ОПСГ-Хлад Методика

При использовании крытых вагонов применять словосочетание «источник погашения теплопритоков» не имеет смысла, так как там отсутствуют и активные средства поддержания температуры воздуха (холодильноотопительные агрегаты), и пассивные средства (теплоизоляция).

Пример 7

Определить необходимость вентилирования грузов в пути для условий, рассмотренных в предыдущих примерах.

Правила регламентируют вентилирование только плодоовощей при использовании рефрижераторных вагонов в технологическом режиме обслуживания «с отоплением» [3, прил. М] или [6, прил. 5], а также плодоовощей и некоторых других грузов при использовании крытых вагонов [3,

п. 10.3] или [6, п. 4.6].

В рассматриваемом примере гранаты перевозят в рефрижераторных вагонах «с охлаждением» (см. прим. 6), поэтому их там не вентилируют. Вентилирование их требуется только при использовании крытых вагонов. Другие грузы вентилирования не требуют.

Пример 8

Определить теплообменные режимы в изотермических и крытых вагонах для условий, рассмотренных в предыдущих примерах применительно к заданию (см. прил. А).

Головы свиные и консервы рыбные являются грузами, термически подготовленными до погрузки, не выделяют биохимической теплоты, не требуют вентилирования и нуждаются лишь в защите от воздействия избыточной теплоты, поступающей от окружающей среды.

При использовании рефрижераторных вагонов для этой цели назначен температурный режим, регулируемый работой холодильных машин, и режим циркуляции воздуха «только вокруг штабеля» за счёт плотной погрузки мест (см. прим. 3–5). В этом случае между грузом и ограждениями кузова вагона создаётся барьер из холодного воздуха, который только компенсирует избыточную теплоту от окружающей среды. Это соответствует теплообменному режиму между воздухом и грузом, который называется «теплокомпенсация» [3, п. 8.6] или [6, п. 2.5].

Гранаты – термически не подготовленный продукт. По действующим Правилам перевозчик при использовании рефрижераторных вагонов обязан понизить температуру груза до режимного значения. Для этого холодный воздух должен циркулировать как вокруг штабеля гранатов для ком-

21

пенсации избыточной теплоты от окружающей среды, так и внутри штабеля для понижения температурного поля фруктов и отвода от них биохимической теплоты. Поэтому штабель гранатов сформирован в вагоне воздухопроницаемым способом (см. пример 5). В этом случае теплообмен между грузом и воздухом выполняет функцию «охлаждение груза». После охлаждения гранатов термическое воздействие на груз завершается, и этот теплообмен выполняет до конца перевозки только функцию «теплоком-

пенсация» [3, п. 8.6].

Ввагонах-термосах при перевозке термически подготовленных грузов (в данном случае только консервов) протекает теплообменный режим, называемый «термос второго рода» [3, п. 8.6]. Здесь груз уложен плотным штабелем для создания максимального сопротивления отеплению от окружающей среды. Воздух циркулирует только вокруг штабеля, погашая теплоту от окружающей среды холодом, аккумулированным консервами. Штабель груза при этом незначительно отепляется.

Такой же теплообменный режим устанавливается при перевозке консервов плотным штабелем в крытом вагоне, так как присутствует разница

втемпературах наружного воздуха и груза.

Вкрытых вагонах при перевозке неохлаждённых плодоовощей всегда будет иметь место конвективный теплообмен, поскольку за счёт выделения биохимической теплоты температура груза стремится быть выше температуры воздуха в вагоне. Кроме того, присутствует температурный напор через стенки крытого вагона. Здесь теплообменный режим также классифицируется как «термос второго рода». При непрерывном вентилировании вагона через полуоткрытые люки он приобретает более организованный характер.

Впункте «1.4 Сроки доставки и возможность перевозки заданных грузов в изотермических и крытых вагонах» необходимо [3, п. 7.6] или

[6, п. 4.2]:

– определить уставный срок доставки ( у) и предельные сроки пере-

возки ( п) заданных грузов по железной дороге (примеры 9–11);

– сравнить между собой значения у и п и сделать вывод о возможно-

сти перевозки заданных грузов на нормативной основе в рефрижераторных и крытых вагонах, а также, согласно Временным условиям, – в вагонах-

термосах, используя критерий у п;

22

– занести результаты расчётов уставного срока доставки и предельного срока перевозки, а также их сравнения в таблицу 2.

Пример 9

Определить уставный срок доставки скоропортящихся грузов в изотермических вагонах применительно к заданию (см. прил. А).

