагону; лінія (В?В/) ? процес підігріву повітря при його русі по рециркуляційному каналу; лінія (В/?С) ? процес змішування зовнішнього та рециркуляційного повітря; лінія (С?П) ? процес охолодження повітря в повітроохолоджувачі холодильної машини; лінія (П/?П) ? процес підігріву повітря при його русі по повітропроводу.
У Id?діаграмі вологого повітря на перетині лінії постійної температури зовнішнього повітря та лінії постійної відносної вологості зовнішнього повітря знаходиться точка З, яка відповідає параметрам зовнішнього повітря.
На перетині лінії та знаходиться точка В, яка відповідає параметрам повітря на виході з вагона.
Визначаємо кутовий коефіцієнт променя процесу зміни параметрів повітря в пасажирському приміщені вагона:
, (5.1)
де ? сумарна кількість тепла, яка надходить до пасажирського вагона,Вт;
? вологовиділення від людей, кг/год.
З точки В проводимо промінь процесу з кутовим коефіцієнтом .
За санітарними нормами різниця температури повітря , що надходить в вагон і та, що виходить з вагона не повинна перевищувати 3...40.
Визначимо температуру повітря на вході в робоче приміщення вагона:
, (5.2)
На перетині лінії і променя процесу, знаходиться точка П, яка відповідає параметрам повітря на вході у вагон.
Витрати повітря через вагон визначаємо за формулою, кг/год:
, (5.3)
де ? ентальпія повітря на виході з вагона, кДж/кг;
? ентальпія повітря на вході у вагон, кДж/кг.
кг/год.
при русі до камери змішування підігрівається від стінок рециркуляційного каналу, який розташований під дахом вагона. Підігрів повітря складає 0,5...1,5 0С. Температура рециркуляційного повітря:
, (5.4)
0С.
При підігріві повітря вологовміст повітря залишається постійним, тому на перетині лінії постійного вологовмісту та температури знаходиться гонка В/ , яка відповідач параметрам рециркуляційного повітря.
Для підтримання необхідного хімічного складу повітря санітарними нормами встановлено, що подача зовнішнього повітря в вагон на одну людину складає: м3/год. В розрахунках приймаємо м3/год.
Кількість зовнішнього повітря, яке надходить у вагон, кг/год:
, (5.5)
де ? кількість повітря на одну людину, м3/год;
? кількість людей у вагоні, чол.
? густина зовнішнього повітря, кг/м3:
, (5.6)
де ? атмосферний гиск, Па (Па);
? газова стала повітря, Дж/кг• К (Дж/кг• К);
? абсолютна температура зовнішнього повітря, К (К).
кг/м3,
кг/год.
Кількість рециркуляційного повітря, яке надходить у вагон, кг/год:
, (5.7)
кг/год.
Параметри повітря, що відповідають камері змішування відображаються точкою С, яка знаходиться на лінії В/З.
Відрізки прямої лінії будуть дорівнювати, мм
, (5.8)
, (5.9)
мм,
мм.
На шляху від повітроохолоджувача до робочої зони вагона повітря підігрівається. Температура повітря на виході з повітроохолоджувача визначається за формулою, 0С:
, (5.10)
де ? підігрів від стінок повітропроводу та гальмування (=1,0…2,50С).
0С.
При підігріві повітря вологовміст повітря залишається постійним, тому на першій лінії постійного вологовмісту та температури знаходиться точка П, яка відповідає параметрам повітря на виході з повітроохолоджувача. Робоча холодопродуктивність холодильної машини установки кондиціювання повітря, Вт:
, (5.11)
де ? ентальпія повітря в камері змішування, кДж/кг;
? ентальпія повітря на виході з повітроохолоджувача, кДж/кг.
Вт.
Умовно вважають, що повітря в міжтрубному просторі повітроохолоджувача має відносну вологість % і температуру близьку до температури стінки труби.
Температура кипіння рідкого холодоагенту у повітроохолоджувачі приймається на 7…10 0С нижче температури точки И, яка відповідає точці роси повітря при постійному вологовмісті на виході з повітроохолоджувача:
, (5.12)
0С.
6. ПОБУДОВА В LG P - I ДІАГРАМИ ЦИКЛУ ХОЛОДИЛЬНОЇ МАШИНИ ТА ЙОГО РОЗРАХУНОК
Для побудови холодильного циклу визначаємо температурний режим циклу.
По температурі зовнішнього повітря , визначаємо температуру конденсації холодоагенту у повітряному конденсаторі. Температура конденсації вище температури зовнішнього повітря , на 8...12 0С.
