27. Повышение надежности и экономичности компрессоров

Повышение уровня технического совершенства компрессоров, т.е. их качества, надежности и экономичности, осуществляется несколь­кими путями. Первый из них — разработка комплексных мероприя­тий по повышению качества изготовления. Сюда относятся и воп­росы использования новых материалов, совершенствования конст­рукций и технологических процессов производства, а также широ­кой унификации агрегатов. Второй путь — проведение исследова­ний по повышению надежности и установлению оптимальных ре­жимов эксплуатации компрессоров, разработка стандартных мето­дов и типовых программ испытаний (моторесурсные и специальные ускоренные испытания на надежность, всесторонние эксплуатаци­онные испытания с проверкой надежности новых деталей и узлов, исследования эксплуатационной надежности импортного оборудо­вания). Значительное внимание уделяется исследованиям наиболее тяжелых для компрессора пусковых режимов и внедрению средств технической диагностики при эксплуатации и ремонте машин.

Надежность и экономичность компрессоров обеспечиваются также непрерывным совершенствованием системы технического обслуживания и ремонта оборудования, разработкой подробной эксплуатационной и ремонтной документации, нормативов числен­ности обслуживающего и ремонтного персонала. Большое значе­ние имеет правильное планирование объема производства запас­ных частей согласно технически обоснованным расчетным нормам.

Надежность поршневых компрессоров во многом зависит от по­дачи смазочного масла к подшипникам и другим трущимся дета­лям шатунно-поршневой группы. В связи с высокой растворимос­тью смазочных масел в хладоне R12 и фреонах необходимо обес­печивать необходимое давление в системе и разгружать компрес­сор при пуске до достижения рабочего давления масла. Для этого используют различные способы: ручное и автоматическое управ­ление всасывающим и нагнетательным вентилями, регулирование давления масла способом байпасного изменения подачи его насо­сом, контроль за давлением масла в эксплуатации. Часто совмеща­ют эти способы. Например, контроль за давлением масла сочета­ется с использованием автоматического запорного, всасывающе­го и нагнетательного клапанов.

Наиболее ответственным элементом поршневого компрессора, определяющим надежность и экономичность его работы, являют­ся пластинчатые клапаны, а у больших компрессоров — сальник.

В непрямоточных компрессорах малой и средней холодопроиз­водительности всасывающие и нагнетательные клапаны одного ци­линдра часто размещают на общей клапанной плите, что существен­но упрощает установку и замену пластин клапанов. Однако такая конструктивная компоновка приводит к интенсивному теплообме­ну между полостями всасывания и нагнетания, следовательно, к ухудшению объемных и энергетических показателей компрессора.

Безаварийная работа обеспечивается тщательной очисткой, суш­кой и вакуумированием холодильных машин, использованием чи­стых хладагентов и масел, повышением теплостойкости изоляции обмоток встроенных электродвигателей компрессоров.

На надежность машин влияют и проводящаяся специализация заводов-изготовителей и ремонтных предприятий, внедрение крупносерийного способа производства, комплектная поставка оборудования и холодильных агрегатов предприятиям, которые будут их эксплуатировать. В значительной мере уровень холодиль­ного машиностроения определяет и современная высокоразвитая научно-исследовательская и конструкторская база этой отрасли промышленности.

28. «РАСЧЕТ ПРИВЕДЕННОГО КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ

КУЗОВА ВАГОНА»

Основным показателем теплотехнических качеств кузова вагона является коэффициент теплопередачи его ограждений.

Коэффициент теплопередачи характеризуется количеством тепла, проходящим в течение 1 с через 1 м² площади ограждений при передачи температур по ее сторонам в 1⁰. Он имеет размерность Вт/(м²К) и обозначается буквой К.

