6 - теплонаджодження від вантажу;

Q7 - кількість тепла, потрібного для холодильних машин на доведення вантажу до стану перевезення.

,

де - обсяг інфільтраційного повітря, м3/год (приймемо 50 м3/год);

- густина зовнішнього повітря (приймемо 1,2 кг/м3).

Отже .

Така ж кількість повітря, що пройшла охолоджувач, залишає вагон. Параметри, які відповідають точці А, забезпечуються домішуванням повітря, що охолоджується, в кількості та теплого повітря. Тоді точка С з параметрами повітря безпосередньо за повітроохолоджувачем буде знаходиться на прямій ЗА, а відрізок АС знаходиться з співвідношенні

Знаходимо у отриманих точках Д і С ентальпію та температуру:

ІД=13 кДж/кг, tд=4,80 С,

ІС=6,5 кДж/кг, tс= - 0,50 С.

Тоді корисна холодопродуктивність знайдеться

(4.3)

В рефрижераторних вагонах завжди встановлюють по дві холодильні машини так, щоб кожна з них мала холодопродуктивність не меншу 75% від загальної. Таким чином, холодопродуктивність однієї холодильної машини складе

(4.4)

На виході з випаровувача повітря повинно мати температуру Іс. Отже, у випаровувачі температура кипіння холодоагенту повинна бути ще нижче. Як правило, її приймають

t0=tc-(1015)C (4.5)

t0= - 0,5 - 10= - 10,5C

5. Опис прийнятої системи охолодження

Порядок теплового розрахунку та підбору вузлів холодильної установки залежить від принципової схеми одержання холоду. На рефрижераторних автономних вагонах застосовуються в основному безпосереднє охолодження. Тут проміжний теплоносій відсутній та за допомогою повітроохолоджувачів безпосередньо охолоджується повітря, що забирається з вантажного приміщення. У цьому випадку будемо застосовувати двохступінчасту холодильну установку ФАЛ-056/2 [табл.10 (4)], що працює на фреоні - 12, який має достатньо гарні термодинамічні властивості: порівняно високу холодопродуктивність та низьку температуру кипіння та температурою достигання. Цей безпечне, не має запаху, не вогненебезпечне, майже не розтворяється в воді, але гарно розтворяється у маслі, причому інтенсивність цього процесу збільшується з пониженням температури і підвищенням тиску. Обезводнений фреон-12 нейтральний до всіх металів. Він надзвичайно тягучий (потребується надзвичайна герметичність системи), не горить.

Холодильна установка складається з двох основних груп: компресорно-конденсаторного агрегату, розміщеного в мастильному відділенні, та випаровувача, розміщеного в торці вантажного приміщення.

Вагон охолоджує дві холодильні машини (рис.5.1). Із ресиверу 13 рідкий фреон-12 потрапляє через фільтр-осушувач 15 до теплорегулюючого клапана 2, звідки через розширювач 1 потрапляє до секції випаровувача 3 та кипить при низькому тиску та низькій температурі. В результаті виробляється пар, який відсмоктується з випаровувача чотирьохциліндровим компресором 11 через пусковій регулятор 6 і зворотній клапан 5. Установка не має теплообмінника. При вході у компресор пар фреону проходить біля обмотки електродвигуна та охолоджує її. Після двоступеневого стискування в компресорі без проміжного охолодження вони подаються в масловіддільник 9, а потів у конденсатор 12, де конденсуються, віддаючи тепло повітрю, яке обдуває труби конденсатора. Повітря через конденсатор проганяється вентиляторами 14. З конденсатора рідкий фреон потрапляє до ресиверу 13, який має оглядове скло для перевірки рівня рідини. Його ємність 38 кг, а масловіддільника 6 кг. Масло з масловіддільника 9 через поплавкову камеру 10 автоматично зливається назад в картер компресора. Робота установки контролюється за допомогою манометрів та вакуум-манометрів 8. Захищають холодильну установку від надмірного підвищення тиску 16.

Холодильна установка працює автоматично в залежності від заданих температурних параметрів і може знаходитися у трьох режимах: охолодження, відтаювання і опалення.

Рис. 5.1. Схема холодильної машини АРВ.

