Расчет параметров холодильных машин пассажирских и рефрижераторных вагонов

ОАО “РОССИЙСКИЕ ЖЕЛЕЗНЫЕ ДОРОГИ”

ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

 УНИВЕРСИТЕТ  ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

 

Кафедра «Вагоны и вагонное хозяйство»

Курсовой проект

На тему: «Расчет параметров холодильных машин

пассажирских и рефрижераторных вагонов»

                                                                          Выполнил

                                                                                                  студент гр.Вр-304

                                                                                                  Утибаева З.А.

                                                                                                  принял  Лесничий В.С.

г. Санкт - Петербург

2007 г.

Исходные данные:

Номер варианта –

Тип вагона – АРВ;

Грузоподъемность –

Масса груза – 35 т;

Груз – апельсины;

Основные размеры вагона:

- наружная длина (без учета ширины машинного отдела) – 17 м;

- наружная ширина – 2,8 м;

- высота боковой стены снаружи – 2,35 м;

- радиус сечения крыши в средней части - 1,8 м;

- радиус сечения крыши у боковых стен – 0,35 м;

Параметры наружного воздуха:

- температура - +35 ⁰С;

- относительная влажность - 30℅;

Географическое положение железнодорожного участка – Афины;

Ориентация по сторонам света – Запад-Восток;

Широта в градусах – 45.

Содержание:

      Введение

1.  Оценка теплотехнических качеств вагона

  Определение площади теплопередающих поверхностей ограждения кузова вагона

  Определение приведенного коэффициента теплопередачи ограждения кузова вагона

  Определение теплопритоков, действующих на вагон

1.Оценка теплотехнических качеств вагона

1.1Определение площади теплопередающих поверхностей

ограждения кузова вагона

Для оценки теплопередачи свойств кузова вагона его разделяем на отдельные поверхности, а именно крыша, две боковые стены, две торцевые стены и пол. Прежде всего находим площади каждой из частей кузова.

Формулы для расчета площадей:

;  ;

где S_сект – площадь сектора;

       R – радиус участка крыши;

       С – длина дуги.

F_{торц.ст} = 7,84 м²;

F_бок.ст = 39,95 м²;

F_пол = 47,6 м²;

F_кр = 56,1 м²;

1.2 Определение приведенного коэффициента теплопередачи

ограждения кузова вагона

Приведенный коэффициент теплопередачи определяется после установления коэффициентов теплопередачи отдельных элементов ограждения кузова – крыши, пола, окон, боковых и торцевых стен. Эти коэффициенты вычисляют, принимая элементы ограждения в виде многослойной плоскопараллельной стенки, по формуле, Вт/(м²К),

,

где           δ_i – толщина i-го слоя элемента ограждения, м:

                        для стен: наружная обшивка – 0,002 м; внутренняя обшивка – 0,0015 м;

                        слой гидроизоляции – 0,01 м; слой теплоизоляции – 0,06 м;

                        для крыши: слой теплоизоляции – 0,1 м; слой гидроизоляции – 0,01 м;

                        для пола: толщина деревянного бруса – 0,05 м; слой гидроизоляции

                        – 0,02 м; слой теплоизоляции – 0,05 м; стальной лист – 0,01 м;

                        слой резины на деревянном настиле – 0,01 м.

                λ_i – коэффициент теплопроводности i-го сечения ограждения, Вт/(м²К):

                       гидроизоляции – 0,2 Вт/(м²К);

                       теплоизоляции – 0,023 Вт/(м²К);

                       бруса – 0,3 Вт/(м²К);

                       резины – 0,2 Вт/(м²К);

                       обшивки наружной и внутренней – 58 Вт/(м²К).

       α_В (α_Н) – коэффициент теплоотдачи на внутренней (наружной)

                      поверхности ограждения,  Вт/(м²К).

Коэффициент α_Н , зависит от скорости движения воздуха:

- для боковой стены, крыши и пола:

 43,06 Вт/(м²К),

- для торцевой стены:

 Вт/(м²К),

где α_лн – коэффициент, учитывающий лучистый теплообмен, который для летних

               условий можно принять 9,3 Вт/(м²К);

        υ – средняя скорость подвижного состава, на выбранном участке ж.д.