, (6.1)
0С.
За значеннями температури конденсації і температури кипіння по lg p-i діаграмі визначаємо тиск конденсації , тиск кипіння .
За знайденим значенням тиску конденсації і тиску кипіння холодоагенту робимо перевірку на кількість ступеней стиску холодоагенту в холодильній машині.
При переходять до двоступінчастого стиску.
Температура всмоктування пари холодоагенту в компресор на 15...30 0С вище, температури кипіння холодоагенту у випарнику.
, (6.2)
0С.
Температура переохолодження рідкого холодоагенту перед дроселюванням на 3...6 0С нижче температури конденсації .
, (6.3)
0С.
Рисунок 6.1 ? Цикл холодильної машини в lgp - i 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) ? ізоентальпний процес дроселювання рідкого холодоагенту.
Дані з lgp - i діаграми заносимо в таблицю 6.1:
Таблиця 6.1 ? Параметри холодоагенту у характерних точках циклу
Параметри Точка циклу | ,0С | ,МПа | ,кДж/кг | ,м3/кг | |
1 | 5 | 0,35 | 402 | 0,060 | |
1/ | 30 | 0,35 | 425 | 0,070 | |
2 | 75 | 1,25 | 455 | 0,021 | |
2/ | 45 | 1,25 | 411 | ? | |
3 | 45 | 1,25 | 265 | ? | |
3/ | 40 | 1,25 | 258 | ? | |
4 | 5 | 0,35 | 258 | ? |
Розрахунок параметрів циклу холодильної машини приведемо у вигляді таблиці 6.2:
Таблиця 6.2 ? Розрахунок циклу холодильної машини
Параметр, що визначається | Формула | Розрахунок | |
1 Питома масова холодопродуктивність холодоагенту, кДж/кг | |||
2 Масовий видаток холодоагенту, кг/год | |||
3 Питома робота компресора, кДж/кг | |||
4 Теоретична потужність компресора,Вт | |||
5 Питоме теплове навантаження на конденсатор, кДж/кг | |||
6 Теплове навантаження на конденсатор,Вт | |||
7 Об'ємний видаток холодоагенту через компресор,м3/год | |||
8 Об'ємний видаток холодоагенту через конденсатор, 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:
, (7.2)
де С ? відносна величина шкідливого простору компресора, С= 0,04...0,06; m ? показник політропи (для хладонових компресорів, m = 1).
Коефіцієнт дроселювання визначається за формулою:
, (7.3)
де ? депресії (зміни тиску) при всмоктуванні в компресор, =0,04 МПа;
? депресії на нагнітанні компресора =0,08 МПа.
Коефіцієнт підігріву визначається за формулою:
, (7.4)
де ? температури кипіння та конденсації холодоагенту, К;
,0С (7.5)
,0С (7.6)
К
К
Коефіцієнт щільності визначається з умови =0,96...0,98. = 0,97
За формулою (7.1):
8. РОЗРАХУНОК ОСНОВНИХ ПАРАМЕТРІВ ПОРШНЕВОГО КОМПРЕСОРА (ДІАМЕТРА ЦИЛІНДРА ТА ХОДУ ПОРШНЯ)
Дійсна продуктивність компресора визначається за формулою, м3/год:
, (8.1)
де ? масовий видаток холодоагенту, кг/год;
? питомий об'єм пари холодоагенту при всмоктуванні в компресор, м3/кг.
м3/кг
Дійсна продуктивність компресора із врахуванням коефіцієнта подачі, м3/год:
(8.2)
де ? коефіцієнт подачі компресора;
? діаметр циліндра, м;
? хід поршня, м;
? кількість циліндрів компресора (Z=2;4);
? частота обертання вала компресора, об/хв. (n= 1000...1500 об/хв).
Діаметр циліндра компресора визначаємо за формулою, м:
, (8.3)
де ? відношення ходу поршня до діаметра, (= 0,7...0,9).
м,
м.
За знайденими значеннями діаметра циліндра та ходу поршня визначаємо дійсну продуктивність компресора за формулою, м3/год:
, (8.4)
м3/год.
9. ВИЗНАЧЕННЯ ЕНЕРГЕТИЧНИХ КОЕФІЦІЄНТІВ ТА ПОТУЖНОСТІ, ЩО СПОЖИВАЄТЬСЯ КОМПРЕСОРОМ
Енергетичні коефіцієнти компресора дозволяють визначити енергетичні втрати дійсного компресора.
Індикаторна потужність компресора, Вт:
, (9.1)
де ? теоретична потужність компресора,Вт;
? індикаторний ККД.