6. Побудова холодильного циклу в діаграмі Lg р-і

Метою побудови холодильного циклу є отримання даних для розрахунку елементів холодильної машини: компресора, конденсатора, теплорегулюючого вентиля та випаровувача.

як правило, для охолодження холодоагенту у конденсаторі використовується зовнішнє повітря. тому температура конденсації холодоагенту повинна бути більшою на 1015С.

, (6.1)

де tз - зовнішня температура поітря, 0С.

На підставі відомої температури холодоагенту у випаровувачі t0=-10,50С знаходимо тиск у останньому Р0=0,19 МПа, за відомою температурою конденсації tк=390С знаходимо тиск конденсації Рк=0,95 МПа. Проводимо на діаграмі ізобари Р0=const та Pк=const. Оскільки у випаровувачі холодоагент кипить, то на виході з нього пара буде вогкою (тобто міститиме у собі частки не випаруваного холодоагенту). Тому точка 1, яка відповідає параметрам пари на виході з випарника, знаходиться на перетині ізобари Р0=const та лінії міри сухості X1=const (X1 - ступінь сухості парів холодоагенту на виході з випаровувача, звичайно вона дорівнює X1=0,960,98).

На шляху від випаровувача до компресора пара холодоагенту нагрівається та стає сухою перегрітою. Величина перегрівання tпер залежить від місця розташування випаровувача і складає 35С. Тоді точка 1, яка характеризує параметри холодоагенту на вході у компресор, знаходиться на перетині ізобари Р0=const та ізотерми t1=t0+tпер=-10,5+5=-5,50С. Стиск пари холодоагенту в компресорі приймаємо адіабатним (S=const). Точка 2, відповідна параметрам холодоагенту на виході з компресора (тобто на вході у конденсатор), знайдеться на перетині адіабати, проведеної з точки 1 та ізобари Pк=const. У конденсаторі при незмінному тиску пара холодоагенту охолоджується і, як тільки їхня температура дорівнюватиме температурі конденсації (точка 2), почнеться перетворення пари у рідину аж до повної конденсації (точка 3). Для отримання сталої рідинної фази конденсатори проектують таким чином, щоб на виході з останнього холодоагент мав температуру завжди нижче температури конденсації (але завжди вище температури зовнішнього повітря)

t3=tзов+(45)С (5.1)

t3=29+ 5=34С

Точка 3, яка відповідає параметрам холодоагенту на виході з конденсатора, знаходиться на перетині ізобари Pк=const та ізотерми t3=const. Процес дроселювання йде без зміни тепловмісту холодоагенту, тому точка 4, яка відповідає параметрам холодоагенту на вході до випаровувача, знаходиться на перетині ізобари Р0=const та ізоентальпи i3=const.

На підставі побудованого циклу ПКХМ знаходимо такі дані, що необхідні для розрахунку елементів холодильної машини:

· питома холодопродуктивність 1 кг пари холодоагенту, кдж/кг

q0=i1-i4, (5.2)

де i1,i4 - відповідна ентальпія холодоагенту;

q0=i1-i4=553-432=121 кДж/год

· кількість холодоагенту, що циркулює в системі, кг/год

, (5.3)

де Q0 - холодопродуктивність однієї холодильної машини;

· питомий обєм холодоагенту на вході в компресор vха.1, м3/год визначаємо по діаграмі (ізохора, яка проходить через точку 1). vха.1 = 0,083 м3/год.

· обєм холодоагенту, що всмоктується в компресор в одиницю часу, м3/год

Vха=Мха* vха1 (5.4)

Vха=419,14*0,083=34,8 м3/год

· питома робота стиску в компресорі, кдж/кг

lк=i1-i2 (5.5)

lк=553-580= - 27 кДж/кг

· холодильний коефіцієнт

(5.6)

· корисна потужність приводу компресора, кВт

(5.6)

· питоме теплове навантаження на конденсатор та переохолоджувач

qк= i2-i3 (кдж/кг) (5.7)

qк= 580-432=148 кдж/кг

7. Вибір компресора та визначення енергетичних коефіцієнтів

В попередньому розділі було знайдено фактичну величину обєму холодоагенту, що всмоктується в компресор в одиницю часу - Vха. Теоретичний обєм повинен бути більшим, (щоб врахувати втрати під час роботи під час роботи компресора). Для цього запроваджують ряд робочих коефіцієнтів, що відображають факти, невраховані для теоретичного циклу компресора.