Коэффициент теплопередачи стенки обратно пропорционален ее общему термическому сопротивлению R_о:

(2.1)

Общее термическое сопротивление многослойной однородной стенки вагона равно сумме термических сопротивлений каждого слоя и термических сопротивлений теплопереходу от поверхности стенки к наружному и внутреннему воздуху:

_, (2.2)

где R_i - внутреннее (собственное) термическое сопротивление каждого слоя стенки; R_u - термическое сопротивление теплопереходу летом от наружного воздуха к наружной поверхности стенки, зимой от наружной поверхности стенки к наружному воздуху; R_в - термическое сопротивление теплопереходу летом от внутренней поверхности стенки к воздуху внутри вагона, зимой от воздуха внутри вагона к внутренней поверхности стенки;

(2.3)

где толщина каждого однородного слоя стенки, м; коэффициент теплопроводности материала или воздушной прослойки, соответствующего слоя стенки, Вт/(м² К);

_, (2.4)

где - коэффициент теплоперехода от наружной поверхности стенки к наружному воздуху (или от наружного воздуха к поверхности стенки), Вт/(м²×К).

(2.5)

где - коэффициент теплоперехода от воздуха к внутренней поверхности стенки (или наоборот). Для всех пассажирских вагонов, Вт/(м²К)_.

Подставив значения выражений (2.2) - (2.5) в формулу один, получим общую развернутую формулу:

_, (2.6)

Значения берутся из чертежей значения - из справочников (для основных материалов приведены в таблице 2.1)

Таблица 2.1

Физические свойства изоляционных и строительных материалов, применяемых в ограждениях кузова вагонов

Материал	Коэффициент теплопроводности ккал/м2ч 0С	Объемная масса г/см3	Средняя теплоемкость ккал/кг град	Коэффициент теплостойкости при периоде 24 ч. ккал/мгр.
Мипора	0,03-0,04	15-25	0,37	0,24
Пенополистирол ПСБ-С	0,032	25-30	0,34	-
Пенополиуретан марки ППУ-3Е	0,036	36-42	0,34	-
Стеклянная вата	0,035-0,050	100-200	0,2	0,71
Минеральная вата	0,040-0,045	100-125	0,23	-
Стеклопластик	0,3-0,4	1000-1800	--	-
Шерстяной войлок	0,05-0,08	330	0,45	-
Минеральный войлок	0,06-0,08	150	0,44	0,93
Дерево твердых пород (поперек волокон)	0,29-0,32	600-750	0,62	1,1
Дерево мягких пород (поперек волокон)	0,12-0,15	500-600	0,65	1,0
Древесно-волокнистые плиты	0,19	600-700	0,6	-
Клеевая фанера	0,19-0,30	600-900	0,6	3,74
Линолеум	0,15-0,20	1100-1200	0,3	4,5
Мягкая резина	0,17	920	0,51	-
Оконное стекло	0,65	2500	0,18	9,2
Сталь	30-50	1850	0,11	108,3
Алюминий	123	2800	-	-
Мастика противошумная	0,2	760	0,6	-
Влагозащитная пленка	0,035	100-250	0,30	-
Плитка керамическая (кафельная, метлахская и тюпю)	0,9	2000	0,50	-

Примечание: 1 Вт/(м *К)=0,86 ккал/(м *ч* ⁰С)

Величина зависит от скорости и характера воздушного потока, обдувающего наружную поверхность. Чем больше скорость, тем боль­ше масса воздуха, вступающего в теплообмен с поверхностью стен и, значит, тем больше значение . Характер потока — спокойный (ла­минарный), при котором струи воздуха параллельны, или с завихре­ниями (турбулентный) — зависит от угла его направления к обдувае­мой поверхности, от характера самой поверхности и ее площади. При большом угле направления потока и при неровной (шероховатой и с выступающими частями) поверхности образуются завихрения, боль­шая масса воздуха входит в соприкосновение с поверхностью и значе­ние ан увеличивается. При ровной поверхности чем больше ее пло­щадь (точнее протяженность в направлении потока), тем спокойнее характер потока и тем меньше значение .

Для вагонов направление потока воздуха и обдуваемой поверхно­сти или совпадает, или поток находится под небольшим углом к боль­шей части поверхности — боковым стенам, крыше и полу. Конфигу­рация и характер поверхности пассажирских и изотермических ваго­нов, для которых определяются значения К, в основном, ровные и примерно одинаковые, поэтому для определения значения можно пользоваться эмпирической формулой, в которой переменными вели­чинами являются лишь скорость движения вагона и его длина:

, (2.7)

где u - максимальная скорость движения поезда, м/с, L_н – полная длина кузова, м.