(9.2)
де ? коефіцієнт підігріву; ? емпіричний коефіцієнт ( = 0,0025);
? температура кипіння рідкого холодоагенту у випарнику.
,
Вт.
Ефективна потужність компресора:
, (9.3)
де ? механічний ККД (=0,90…0,93).
Вт.
Ефективний ККД компресора:
, (9.4)
Потужність на валу двигуна компресора, Вт.
, (9.5)
де ? загальний ККД передачі дорівнює 0,96...0,99.
Вт.
10. РОЗРАХУНОК ТРУБОПРОВОДІВ
Трубопроводи для холодильних машин підбирають по внутрішньому діаметру.
Діаметр всмоктувального трубопроводу компресора визначається за формулою, м:
, (10.1)
де ? об'ємний видаток пари холодоагенту при всмоктуванні в к компресор, м3/с;
? швидкість руху пари холодоагенту у всмоктувальному трубопроводі (= 12м/ с).
, (10.2)
де ? масовий видаток холодоагенту, кг/год;
? питомий об'єм пари холодоагенту при всмоктуванні в компресор, м3/кг;
м3/с,
м.
Діаметр нагнітальною трубопроводу компресора визначається за формулою, м:
, (10.3)
де ? об'ємний видаток пари холодоагенту при нагнітанні компресора, м3/с;
? швидкість руху пари холодоагенту при нагнітанні компресора, (= 5м/ с).
, (10.4)
де ? масовий видаток холодоагенту, кг/год;
? питомий об'єм пари холодоагенту при нагнітанні з компресора, м 3/кг;
м/с,
м.
11. РОЗРАХУНОК КОНДЕНСАТОРА
Мета розрахунку конденсатора - визначення площі теплопередавальної поверхні та витрат охолоджуючого повітря.
Площу теалопередавальної поверхні конденсатора визначаємо з рівняння теплопередачі.
, (11.1)
де ? теплове навантаження на конденсатор, Вт;
? коефіцієнт теплопередачі, Вт/м2•К;
? площа теплопередавальної поверхні конденсатора, м2;
? середня логарифмічна різниця температур.
, (10.2)
Коефіцієнт теплопередачі для конденсаторів з повітряним охолодженням складає 30…45 Вт/м2•К.
Рисунок 11.1? Графік температурного режиму роботи конденсатора: ? температура конденсації, 0С; ? температура повітря на вході в конденсатор (дорівнює температурі зовнішнього повітря), 0С; ? температура повітря на виході з конденсатора, 0С. (>на 3...4 oС).
, (10.3)
, (10.4)
, (10.5)
0С,
0С,
0С,
м2.
Вт
Витрати повітря через конденсатор,м3/с:
, (10.6)
де ? теплоємність повітря, Дж/кг•К (= 1003 Дж/кг•К);
? щільність повітря, кг/м3;
? нагрів повітря у конденсаторі 0С.
, (10.7)
0С
, (10.8)
де ? тиск атмосферного повітря, = 1•105 Па;
? газова стала повітря, = 287 Дж/кг•К
? середня різниця температур повітря на вході та виході з конденсатора, К.
, (10.9)
, (10.10)
, (10.11)
К,
К,
К,
кг/м3,
м3/с.
12. ОСНОВНІ ВИМОГИ ОХОРОНИ ПРАЦІ ТА БЕЗПЕКИ ПРИ ЕКСПЛУАТАЦІЇ ХОЛОДИЛЬНИХ УСТАНОВОК
В процесі обслуговування, виконання ремонту і при випробуваннях холодильної установки пасажирських вагонів доводиться мати справу з агрегатами і апаратами, які мають частини, що рухаються, і працюють під великим тиском і високою електричною напругою.
Крім того доводиться працювати на залізничних коліях в умовах транспорту, що рухається.
В цих умовах всі працівники зобов'язані знати і дотримувати правила техніки безпеки.
На залізничному транспорті основним документом, організуючим безпечну роботу, є Правила технічної експлуатації (ПТЕ), Інструкція по сигналізації на залізницях, правила і інструкції по техніці безпеки при виконанні окремих робіт.
Окрім правил техніки безпеки, всі працюючі повинні добре знати будову і умови експлуатації того обладнання, з яким їм доводиться працювати, а так само уміти надавати першу допомогу при нещасних випадках.
Особам, не знайомим з обладнанням і інструкціями по його експлуатації, забороняється проводити будь-які перемикання на панелях, вмонтовувати і демонтувати обладнання.