Этот срок регламентирован Правилами [3, п. 7.6] или [6, прил. 9] для установления ответственности перевозчика за своевременную доставку грузов. Величину уставного срока доставки скоропортящихся грузов определяют при таксировке перевозочных документов на станции отправления исходя из расстояния, по которому рассчитывается провозная плата, а также минимальных норм суточного пробега вагонов и контейнеров. Неполные сутки при исчислении сроков доставки грузов считаются как полные. Расчётное время – московское.

Норма суточного пробега зависит от вида отправки, вида скорости и расстояния перевозки. Вид скорости перевозки скоропортящихся грузов (большая, грузовая) указывает в накладной грузоотправитель. При этом скоропортящиеся грузы в изотермических вагонах перевозят только большой скоростью. В курсовом проекте для всех грузов следует принять:

–вид отправки – повагонная;

–вид скорости: большая – при использовании рефрижераторных вагонов и вагонов-термосов, большая или грузовая (по усмотрению студента) – при использовании крытых вагонов.

С учётом изложенного для расчёта уставного срока доставки используют формулу:

= 480 км/сут [3, п. 7.6]); F{} – логическая операция округления результата

вычислений до целого значения в большую сторону; н.к – нормативная продолжительность начально-конечных операций в пунктах погрузки и выгрузки, н.к = 2 сут [3, п. 7.6]).

Тогда при использовании рефрижераторных вагонов и вагонов-термо-

сов у = F 3000:480 + 2 = 9 (сут).

23

Пример 10

Определить предельный срок перевозки свиных голов в рефрижераторных вагонах для условий, рассмотренных в предыдущих примерах.

Предельный срок перевозки ( п) устанавливает ответственность пере-

возчика за сохранность груза по качеству. В течение указанного срока перевозка груза потребителю должна осуществляться без понижения качест-

ва. Величина п каждого скоропортящегося груза регламентирована Пра-

вилами при использовании рефрижераторных и крытых вагонов, а также Временными условиями при использовании вагонов-термосов. При этом учитываются вид термической подготовки, режим обслуживания груза в пути и период перевозки [3, прил. Л] или [6, прил. 10].

В рассматриваемом примере головы свиные являются мясными субпродуктами и перевозятся только в рефрижераторных вагонах с охлажде-

нием. По [3, табл. Л.1, поз. 5.1] находим: п = 25 сут.

Пример 11

Определить предельные сроки перевозки рыбных консервов в изотермических и крытых вагонах для условий, рассмотренных в предыдущих примерах.

Консервы рыбные в переходный период года допускается перевозить в любых типах изотермических и крытых вагонов. В рефрижераторных вагонах их перевозят с охлаждением (см. табл. 2). Тогда по [3, табл. Л.5 (поз. 3)] находим: п = 30 сут. В УВ-термосах перевозка рыбных консервов до-

пускается на предельный срок п = 15 сут [3, табл. Л.6 (поз. 11)], а в ИВ-

термосах – на п = 20 сут [3, табл. Л.7 (поз. 12)]. В крытых вагонах пре-

дельный срок перевозки этого груза – 15 сут [3, табл. Л.5 (поз. 3)].

Пример 12

Определить предельные сроки перевозки неохлаждённых гранатов в рефрижераторных и крытых вагонах для условий, рассмотренных в предыдущих примерах.

Гранаты перевозят в переходный период года в рефрижераторных вагонах с охлаждением, в крытых вагонах – без охлаждения и отопления. По [3, табл. Л.3, поз. 14] находим: при использовании рефрижераторных ваго-

нов п = 30 сут (сентябрь – ноябрь), при использовании крытых вагонов

п = 10 сут (сентябрь – октябрь).

24

В пункте «1.5 Специфические сопроводительные документы, оформляемые на перевозку заданных грузов» необходимо [3, п. 7.3]:

–привести специфические сопроводительные документы, необходимые на перевозку заданных грузов;

–указать для каждого из заданных грузов сведения, приводимые в удостоверении о качестве.

4Теплотехнический расчёт рефрижераторного вагона для гружёного рейса с плодоовощами

Второй раздел курсового проекта «Теплотехнический расчёт реф-

рижераторного вагона для гружёного рейса с плодоовощами» выпол-

няется только для плодоовощей. Тип вагона, количество груза и другие исходные данные определены заданием.

В пункте «2.1 Цели и методы расчета, состав теплопоступлений»

необходимо пояснить, для какой цели выполняется расчёт (проектной или эксплуатационной), и каким методом решается задача (аналитическим или графоаналитическим) [4, разд. 1]. В данном курсовом проекте цель теплотехнического расчёта эксплуатационная, поскольку по результатам этого расчёта уточняется способ обслуживания груза в пути, определяются возможность полного охлаждения груза в пути и расход дизельного топлива на маршруте. Задача решается аналитическим методом, так как задан маршрут перевозки с однородными климатическими условиями.

