Расчет приведенного коэффициента теплопередачи ограждения кузова вагона

 

4. Выбор схемы холодильной машины и описание  ее работы

 

     Система охлаждения пассажирского межобластного вагона оборудована холодильной установкой типа КЖ-25П (рис. 1) с номинальной холодопроизводительностью 29 кВт (25 000 ккал/ч). Конструктивно установка объединяет три основных агрегата: компрессорный и конденсаторный, расположенные под рамой вагона, и испаритель-воздухоохладитель, вмонтированный в канал системы вентиляции со стороны некотлового конца вагона.

Все агрегаты соединены между собой медными  трубами, часть которых между  воздухоохладителем и теплообменником  покрыта теплоизоляцией. На щите приборов контроля за работой установки, смонтированном в тамбуре вагона, имеются мановакуумметр и манометр, показывающие величину давления хладагента соответственно на стороне всасывания и нагнетания компрессора, а также масляный манометр и реле давления, отключающее компрессор при недопустимом увеличении давления конденсации или понижении давления испарения.

 

Рисунок 1. Схема холодильной установки КЖ-25П:

1-компрессор, 2-электродвигатель компрессора, 3-реле  давления, 4-манометр давления масла, 5-манометры на стороне всасывания  и нагнетания, 6-теплообменник и  фильтр-осушитель,7-испаритель, 8-дроссельно-регулирующее

 

     Компрессорный агрегат (рис. 2) объединяет компрессор ФУ15 и электродвигатель постоянного тока мощностью 12,5 кВт при напряжении   135  В.

 

 

Рисунок 2. Компрессорный  агрегат установки КЖ-25П

1-компрессор; 2-муфта; 3-электродвигатель; 4-рама

 

     Конденсаторный агрегат (рис. 3) состоит из конденсатора с теплопередающей поверхностью 150 м², изготовленного из медных труб с насаженными на них дюралюминиевыми ребрами, ресивера емкостью 25 л и двух вентиляторов для охлаждения конденсатора. Вентиляторы представляют собой широколопастные крыльчатки, насаженные на валы электродвигателей постоянного тока мощностью по 1 кВт.

 

Рисунок 3. Конденсаторный агрегат установки КЖ-25П

1-конденсатор; 2-вентилятор; 3-электродвигатель; 4-ресивер

 

     Воздухоохладитель представляет  собой трубчатую оребренную батарею    с    поверхностью испарения 84 м². Жидкий хладагент поступает в регулирующее устройство и через распределитель расходится по трубам воздухоохладителя. Испарившийся хладагент отсасывается компрессором из вертикального   газового   коллектора, объединяющего все трубы.

 

     Теплообменник совмещен с фильтром-осушителем, предназначенным для удаления из жидкого хладагента механических примесей и влаги.

     Регулирование холодопроизводительности установки КЖ-25П осуществляется за счет изменения частоты вращения вала электродвигателя компрессора в соотношении 100 : 75 : 50% номинальной и дополнительно за счет применения дроссельно-регулирующего устройства 8 (рис.1). Количество хладагента, проходящего через сопло дросселя, зависит от температуры и давления конденсации. При повышении температуры наружного воздуха и, следовательно, температуры и давления конденсации в испаритель поступает больше жидкого хладагента через сопло дросселя постоянного сечения, что в свою очередь приводит к повышению температуры в испарителе и позволяет несколько   повысить   холодопроизводительность.

      Работа при различных частотах вращения происходит следующим образом. На низкой частоте открывается один соленоидный вентиль перед дроссельно-регулирующим устройством и подача хладагента в испаритель происходит через сопло, являющееся частью этого устройствa. При работе компрессора на  средней или высокой частоте открываются оба соленоидных вентиля и хладагент поступает в испаритель по объединенному распределительному устройству через сопло дроссельно-регулирующего устройства и терморегулирующий

вентиль.

     Достоинством такого метода регулирования является автоматически устанавливающаяся связь между тепловой нагрузкой и температурой испарения хладагента, что благоприятно сказывается на изменении влажности воздуха в вагоне.