Для пассажирских вагонов среднюю маршрутную скорость сле­дует принимать 33 м/с (120 км/ч), длину кузова вагона — 23,6 м. Тог­да = 67,0 Вт/(м² * К), в старой системе — 58 ккал/(м² • ч • ⁰С).

Из формулы (2.7) следует, что для недвижущегося вагона значение составляет 15 Вт/(м² • К). При этом предполагается, что движение воздуха относительно ограждений все же имеется вследствие подвиж­ности самого наружного воздуха и конвективного его движения, бла­годаря разности температур воздуха и наружной поверхности вагона, отапливаемого в холодное время года или охлаждаемого в теплое.

Величина зависит от тех же показателей и параметров, что и ве­личина . Но скорости движения воздуха внутри вагона от работы вентиляции значительно меньше скоростей атмосферного воздуха, а конвективные скорости в результате теплообмена между внутренними поверхностями и воздухом в вагоне сильно тормозятся внутренним обо­рудованием. Поэтому величина меньше величины даже в сто­ящем вагоне. Для всех пассажирских вагонов следует принимать значение = 10 Вт/(м² • К), или 8,6 ккал/(м² • ч • °С).

Для уяснения метода расчета определим значения К для однород­ной стенки, показанной на рисунке 2.1, а. В целях удобства и стройности рас­чета значения , и приведены в таблице 2.2.

а) б)

Рисунок 2.1

(а) Многослойная однородная стенка (зона сплошной изоляции крыши пассажирского вагона): 1 – стальной лист наружной обшивки; 2 – слой антикоррозионной противошумной мастики; 3 – теплоизоляция; 4 – влагозащитная плёнка; 5 – фанерная внутренняя обшивка.

(б) Многослойная однородная стенка (зона дуги крыши пассажирского вагона): 1 – стальной лист наружной обшивки; 2 - слой антикоррозионной противошумной мастики; 3 - стальной прокатный профиль (дуга); 4 - теплоизоляция; 5 – деревянный брусок; 6 - влагозащитная плёнка; 7 - фанерная внутренняя обшивка А, Б, В, Г - обозначение зон.

Таблица 2.2

Номер слоя	Материал слоя	, м	, Вт/(м*К)	, (м2*К)/Вт
1	Сталь	0,002	58,6000	0,000034
2	Мастика	0,001	0,230	0,00400
3	Мипоры	0,074	0,027	2,740000
4,5	Влагозащитная пленка и фанера	0,005	0,350	0,014300
=2,758334

Учитывая, что значения исходных величин, в частности, значения для таких материалов, как мастика, мипора, фанера, рубероид, яв­ляются средними, и принимая во внимание трудность оперирования с многозначными числами, значения следует округлять до вто­рого знака после запятой.

Исходя из этого, термическое сопротивление всех слоев металла независимо от их толщины (в данном случае слоя стали толщиной 2 мм) и всех тонких (до 1 мм) слоев таких материалов, как влагозащитная пленка, мастика, павинол, пластик и тем более краска или клей (в данном случае слой мастики), можно в расчет не принимать. Тогда получим значение = 2,75.

Подставляя значения , и в основную формулу (2.6), полу­чим

Вт/м²*К.

Значение К всегда округляют до второго знака после запятой. Итак, К =0,35 Вт/(м² • К), или 0,30 ккал/(м² • ч• °С).

При расчетах величины К предполагается, что тепло направлено перпендикулярно плоскости стенки (или радиально при цилиндриче­ских или сферических стенках). Это вполне справедливо для однород­ных стенок. В стенках с неоднородной изоляцией, подобных показан­ной на рисунке 2.1, б, направление теплового потока сложное. Внутри этой стенки основной тепловой поток пойдет по Z-образному металлическо­му элементу, т. е. зигзагом. Кроме того, при наличии металлического элемента тепло проходит не только через сечение самого элемента, но и через его боковые поверхности, вследствие чего через соседние эле­менты — мипору и деревянный опорный брусок — проходит тепла больше, чем могло пройти, если бы этого металлического элемента не было.