               пути (70км/ч, для торцевых стен 0 км/ч);

        ℓ - длина теплопередающей поверхности, омываемой воздухом без учета

             тамбуров и машинных отделений.

Определяем коэффициент α_В , по формуле:

 Вт/(м²К)

где     15 Вт/(м²К);

           6+9 = 15 ^оС;

           Вт/(м²К);

           в = 0,85; С_пр=4,73; φ = 1.

Коэффициент теплопередачи стен, Вт/(м²К):

- боковой:

 Вт/(м²К),

- торцевой:

 Вт/(м²К);

Коэффициент теплопередачи крыши, Вт/(м²К):

 Вт/(м²К);

Коэффициент теплопередачи пола, Вт/(м²К):

 Вт/(м²К).

Приведенный коэффициент теплопередачи k_пр всего ограждения помещения вагона определяется по формуле, Вт/(м²К):

где k_СТ – коэффициент теплопередачи стен;

               k_КР - коэффициент теплопередачи крыши;

               k_ПОЛ - коэффициент теплопередачи пола;        

               F_СТ – площадь стен;

               F_КР – площадь крыши;

               F_ПОЛ – площадь пола;         

               F_КП - площадь   ;

1.3  Определение теплопритоков, действующих на вагон

Для того, чтобы выбрать холодильное оборудование обеспечивающее условие перевозки заданного груза необходимо определить тепловые притоки действующие на вагон. Суммарный теплоприток определит холодопроизводительность холодильной установки.

   Вт;

 Вт;

 где Q₁ – теплопритоки о

               Q₂ – теплопритоки от инфильтрации;

               Q₃ – теплопритоки от действия солнечной радиации;

               Q₄ – физиологическая теплота продукта;

               Q₅ – теплопоступления от работы двигателя вентилятора циркулятора;

               Q₆ – теплопоступления при охлаждении термически подготовленного груза;

                I – интенсивность солнечной радиации;

                А – коэффициент поглащения тепловых лучей:

                        для стен – 0,3; для крыши – 0,6.

                q – количество тепловой энергии, выделяемая в процессе жизнедеятельности

                      одной тонны продукта за 1 час, Вт/ч;

                 τ_э – время работы (примерно 18-20 часов в сутки);

                 N – мощность электродвигателя одного вентилятора (N=0,45 кВт)

                 n_ц – количество двигателей (4 шт.);

                 η – кпд, (η=0,85);

                 G_т берем 15% от G_бр, G_нетто – 85%.

                         G_гр =G_бр=G_нетто + G_т

                 С – величина теплоемкости;

                  t_нч – начальная темпиратура груза, берем на 5 град ниже чем задана;

                  t_кч – нижний темпиратурный предел режима перевозки;

                  τ_гр.охл – время охлаждения груза, время затраченное на понижение темпиратуры;

                  F – суммарная наружная поверхность кузова вагона.

2.  Расчет теплового баланса холодильной машины

2.1 Построение одноступенчатого цикла холодильной машины

После определения холодопроизводительности производим выбор схемы холодильной машины для осуществления холодильного цикла. В выбранной мной холодильной машине используется цикл одноступенчатого сжатия с регенерацией.

Цикл строим по параметрам узловых точек с помощью термодинамической диаграммы ℓg p-i или T-S выбранного хладагента. Температура конденсации t_к  принимается на 8…12⁰С выше наружного воздуха, проходящего через конденсатор, t_r-t_o,c +(8…12)⁰С. Температура кипения хладагента t₀ должна быть ниже температуры воздуха, проходящего через испаритель на 10….12⁰С.

Давление в конденсаторе Р_к и испарителе Р₀ принимается по выбранным значениям температуры конденсации t_к и испарения t₀ хладагента.

Для построения холодильного цикла воспользуемся термодинамической диаграммой нашего холодильного агрегата.

Построение теоретического и действительного цикла холодильной машины:

1)  На диаграмме примем логарифмический масштаб;

2)  Характерными кривыми являются пограничные кривые х=0 и х=1, между которыми находиться область перехода вещества из жидкого состояние в газообразное и наоборот. Слева от кривой х=0 находиться область жидкости, справа от х=1 находиться область пара;

3)  В области парожидкостной смеси происходят процессы теплообмена обусловленные изменением агрегатного состояния хладагента в холодильной машине;