Об'ємний коефіцієнт с, що є основним з усіх коефіцієнтів, являє собою відношення об'єму засмоктуваної пари до об'єму, що описується поршнем у циліндрі.

Значення обємного коефіцієнта низькі і залежать від умов роботи компресора. Основним фактором, що визначає значення коефіцієнта, є величина шкідливого простору, який складає 25% обсягу циліндра компресора.

Найчастіше обємний коефіцієнт обчислюють за формулою

с=1-C[-1], (7.1)

де С - відносна величина шкідливого простору (залежно від величини та типу компресора вона складатиме С=0,020,05). Значення показника політропи m для хладонових 1,0 компресорів . Pk, P0 - тиск конденсації та кипіння холодоагенту.

с=1-0,04* [-1]=0,84

Коефіцієнт дроселювання др враховує обємні втрати, що викликані опором у всмоктувальному та нагнітальному клапанах.

Для температури кипіння до -30С приймають др=0,930,97.

Коефіцієнт підігріву характеризує вплив теплообміну пари зі стінками циліндра, поршнем і клапанами. Із збільшенням міри стиску теплообмін зростає, а з підвищенням швидкості обертання вала зменшується, що сприяє підвищенню коефіцієнта підігріву п. Останній можна приблизно визначити за формулою

(7.2)

де Т0 і Тк - відповідно температура кипіння та конденсації в 0К.

Коефіцієнт щільності враховує пропуск холодоагенту через нещільності у поршневих кільцях і клапанах. Його приймають рівним 0,960,98.

Сумарний коефіцієнт подачі компресора дає загальну оцінку втрат дійсного компресора та являє собою твір:

=сдрпщіл (7.3)

=0,84*0,95*0,84*0,97=0,65

Холодопродуктивність та необхідна потужність компресора залежать від температур кипіння, конденсації і переохолодження. Тому порівняння машин за холодопродуктивністю проводять на певних температурних умовах (так званих стандартних умовах). Для хладону-12 вони такі:

· температура кипіння -15С;

· температура всмоктування пари +15С;

· температура конденсації +30С;

· температура переохолодження +25С.

Для вибору компресора необхідно робочу холодопродуктивність брутто при заданих температурних умовах перерахувати на стандартну холодопродуктивність за формулою

, (7.4)

де Q0ст, Q0роб - холодопродуктивність відповідно при стандартних і робочих умовах, кДж/год;

- питома холодопродуктивність 1 м3 холодоагенту у стандартних умовах, кДж/кг;

, (7.5)

де i1, i4 -ентальпія у точках 1 та 4 для стандартного циклу;

- питомий об'єм холодоагенту на вході у компресор при стандартних умовах, м3/кг;

;

- питома холодопродуктивність 1 м3 холодоагенту у робочих умовах;

, (7.6)

де q0 - питома холодопродуктивність 1 кг пари холодильного агенту, кДж/год;

- питомий об'єм холодоагенту на вході у компресор при робочих умовах, м3/кг;

- коефіцієнт подачі компресора при стандартних умовах;

- коефіцієнт подачі компресора при робочих умовах.

ст=сдрпщіл (7.7)

с=1-0,02* [-1]=0,94

др=0,94, щіл =0,96. Отримуємо: =0,94*0,94*0,84*0,96=0,713

Знаходимо стандартну холодопродуктивність:

За отриманним значенням холодопродуктивності обираємо компресор [5] поршневий 2ФВ-6.5 марки АКВ2ФВ-5В (ИФ-56), який має такі параметри: Qст=3000 ккал/год=12560,4 кДж/год; два циліндри, хід поршня 50 мм, діаметр циліндра 67,5 мм, кількість оборотів 650 об/хв,об'єм описуємий поршнем13,8 м3/год, потребляє потужність 1,08 кВт, габаритні розміри L=920 мм, В=560 мм, H=600 мм, хладоагент - Ф-12 10 кг, масло ХФ-12 3 кг, повітряний конденсатор 14 м2.