Сложность процесса прохождения тепла через стенки с неоднород­ной изоляцией затрудняет получение точных результатов тепловых расчетов. В практике используется много способов приближенного теплового расчета стенок с неоднородной изоляцией. Наиболее точ­ные результаты дает расчет по методу так называемых круговых по­токов, который чаще называют по имени авторов методом Уэльсона — Ниточкина. Этот метод связан с применением интегрального исчис­ления, довольно трудоемок и потому используется в наиболее ответ­ственных случаях (в вагоностроении — при расчете сложных по конфигурации узлов изотермических вагонов).

Довольно точен, но очень трудоемок графический метод Аубери и Шеффильда. Более простыми являются слоевой и зональный мето­ды. При зональном методе делают допущение, что каждая отдельная зона проводит тепло самостоятельно независимо от прохождения теп­ла в соседних зонах. При слоевом методе стенку делят на слои, пер­пендикулярные тепловому потоку (параллельно ее плоскости), опре­деляют термическое сопротивление каждого слоя и, принимая допу­щение о самостоятельности работы каждого слоя, суммируют резуль­таты. При расчетах по зональному и слоевому методам нужно вводить поправочные коэффициенты.

Наиболее простой из перечисленных методов зональный. Он исполь­зуется в вагоностроении как при расчете отдельных узлов, так и при определении средних значений К для стен, пола, потолка и кузова ва­гона в целом.

Проделаем расчет неоднородной стенки, показанной на рисунке 2.1,б, зо­нальным методом. Разделим сечение на зоны А, Б, В и Г. Учитывая отмеченную выше нецелесообразность подсчета теплового сопротив­ления металлических слоев, тонких слоев других материалов, а также замкнутых небольших воздушных прослоек (между металлической дугой 3 и деревянным бруском 5) и мелких крепежных деталей (шу­рупы крепления фанеры 7 к бруску 5, которые на рисунке не показа­ны), проведем расчет значения К для каждой отдельной зоны (таблица 2.3).

Таблица 2.3

Номер слоя (рис.2.1,б)	Материал	, м		, Вт/(м*К)	, (м2*К)/Вт	Вт/(м2*К)
1	2	3		4	5	6
Зона А
4.	Мипора		0,069	0,027	2,55	КА =0,37
6,7	Фанера и влагозащитная пленка	0,005		0,35	0,01
Зона Б
4	Мипора	0,007		0,027	0,259	КБ =2,63
6,7	Фанера и влагозащитная пленка	0,005		0,35	0,014
Зона В
4	Мипора (два слоя)	0,051		0,027	1,890	КВ= 0,47
5.	Древесина	0,018		0,18	0,10
6,7	Фанера и влагозащитная пленка	0,005		0,35	0,014
Зона Г
4	Мипора	0,044		0,027	1,625	КГ= 0,52
5.	Древесина	0,030		0,18	0,167
6,7	Фанера и влагозащитная пленка	0,005		0,35	0,014

Средняя величина К для неоднородной стенки на участке в преде­лах зон А—Г определяется по формуле

_, (2.8)

где К₁, К₂, …, К_n – значение коэффициентов теплопередачи зон; F₁, F₂, …, F_n – площади зон.

В данном случае, зная из чертежей, что в направлении, перпендикулярной плоскости рисунка, длина всех конструктивных элементов узла крыши вагона одинакова, заменим F значениям ширины зон в (40; 5; 40; 50 мм) указанных на рисунке 2.1,б:

(2. 9)

Вт/(м²*К).

Учитывая сделанные допущения о прямолинейности теплового потока, т.е. отсутствие действительных потоков тепла через зоны изоляции из-за включения металлических и деревянных элементов, необходимо увеличить значение К на 10%. Итак,

К_ср = 0,54*1,1=0,59 Вт/(м²*К), или 0,51 ккал/(м²*ч* ⁰С).

Несущие дуги расположены с шагом 800 мм по длине вагона. Зона теплового мостика имеет ширину 135 мм. (смотри рисунок 2.1,б), а зона сплошной изоляции 800-135=665 мм.

По формуле (2.8) определим среднее значение К_ср основной части крыши (не считая дефлекторов, мест крепления со стенками и т.п.)