     Электроснабжение вагона во время движения поезда осуществляется от генератора постоянного тока мощностью 26 кВт при номинальном напряжении 135 В, имеющего привод от средней части оси колесной пары. В один корпус с генератором встроен асинхронный электродвигатель мощностью 20 кВт, предназначенный для питания потребителей от внешней сети трехфазного переменного тока напряжением 380/220 В во время длительного отстоя вагона. На кратковременных стоянках поезда электроснабжение вагона осуществляется от кислотной аккумуляторной батареи типа 56ВНЦ-400 емкостью 400 А • ч с номинальным напряжением 110В.

   В более поздней модификации вагона применена новая система электроснабжения ЭВ. 13.01, предназначенная для всех вагонов отечественного производства с кондиционированием воздуха и питанием от подвагонного генератора. В отличие от ранее применявшейся системы в новой системе электроснабжения новыми узлами являются бесконтактный регулятор напряжения, выполненный на полупроводниках, и подвагонный трехфазный индукторный генератор переменного тока мощностью 27 кВа, объединенный с асинхронным двигателем в один агрегат. В этом случае питание электродвигателей установки кондиционирования воздуха и других потребителей вагона осуществляется постоянным током через выпрямитель, собранный на кремниевых диодах по трехфазной мостовой схеме.

      Система кондиционирования воздуха работает автоматически в зависимости от температуры воздуха в вагоне. Управляющими термодатчиками служат ртутные электроконтактные термометры. Переключение режимов работы в зависимости от времени года осуществляется переключателем на панели управления в служебном отделении. При установке переключателя в положение «Зима» может работать электрокалорифер от датчиков, расположенных в нагнетательном воздуховоде. При установке в положение «Лето» может работать холодильная установка и одна из секций электрокалорифера от термодатчиков, размещенных в нижней части продольной перегородки на выходе воздуха из IV и V купе. Кроме того, летом по желанию пассажиров температуру в вагоне можно несколько изменять путем переключения проводником второго режимного переключателя на панели управления в одно из трех положений: «Прохладно», «Нормально», «Тепло». При этом работа агрегатов установки будет происходить в зависимости от температуры.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Расчет основных  параметров холодильной машины, определение рабочих и  энергетических коэффициентов компрессора

 

     Расчет основных теоретических параметров холодильной машины.

 

     Удельная холодопроизводительность 1 кг хладагента q₀ (в кДж/кг):

кДж,

     Теоретическая работа, затрачиваемая в компрессоре на сжатие 1 кг хладагента (в кДж/кг):

кДж.

     Тепло, отданное 1 кг хладагента охлаждающему воздуху (или воде) в конденсаторе (в кДж/кг):

или по закону сохранения энергии

     Холодильный коэффициент цикла:

     Количество циркулирующего в системе холодильного агента G_Х (в кг/ч):

где 3,6 – коэффициент перевода Вт в кДж/ч.

     Теоретическая подача компрессора, т.е. объем пара, всасываемого компрессором (в м³/ч):

.

     Удельная объемная холодопроизводительность хладагента (в кДж/м³):

.

     Подача компрессора,        

.

  

  Потребная теоретическая мощность компрессора (в Вт):

.

     Тепловая нагрузка на конденсатор (в Вт):

.

     Коэффициенты подачи компрессора соответственно для стандартных и рабочих условий.

     Рабочие и энергетические коэффициенты компрессора определяются чтобы вычислить действительную холодопроизводительность компрессора, учесть факторы, не учитываемые в теоретическом цикле, и правильно выбрать компрессор.

 

     Коэффициент подачи компрессора (рабочий):

     Объемный коэффициент учитывает влияние вредного пространства при сжатии пара (между днищем корпуса и крышкой компрессора). Объемный коэффициент понижается при попадании капель хладагента в цилиндр, капли испаряются при обратном ходе поршня.

 

,

где - объем вредного пространства.

.             =0,93,

              =0,90,

                =0,95.