Дійсна потужність, що споживається компресором, буде більшою, ніж теоретична. Для її обчислення запроваджують поняття індикаторного коефіцієнта корисної дії i (к.к.д.). Він враховує втрати у роботі стиску 1 кг холодильного агенту в дійсному компресорі у порівнянні з теоретичним. Індикаторний к.к.д. можна визначити за такою формулою:

i=п+bt0 (7.8)

де b - емпіричний коефіцієнт, який дорівнює для хладонових вертикальних компресорів 0,0025.

i=0,84+0,0025*(-10,5)=0,81

В цьому разі індикаторна потужність компресора визначається як

(7.9)

Повну потужність, витрачену на валу компресора, називають ефективною та визначають з урахуванням механічних втрат, затрачених на подолання тертя у частинах компресора, що рухаються:

Nэ=Ni+Nf, (7.10)

де Nf - потужність, необхідна на подолання опору тертя.

Втрати на тертя у компресорі залежать від якості мастила, правильності монтажу та експлуатації, навантаження на компресор, якості обробки деталей, що можуть тертися. Їх можна обчислити за наступною формулою

Nf=VhPтр , (7.11)

де Pтр - питомий тиск тертя; для хладонових прямоточних компресорів він знаходиться в межах 3959 кН/м2.

Vh - об'єм, що описується поршнями компресора, м3/с (13,8 м3/год=0,00383м3/с).

Nf=0,00383*48=0,184 кВт

Тоді Nэ=3,87+0,184=4,06 кВт

втрати на тертя у рухомих частинах компресора враховує механічний к.к.д. Він виражає відношення індикаторної потужності до ефективної, тобто до потужності, що витрачається на валу компресора

(7.12)

Якщо компресор зєднується з двигуном шляхом передачі, то потужність на валу двигуна Nдв буде більше ефективної потужності на величину втрат у передачі та у підшипниках електродвигуна:

, (7.13)

де п=передв. Загальний к.к.д. передачі дорівнює 0,960,99.

8. розрахунок трубопроводів

Трубопроводи для холодильних установок підбирають по внутрішньому діаметру, який визначається за формулою

(8.1)

де Мха - кількість холодоагенту, що прямує по трубопроводу, кг/год;

- питомий обсяг холодоагенту, м3/г;

- швидкість руху циркулюючого холодильного агенту, її приймають для хладону:

Напірний трубопровід:

По довіднику [ 8] вибираємо такі трубопроводи відповідно:

Труба МЗПТ 132 ГОСТ 617-72

Труба МЗПТ 302 ГОСТ 617-72

Труба МЗПТ 542 ГОСТ 617-72

9. Розрахунок конденсатора та випаровувача-повітроохолоджувача

Конденсатор розраховують за холодопродуктивністю для режиму охолодження плодоовочів. Розрахунок конденсаторів зводиться до визначення їх теплопередаючої поверхні. Поверхня теплопередачі, м2, визначається за формулою

(9.1)

де Qк - теплове навантаження на конденсатор. кДж/год;

qf - питомий тепловий потік, кДж/м2год.

Для пластинчатих конденсаторів з повітряним охолодженням величину qf можна прийняти рівним 8301100 кДж/м2год.

Теплопередаюча поверхня сухого повітроохолоджувача (зовнішня оребрена) визначається за формулою

, (9.2)

де Q0 - холодопродуктивність холодильної машини, кДж/год;

Кb - коефіцієнт теплопередачі повітроохолоджувача, кДж/(м2Кгод). З таблиці для температури кипіння холодоагенту менше -150С Кb=50,4 кДж/(м2Кгод).

tв - середня логарифмічна різниця температур в апараті між повітрям та холодоагентом, що кипить, °С. Рекомендується приймати tв=812°С.

Повітряний конденсатор має три конденсаторних пакети з фланцевим з'єднанням на вході холодильного агента і з бортовим з'єднанням на виході. Труби конденсатора алюмінієві 15*1 мм з оребреними алюмінієвими пластинками 79*39*0,5 мм. Проміжки між пластинками 0,5..0,6 мм. Основна технічна характеристика конденсатора: розміри 439*424*465 мм, загальна теплопередаюча поверхня 64.2 м2, маса 50 кг. Конденсатор витримує тиск мастила 20,6 бар [3].