Вт/(м²*К), или 0,34 ккал/(м²*ч* ⁰С). (2.10)

Зная значение К для отдельных участков ограждения, по формуле (2.8) можно определить среднее значение К для продольных и торцевых стен пола, крыши, а затем всего кузова вагона в целом.

Величина приведенного коэффициента теплопередачи кузова вагона подсчитывается по формуле:

_, (2.11)

где К_i – коэффициент теплопередачи отдельного элемента ограждения; F_i – среднегеометрическая поверхность ограждения, м²

_, (2.12)

где F_н, F_в наружная и внутренняя поверхности ограждения.

29. РАСЧЁТ ТЕПЛОПОТЕРЬ КУЗОВА ВАГОНА В ХОЛОДНОЕ

ВРЕМЯ ГОДА»

Расчет теплопотерь вагона зимой осуществляется для определения производительности системы отопления. В зимнее время года теплопотери происходят: через ограждения, вследствие перепада температур воздуха внут­ри и снаружи вагона; в результате инфильтрации; от подачи в вагон холодного вентилирующего воздуха.

Зимой в вагон могут поступать и теплопритоки: от солнечной ра­диации, от тепловыделений пассажиров и от работы внутреннего обо­рудования. Однако эти теплопритоки принимать в расчет не следует. Солнечная радиация зимой, даже в ясную погоду, кратковременна и очень слаба. Тепловыделения oт пассажиров принимать в расчет нельзя, так как во время какой-то части рейса пассажиров в вагоне может быть мало, а температура и в этом случае не должна быть ниже нормы. Теплопоступления oт работы внутреннего оборудования (вен­тилятора, кипятильника) в paсчет не принимаются из-за их неболь­шой относительно зимних теплопотерь величины. Неучет теплопритоков идет как бы «в запас прочности».

Рассмотрим методику расчета теплопотерь с числовым примером для купейного вагона с длиной кузова 23,6 м при населенности 40 чел., т. е. того же вагона, для которого был выполнен расчет теплопритоков в летнее время. В расчете используются нормативный па­раметр наружного воздуха t_n= -40⁰С и другие ранее определенные показатели.

Теплопритоки через ограждения определяются по формуле (3.1, см. ПЗ№3), в которой для получения положительного значе­ния t_н и t_в меняют местами. В данном примере

Теплопритоки от инфильтрации рассчитывают­ся по формуле (3.2, см. ПЗ№3). Но учитывая, что зимой наружные двери ваго­нов открываются реже, чем летом, принимают коэффициент :

Теплопотери от подаваемого в вагон наружного воздуха можно было бы определять по формуле (3.6, см. ПЗ№3). Учитывая, что при низких отрицательных температурах влагосодержание воздуха крайне мало и его теплосодержание определяется в ос­новном теплосодержанием сухого воздуха, расчет производят по формуле:

(4.1)

Количество подаваемого в вагон воздуха, в целях всемерной эко­номии тепловой энергии, берется строго по норме, т. е. 0,0056 м³/с (20 м³,ч) на 1 чел. Всего в вагон подается 0,0056 • 40 = 0,224 м³/с (800 м³/ч). Тогда:

Q₃ = 0,224 ∙1,2 ∙1005 (20 + 40) = 16100 Вт 16 кВт.

Следовательно, производительность калорифера должна состав­лять 16 кВч (14000 ккал/ч).

Общие теплопотери вагона составят:

Q₀ = Q₁ + Q₂ + Q₃= 22 700 + 5675+ 16 100 = 44 475 Вт.

С округлением в большую сторону система отопления должна иметь теплопроизводительность 45 кВт (около 39 000 ккал/ч).

30. «РАСЧЕТ ТЕПЛОПРИТОКОВ В ВАГОН В ЛЕТНЕЕ ВРЕМЯ»

Расчет теплопритоков в вагон в летнее время производится для определения производительности системы охлаждения.

Теплопритоки в вагон летом поступают: через ограждения кузова, вследствие перепада температур воздуха снаружи и внутри вагона; в результате инфильтрации воздуха; от солнечной радиации; тепло­выделений пассажиров; работы установленного в вагоне оборудова­ния; притока наружного воздуха, подаваемого в вагон вентиляцией.