Далее необходимо перечислить все девять видов теплопоступлений в рефрижераторный вагон при перевозке неохлаждённых плодоовощей (Qт,

Qи, Qб, Qс, Qц, Qв, Qш, Qг, Qк) [4, табл. 2.2], из которых складывается суммарная мощность теплового потока ( Q), которая должна быть компенсирована холодильным ( Q 0) или отопительным ( Q 0) оборудованием.

Пункт «2.2 Расчётная температура наружного воздуха на маршру-

те» [4, разд. 3] или [7, разд. 3]поясняется на примере 13.

Пример 13

Определить расчётную температура наружного воздуха на маршруте следования плодоовощей при заданной средней температуре наружного воздуха: tс = 12 °С.

25

В теплотехнических расчётах используют не среднесуточную, а расчётную температуру наружного воздуха:

tp tc X σ,

где Х – квантиль надёжности расчёта теплопритоков, Х = 0,84 (при задан-

ном значении Р = 0,80 [4, табл. 3.1],); – заданное среднеквадратичное от-

клонение температуры наружного воздуха от её среднего значения, = 5.

Произведение «X » принято со знаком «+», так как перевозка осуществляется в переходный период года (сентябрь – октябрь). Следователь-

но: tр = 12 + 0,84 5 = 16,2 (°С).

В пункте «2.3 Характеристика и основные параметры теплообменных процессов в гружёном рейсе» необходимо:

–описать характер теплообменных процессов в грузовом помещении рефрижераторного вагона при погрузке и перевозке плодоовощей [4, разд. 4] применительно к заданию с учётом данных таблиц 1 и 2 (пример 14);

–дать графическую интерпретацию теплообменных процессов с указанием режима и источника погашения теплопоступлений, способа обслуживания рефрижераторного вагона (см. пример 14);

–определить теплотехнические характеристики груза (пример 15): ус-

ловный коэффициент скважности применяемой тары ( т), условный коэф-

фициент плотности штабеля груза ( ш), удельные тепловыделения плодо-

овощей в среднем за время охлаждения (qбох) и после охлаждения (qбр),

скорость теплоотдачи груза (mг);

– определить теплотехнические характеристики грузового вагона: рас-

чётный температурный напор ( tр), максимальный температурный напор

( tм) и коэффициент теплопередачи (kр) через ограждения кузова вагона

(пример 16);

– рассчитать основные параметры теплообменных процессов (примеры 17, 18), а именно: скорость охлаждения свободного воздуха в грузовом помещении (bв), скорость охлаждения груза (bг), продолжительность пер-

воначального охлаждения воздуха в грузовом помещении ( в), продолжи-

тельность охлаждения груза ( г);

26

– определить продолжительность гружёного рейса ( г.р), сравнить её с

г и сделать вывод о том, успеет охладиться груз до конца перевозки или нет (см. пример 18).

Пример 14

Описать теплообменные процессы в грузовом помещении рефрижераторного вагона при погрузке и перевозке гранатов.

В грузовое помещение вагона поступают неохлаждённые гранаты при температуре tг.н = 12 °С (по заданию). Поскольку тип грузового фронта и время погрузки заданием не определены, следует принять расчётную тем-

пературу воздуха на фронте погрузки (tф) и расчётную температуру на-

ружного воздуха (tр) одинаковыми, т. е. tф = tр = 16,2 °С (рисунок 1). По Правилам предварительное охлаждение рефрижераторных вагонов для неохлаждённых грузов не производят. Значит, температура воздуха в вагоне на момент начала погрузки будет такая же: tв.н.п = 16,2 °С.

В процессе погрузки температура воздуха в вагоне будет понижаться до значения, близкого к температуре гранатов (см. рис. 1). Образуется температурный напор, и появляются теплопритоки через ограждения вагона и открытую дверь. В дневное время действует солнечная радиация. Кроме того, груз выделяет биохимическую теплоту. Поэтому температура гранатов будет несколько повышаться. В курсовом проекте температуру груза после погрузки tг.п.п не рассчитывают, а принимают равной tг.н, т. е.

tг.п.п = tг.н = 12 °С.

После погрузки и закрытия дверей рефрижераторного вагона запуска-

ют дизель-генераторы, устанавливают температурный режим (tв.в = 5 °С, tв.н = 2 °С) и включают холодильное оборудование. При этом сначала начинают работать вентиляторы-циркуляторы, с помощью которых темпера-

турные поля свободного воздуха и груза выравниваются, т. е. tв.п.п = tг.п.п = = 12 °С. Через 7...10 мин после включения вентиляторов-циркуляторов автоматически включаются холодильные машины.