    -учитываем объемные потери от сопротивления клапанов компрессора.

               =0,93÷0,97

     Коэффициент подогрева  учитывает объемные потери в следствие подогрева пара хладагента от деталей компрессора, так как в конце всасывания температура паров увеличивается, вследствие чего уменьшается их масса в цилиндре и, следовательно, холодопроизводительность. Повышение частоты вращения вала компрессора ослабляет влияние теплообмена и соответствует повышению .

      (0,85 0,90)

     Коэффициент плотности учитывает внутренние перетечки хладагента через неплотности поршневых колец, клапанов компрессора. Пар хладагента из зоны с более высокого давления перетекает в полость с пониженным давлением.  =0,95 0,98.

     Индикаторная мощность действительного компрессора:

 

   где  N_т – потребная теоретическая мощность компрессора;

           учитывает потери сжатия 1кг хладагента в действительном цикле.

     Мощность, затрачиваемая на трение в компрессоре:

 

где Втм³/сек – удельная мощность трения для фреона

     Эффективная мощность на валу компрессора:

 

N_э = N_i + N_тр = 7343,75+779=6564,75

     Механический КПД компрессора: 

 

Эффективный КПД компрессора:

 

Мощность электродвигателя для  привода компрессора:

  ,

                                            

где К_зап = 1,1 1,12;

       0,95 0,99 – ременной передачи 

     Стандартная холодопроизводительность:

 

где коэффициенты подачи компрессора соответственно для   стандартных и рабочих условий;

    объемные холодопроизводительности хладагента соответственно для стандартных и рабочих условий .

     Для фреоновых компрессоров ; кДж/м

     Для заданного пассажирского межобластного вагона выбираем компрессор марки ФУБС-15.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6. Расчет диаметров трубопроводов и их подбор

 

     Расчеты трубопроводов, соединяющих основные части паровых компрессионных холодильных машин (ПКХМ), состоят в определении их внутреннего диаметра в зависимости от количества циркулирующего хладагента, его удельного объема, допустимой скорости движения по формуле, используемой для всасывающего трубопровода с параметрами пара в т.1 и для нагнетательного – в т.2

 

 

 

где  G_х – количество хладагента, проходящего по трубопроводу, кг/ч;

V – удельный объем хладагента, м³/кг;

W– скорость движения хладагента, м/с. Принимают для фреона 15÷18 м/с в нагнетательном трубопроводе  и 12÷15 м/с – во всасывающем. Для аммиака принимают 18÷25 м/с в нагнетательном трубопроводе и 15÷18 м/с во всасывающем. В жидкостных трубопроводах для фреона и аммиака принимают 0,5÷1,0 м/с.

 

 

 

 

 

 

 

 

Индивидуальное  задание

 

Испытание холодильных  установок под вакуумом

 

     Вакуумирование холодильного контура проводится для удаления воздуха из агрегатов и трубопроводов и осушения холодильного контура после завершения ремонтных работ, а также после проведения испытаний на прочность и/или плотность. Вакуумирование проводится до восстановления теплоизоляции, нарушенной при проведении ремонтных работ.

Использовать для вакуумирования компрессор холодильной установки категорически запрещено. Подавать напряжение на компрессор и проверять целостность его цепей в процессе выполнения работ по вакуумированию запрещено.

     Исходное состояние холодильной установки перед вакуумированием зависит от вида выполненного ремонта и характеризуется изолированностью участка холодильного контура, на котором выполнялись ремонтные работы, от остальной схемы холодильной установки. В этой связи выбор сервисных штуцеров для подключения вакуумного оборудования, используемого в процессе вакуумирования, производится оператором в зависимости от участка, который требуется вакуумировать.

Для проведения вакуумирования применяют следующее оборудование:

- манометрический коллектор*;

- комплект гибких шлангов*;

- вакуумный насос;

  - вакуумметр. 
Оборудование, помеченное *, должно быть предназначено для работы с применяемыми в установке хладагентом и маслом и иметь соответствующую маркировку.