Ниже приводится наиболее простая и практически используемая методика расчета теплопритоков с конкретным числовым примером для купейного вагона с длиной кузова 23,6м и населенностью 40 человек, включая проводников. В примере взяты расчетные параметры наруж­ного воздуха и , принятые для теплого влаж­ного климата. Значения остальных параметров, если они специаль­но не оговорены, взяты из ранее указанных данных.

Теплоприток через ограждения определяется по формуле:

(3.1)

Подставляя известные значения t_n, t_B и К (последнее принято мак­симальным) и зная из чертежей, что F = 270,5 м², получим:

Теплоприток от инфильтрации воздуха нахо­дится в прямой зависимости от перепада между температурами возду­ха внутри и снаружи вагона и от частоты открывания дверей. Инфильт­рация через небольшие неплотности ограждений не учитывается, так как при работающей системе вентиляции и образующемся при этом подпоре воздуха наружный воздух через эти неплотности внутрь ва­гона почти не проходит, а имеющая место утечка воздуха учитывает­ся при расчете теплопритока от вентиляции. Поскольку теплоприток через ограждения Q_t также пропорционален перепаду между темпера­турами воздуха внутри и снаружи вагона, теплоприток от инфильтра­ции Q₂ определяют как некоторую часть Q₁ по формуле:

, (3.2)

где — безразмерный числовой коэффициент.

Для летнего времени, когда пассажиры довольно часто выходят из вагона на станциях в пути следования, принимают К'=0,3. Для рассчитываемого вагона

Теплоприток от солнечной радиации че­рез непрозрачные ограждения прямо пропорциона­лен интенсивности солнечной радиации L, коэффициенту теплопоглощения облучаемой поверхности А, коэффициенту теплопередачи облучаемого ограждения К и площади ограждения F и обратно про­порционален коэффициенту теплоперехода от наружной поверхности ограждения к наружному воздуху .

При определении величины среднего коэффициента теплопередачи ограждений кузова вагона К было видно, что эта вели­чина тем больше, чем выше значение . В соответствии с этим вели­чина теплопритока Q₁ через ограждения вследствие перепада темпе­ратур также увеличивалась с ростом значения . В данном случае при определении теплопритоков от солнечной радиации закономерность обратная — теплоприток Q₃ тем меньше, чем больше значение .

Физический смысл этого явления заключается в том, что от солнеч­ной радиации поверхность вагона нагревается до более высокой темпе­ратуры, чем температура окружающего наружного воздуха. Следовательно, чем больше тепла будет снято с ограждений набегающим по­током наружного воздуха, тем меньше тепла от солнечной радиации пройдет внутрь вагона.

Расчет теплопритока от солнечной радиации через непрозрачные ограждения производится по формуле:

(3.3)

Теплоприток от солнечной радиации через прозрачные ограждения (в вагонах — через ок­на) прямо пропорционален интенсивности солнечной радиации I, пло­щади ограждения F и коэффициенту пропускания солнечных лучей К_пр. Зависимости теплопритока через окна от коэффициента теплопоглощения А, коэффициента теплопередачи К и коэффициента теплоперехода здесь нет.

Расчетная формула теплопритока от солнечной радиации через ок­на имеет вид:

(3.4)

Интенсивность солнечной радиации I зависит от географической широты местности, времени года, часа дня и различна для горизонталь­ных (крыша) и вертикальных (стены и окна) поверхностей. Для верти­кальных поверхностей интенсивность, кроме того, зависит от их ориен­тации относительно сторон света - максимальная интенсивность наб­людается при движении поезда в направлении восток — запад. Обыч­но в июле на широте 40—42° (средняя широта Кавказа и республик Средней Азии) для горизонтальных поверхностей I_г = 950 Вт/м², для вертикальных I _в = 540 Вт/м².