Продуктивність вентиляторів випаровувача-повітроохолоджувача рефрижераторного вагона, м /с, обчислюється

(9.3)

де Ср - питома теплоємність повітря (Ср=1250 Дж/м3К);

tд і tс - температура повітря на вході до повітроохолоджувача і на виході з нього.

Необхідно враховувати, що, як правило, на одній холодильній машині розташовані два вентилятори, що подають повітря до вантажного приміщення.

Продуктивність вентиляторів конденсатора, м /с

(9.4)

де tb - ступінь нагріву повітря в апараті (56°С).

У кожній холодильній машині розташовуються 2 вентилятори, які обдувають конденсатор.

10. Заправка холодильної установки маслом

Система змазки призначена для підвода мастила до поверхонь деталей, які труться, з метою зменшення сили тертя, які виникають в місті контакту цих деталей. Крім того, мастило відводить тепло, яке виникає від тертя і попереджає появу корозії деталей.

Для заправки холодильної установки від'єднують мастилонаповнюючу трубку до запірного вентиля (рис.5.1) і підставляють бак із свіжим мастилом. Після включення холодильного агрегату на короткий період привідчиняють запірний вентиль для виведення повітря з наповнюючої трубки в бак зі свіжим мастилом. Закривають ручний запірний вентиль 18 на виході з ресивера і хладон всмоктують до тиску всмоктування 0,2 кгс/см2.

Холодильну установку зупиняють, закривають запірний вентиль і всмоктують свіже мастило до 2/3 оглядового скла. Закривають запірний вентиль та від'єднують наповнюючу трубку, після чого відчиняють запірні вентилі на ресивері. Після включення компресора перевіряють рівень мастила в робочому стані.

В даній холодильній установці використовують мастило ХФ-12 [5].

11. Техніко-економічне обґрунтування прийнятих рішень

В якості теплоізоляційного матеріалу для кузова вагону вибирався пінополістирол ПСП густиною 25..40 кг/м3. Це органічний штучний темоізоляційний матеріал, являє собою зубчасту пластмасу, виготовлену з синтетичних смол, насичених повітрям або вуглицем при високому тиску. Головною відзнакою є те, що він майже не поглинає вологу та має високу стійкість до вогню.

12. Основні вимоги охорони праці при експлуатації прийнятої системи охолодження

При підготовці холодильної установки до запуску перевіряють стан апаратів холодильної машини і трубопроводів, звертають увагу при цьому на можливі порушення герметичності в місцях з'єднання трубопроводів фланцевих з'єднань компресора, оглядового скла та підключень контрольної та захисної апаратури.

Запірні вентилі на обвідній лінії при справній роботі ТРВ і працюючих електромагнітних вентилях повинні знаходитися в закритому положенні.

Використовують обвідну лінію тільки при виході зі строю електромагнітного вентиля.

В цьому випадку після запуску холодильної машини запірний вентиль на обвідній лінії відкривають, а після зупинки закривають.

Під час експлуатації через кожні 6 місяців перевіряються щільність всіх з'єднань холодильної установки, видаляється бруд на різних вузлах, перевіряється рівень рідкого хладону в ресивері і мастила у компресорі, при необхідності поповнюючи їх до нормального рівня.

Література

1. Демьянков Н.В. Холодильные машины и установки. - М.:Транспорт,1969.

2. Осадчук Г.И., Фарафонов Е.С. Холодильное оборудование вагонов и кондиционирование воздуха. - М.:Транспорт,1969.

3. Демьянков Н.В., Маталософ С.Ф. Хладотранспорт. - М.: Транспорт, 1976.

4. Организация и технология ремонта рефрижераторных вагонов - М.: Транспорт, 1973.

5. Розенфельд Л.М., Ткачёв А.Г. Примеры и расчёты холодильных машин и аппаратов. - М.:Транспорт,1960.

6. Кржимовский В. Е. Рефрижераторные секции отечественной постройки.- М.: Транспорт, 1983.

7. Алексюткин Б. А., Устич П. А. Холодильное оборудование и кондиционирование воздуха: Методические указания для курсового и дипломного проектирования. - М.: МИИТ, 1991.

8. Анурьев В. И. Справочник конструктора-машиностроителя - М.: Машиностроение, 1973.

Страницы: 1, 2

Голосование

Как вы оцениваете работу нашего сайта? Отлично Хорошо Нормально Плохо Результаты