До обслуговування холодильного обладнання допускаються особи, які досягли 18 років, спеціально навчені правилам техніки безпеки і знаючі інструкцію по обслуговуванню даної холодильної установки.
При виконанні робіт слід користуватися тільки справним, передбаченим для даного типу обладнання інструментом. Не можна виконувати будь-які ремонтні роботи на компресорі, що знаходиться під напругою. При операціях, пов'язаних з небезпекою ураження електричним струмом, застосовують захисні засоби (гумові килимки, інструмент з ізольованими ручками), а на пристроях, звідки може бути подаватися напруга, вішають таблички.
Розбирати компресори, апарати і трубопроводи дозволяється тільки в захисних окулярах і полі зниження тиску фреону до атмосферного. При огляді внутрішніх порожнин компресора використовують переносні лампи на напругу не більше 36 В і акумуляторні ліхтарі. Користуватися для освітлення відкритим полум'ям забороняється.
Заправку або поповнення системи холодильної установки холодоагентом проводять так, щоб фреон подавався на сторону низького тиску. Відгвинчувати колпачкову гайку на штуцері вентиля балона дозволяється тільки в захисних окулярах.
Зберігати балони, у тому числі і порожні тільки у встановлених місцях.
Не дозволяється експлуатувати холодильну установку за відсутності пломб на манометрах, а так само по закінченню термінів огляду їх освідотства.
Манометри перевіряють і калібрують не рідше одного разу на рік.
Не дозволяється проводити ремонт і підтягати болти на працюючому обладнанні і на трубопроводах, що знаходяться під тиском.
Обморожену через попадання рідкого фреону ділянку шкірного покриву треба розтирати ватяною кулькою до почервоніння, шкіри після чого протерти і накласти пов'язку з бинта.
При утворенні пухирів шкіру розтирати не можна. Якщо фреон потрапив в очі, потрібно промити їх струменем води кімнатної температури під невеликим тиском і закапати в очі стерильне вазелінове масло.
Палити при обслуговуванні холодильного устаткування забороняється.
ВИСНОВОК
В курсовій роботі виконані необхідні розрахунки та графічна частина по розробці холодильної системи вагона.
Холодильна машина парова компресійна, одноступеневого стиснення, працює на холодоагенті R134а, система охолодження безпосередня.
Таблиця ? Розрахункові параметри курсової роботи
Параметри | Значення | |
1 Сумарна площа теплопередавальних поверхонь огорожі кузова вагона, м2 | 246,66 | |
2 Зведений коефіцієнт теплопередачі огорожі кузова вагона, Вт/м2·К | 0,4678 | |
3 Сумарні теплонадходження в вагон, Вт | 8393 | |
4 Робоча холодопродуктивність холодильної машини, Вт | 24690 | |
5 Температура кипіння рідкого холодоагенту, 0С | 5 | |
6 Температура конденсації холодоагенту, 0С | 45 | |
7 Теплове навантаження на конденсатор, Вт | 32580 | |
8 Параметри поршневого компресора: | ||
8.1 Кількість ступіней стиснення | 1 | |
8.2 Коефіцієнт подачі в робочих умовах | 0,648 | |
8.3 Діаметр циліндра, м | 0,0696 | |
8.4 Хід поршня, м | 0,0491 | |
8.5 Кількість циліндрів | 4 | |
8.6 Частота обертання вала компресора, об/хв | 1000 | |
8.7 Ефективна потужність компресора, Вт | 6338 | |
8.8 Потужність електродвигуна компресора, Вт | 7248 | |
9 Площа теплопередавальної поверхні конденсатора, м2 | 54,67 |
СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ
1 Демьянков Н.В. Холодильние машины и установки. ? М.: Транспорт, 1976.
2 Фаерштейн Ю.О. Китаев В.Н. Кондиционирование воздуха в пассажирских вагонах. ? М.: Транспорт, 1984.
3 Осадчук Г.И., Фарафонов Е.С. Холодильное оборудование вагонов и кондиционирование воздуха. ? М.: Транспорт, 1974.
4 Заворыкин М.А., Черкез В.М. Кондиционирование воздуха в пассажирских вагонах. ? М.: Транспорт, 1977.
5 Фарафонов Е.С. Ким Н. Ремонт компрессоров пассажирских вагонов. ? М.: Транспорт, 1 973. - 127 с.
6. Енергохолодильні системи вагонів та їх ТО: Метод. вказ. для студ. вищ. навч. закл. залізн. трансп. /В.М. Іщенко. ? К.:КУЕТТ, 2005. ? 45 с.: іл.
Страницы: 1, 2