Коэффициент теплопоглощения облучаемой поверхности А зави­сит от рода материала, цвета и состояния поверхности. Для металли­ческих сравнительно гладких поверхностей значение А принимают в зависимости от цвета окраски: белого — 0,2—0,4; серого и темно-се­рого— 0,4-0,5; зеленого, коричневого и красного — 0,5—0,7; си­него- 0,7 - 0,8; темно-синего и черного - 0,8—0,9. Для расчета примем для крыши А_кр = 0,5, для стен А_ст = 0,7.

Значения коэффициентов теплопередачи с учетом парения изоля­ции принимают для крыши К_кр=1,3Вт/(м² ˙ К), для стен К_ст = 1,4 Вт/(м² ˙ К).

Коэффициент пропускания лучей окнами К_пр, определяется как произведение трех коэффициентов: К₁=0,7 соответствующего двойному остеклению; К₂=0,9, учитывающего загрязнение стекол; К₃=0,6, учитывающего применение солнечных штор со светлой наружной стороной. Примем, что на солнечной стороне вагона 60% пло­щади окон закрыто занавесками. Тогда

Теплопритоки от солнечной радиации подсчитывают для части ограждений, облучаемых только прямыми солнечными лучами, так как величина теплопритоков с теневой стороны от рассеянной сол­нечной радиации относительно невелика. Не принимается в расчет и теплоприток через торцовые стены, которые не сообщаются с пассажирским помещением. Таким образом, в расчет принимают только крышу, одну боковую стену и окна этой стены. Строго говоря, следо­вало бы принять площадь крыши и боковой стены лишь в пределах пассажирского помещения, т. е. без учета тамбуров. Но учитывая то, что из расчета исключены теплопритоки от рассеянной солнечной радиации и от облучения торцовых стен (оно все же частично переда­ется и в пассажирское помещение), а также в целях упрощения рас­чета принимают всю площадь крыши и одной боковой стены.

Из чертежей кузова вагона берем размеры площадей: крыши F_кр=70,5 м², одной боковой стены А_ст = 44,0 м², окон с одной сто­роны вагона F_ок = 11,3 м². Зная все исходные данные, определим:

теплоприток через крышу по формуле (3.3)

Q_3кр = I_г А_кр К_кр F_кр /α_н = 940•0,5•1,3•76,5/67 =698 Вт;

теплоприток через стены по той же формуле

Q_3ст = I_в А_ст К_ст F_ст /α_н = 540 · 0,7 · 1,4 · 44/67 =348 Вт;

теплоприток через окна по формуле (3.3)

Q_3ок = I_в К_пр F_ок = 540 · 0,48 · 11,3 =2930 Вт

Полученные значения показывают, что теплоприток от солнечной радиации через окна, несмотря на их сравнительно небольшую пло­щадь и на использование штор, почти в 3 раза больше суммарного теп­лопритока через крышу и боковою стену. Это свидетельствует о необходимости обязательного применения солнечных штор или занавесок. Еще более эффективно применение специальных не пропускающих тепловые лучи стекол. Такое теплоизоляционное остекление обязательно необходимо в туристских вагонах с куполом для обозрения местности, опытный экземпляр которого построен ленинградским ва­гоностроительным заводом им. Егорова.

Суммарный теплоприток от солнечной радиации

Q₃= Q_3КР + Q_3ст + Q_3ok = 0,698 + 0,348 + 2,93≈3,98 кВт.

Тепловыделения пассажиров определяются по формуле:

Q₄ =q·n, (3.5)

где q- суммарное (сухое и влажное) тепло, выделяемое одним пассажиром, Вт; п — количество пассажиров.

Подставляя в формулу значения q=115 Вт и n, получим

Q₄ = 115 ·40=4600 Вт = 4,6 кВт.

Тепловыделение работающего в вагоне оборудования равно суммарной мощности постоянно работающих электропотребителей.

В купейном вагоне постоянно работают электродвигатель вен­тилятора мощностью 1,7 кВт и регулирующая аппаратура мощностью около 0,4 кВт. Установленный в вагоне электрокипятильник работает не более 3 ч в сутки и поэтому не учитывается. Суммарная принима­емая в расчет мощность составляет:

Q₅ = 1,7 + 0,4 = 2,1 кВт.

Теплоприток от подаваемого в вагон на­ружного воздуха зависит от его количества и разности теп­лосодержаний наружного воздуха и воздуха внутри вагона и опре­деляется по формуле:

Q_в=G_{н в}(і_н-і_в), (3.6)

где G_н — объем подаваемого воздуха, м²/с; - плотность (объемная масса) воздуха, кг/м³; і_н — теплосодержание наружного воздуха, кДж/кг; і_в — теплосодержание воздуха в вагоне, кДж/кг.

Общее количество подаваемого в вагон воздуха принимаем 0,4 м³/с (1440 м³/ч), или на 1 чел. 0,01 м³/с (36 м³/ч). Объемная масса воздуха зависит от его температуры и давления, но в подобных расчетах всег­да принимается равной 1,2 кг/м³, что соответствует атмосферному дав­лению и температуре около 21° С.

Теплосодержание наружного воздуха определяется по его темпе­ратуре и относительной влажности, принятых в условии расчета, с помощью i-d - диаграммы. При t_н = 32° С и i_н = 88,1 кДж/кг.

Для определения теплосодержания воздуха в вагоне необходимо предварительно определить его влажность, а это можно сделать, оп­ределив сначала температуру, влагосодержание и теплосодержание воздуха, подаваемого в вагон системой вентиляции.

Температура подаваемого воздуха подсчитывается из условия ком­пенсации всех теплопритоков, кроме теплопритока от самого поступа­ющего в вагон наружного воздуха, так как этот теплоприток ликвиди­руется не в пассажирском помещении, а еще на пути в него при про­ходе через воздухоохладитель холодильной установки. Основная расчетная формула имеет вид:

(3.7)

где - сумма теплопритоков Q₁ - Q₅, Вт; G₀ - общее количество подаваемого в вагон воздуха, м³/с; с_в - удельная теплоемкость воздуха, равная 1005 Дж/(кг • К); t_п - температура подаваемого в вагон воздуха (сокращенно температура подачи), °С.

Общее количество подаваемого в вагон воздуха, т. е. наружного и рециркуляционного, должно быть таким, чтобы обеспечить нормальную работу холодильной установки. Из опыта проектирования систем охлаждения и вентиляции вагонов установлено, что это количество должно составлять 1,25 - 1,38 м³/с (4500—5000 м³/ч). Для данного ва­гона примем G₀ = 1,33 м³/с (4800 м³/ч).

Преобразовав формулу (3.7) в удобный для расчета вид и подставив в нее значения исходных параметров, определим значение температу­ры подачи

Подаваемый в вагон воздух в процессе охлаждения отдает зна­чительную часть влаги, которая оседает на поверхности воздухоохла­дителя холодильной установки, стекает в поддон и отводится че­рез сливную трубу наружу вагона. На выходе из воздухоохладителя состояние воздуха близко к насыщенному .

Влагосодержание воздуха в вагоне определяется, в основном, влагосодержанием именно подаваемого воздухa, так как влаговыделение пассажиров по сравнению с ним невелико. По данной методике влаго­выделение пассажиров отдельно не подсчитывается, но так как оно все же имеет место, то для компенсации его принимается, что пода­ваемый в вагон воздух имеет . По I-d-диаграмме определим влагосодержание подаваемого воздуха (таким же будет и влаго­содержание воздуха в вагоне). При t_n=14,9⁰C и влагосодержание d_n=10,9 г/кг. Нагревшись в вагоне до 24°С, воздух будет иметь параметры (также определяемые по i—d-диаграмме) , I_в=52,9кДж/кг.

Зная все требуемые для расчета параметры, определим значение Q₆ по формуле (3.6):

Q₆ = 0,4 • 1,2(88,1- 52,9) =16 900 Вт≈17 кВт.

Общий теплоприток в вагон и, следовательно, потребная холодопроизводительность холодильной установки составят:

Q₀ = +Q₆ =14580+16900= 31480 Вт≈ 31,5 кВт.

Учитывая, что в расчете приняты максимальные значения темпе­ратуры наружного воздуха и максимальные значения интенсивности солнечной радиации, которые по времени суток не совпадают, можно взять для вагона холодильную установку с общепринятой холодопроизводительностью 29 кВт (25 000 ккал/ч).