Из воздухораспределителя в грузовое помещение вагона начинает поступать холодный воздух, нагнетаемый вентиляторами-циркуляторами, и заполнять свободное пространство вокруг и внутри штабеля груза. Нагретый от груза и стен вагона тёплый воздух направляется к испарителям холодильных машин, охлаждается и снова нагнетается в воздухораспределитель. Так происходит охлаждение воздуха, тары вагона и груза.

27

Рисунок 1 – Динамика охлаждения воздуха и гранатов в вагоне в координатах t° (температура), (время):

НТРП – нестационарный температурный режим перевозки; ХМ– работа холодильных машин; Г – груз (источник теплопоступлений); ОС – окружающая среда (источник теплопоступлений); tф, tр – расчётные температуры наружного воздуха на грузовом фронте и в гружёном рейсе, °С, tг, tв – соответственно изменение температуры, груза и воздуха внутри грузового помещения

вагона; в – продолжительность первоначального охлаждения воздуха в грузовом помещении;г – продолжительность охлаждения груза; г.р – продолжительность гружёного рейса

Время первоначального охлаждения воздуха в вагоне ( в) будет длить-

ся до тех пор, пока температура не достигнет нижней границы темпера-

турного режима (tв.н = 2°С). Холодильные машины отключают. За счёт те-

плопритоков от груза и окружающей среды воздух в вагоне будет нагреваться. При повышении температуры воздуха до верхней границы темпе-

ратурного режима (tв.в = 5°С) вновь включают холодильные машины, и процесс повторяется. По мере охлаждения груза интервалы между выключением и включением холодильных машин заметно увеличиваются. При продолжительности пауз в работе холодильных машин более 9 мин венти- ляторы-циркуляторы (на время пауз) автоматически отключаются.

28

Охлаждение груза до верхней границы температурного режима (см.

рис. 2), осуществляется за время г, соответствующее длительности тепло-

обменного режима «охлаждение груза», затем наступает режим «теплокомпенсация», который сохраняется до конца перевозки.

Пример 15

Установить теплотехнические характеристики неохлаждённых гранатов, имеющих температуру 12°С.

Врассматриваемом примере упаковка груза отсутствует, в качестве тары принят (самостоятельно) закрытый ящик из дощатых планок и шпона

спросветами между планками до 1 см. Штабель груза в вагоне сформирован плотно-вертикальным способом (см. табл. 2).

Вэтом случае:

–степень скважности тары т = 0,30 [4, прил. Д];

–степень плотности штабеля груза ш = 0,95 [4, прил. Е];

–удельные тепловыделения гранатов в среднем за время охлаждения с

12°С до 3,5°С qбох = 64 Вт/т (интерполирование данных применительно к малине [4, табл. Г.2]);

– удельные тепловыделения гранатов в среднем после охлаждения (в

режиме перевозки) qбр=29 Вт/т (данные применительно к малине [4, табл.

Г.1]);

Скорость теплоотдачи груза определяют, °С/ч:

тг 4,3kш kт , 1 Gбр

где числа – эмпирические коэффициенты; kш – поправочный эмпириче-

ский коэффициент, который учитывает степень плотности штабеля груза, kш = 0,74 (при ш = 0,95 [4, прил. Е]); kт – то же, учитывает степень скваж-

ности тары, kт = 0,96 (при т = 0,3 [4, прил. Д]); Gбр – количество груза в вагоне по заданию, Gбр = 45 т брутто (груз + тара).

Тогда mг = (4,3 0,74 0,96) : (1 + 45) = 0,067 (°С/ч).

29

Пример 16

Определить расчётные значения температурного напора и коэффициента теплопередачи через ограждения кузова вагона рефрижераторной секции БМЗ.

Расчётный температурный напор через ограждения кузова вагона

tр, К, определяют вычитанием среднего значения температурного режима

(tв = 3,5°С) из расчётной температуры наружного воздуха (tр = 16,2°С), которые определены в предыдущих примерах.

Тогда tр = 16,2 – (5+2) : 2 = 12,7 (К).

Максимальный расчётный температурный напор tм, при котором прекращается полезная работа холодильных машин, является характеристикой вагона, зависит от года его выпуска [4, прил. А)] или [7, прил. 1]. Год выпуска можно установить (условно) вычитанием заданного срока службы вагона из текущего года выполнения курсового проекта. В данном примере год выпуска секции БМЗ 2012 – 20 = 1992. Значит, tм = 70 К.

Расчётный коэффициент теплопередачи kр определяют, Вт/(м2 К), по формуле:

kр kр.п о,

где kр.п – паспортное значение расчётного коэффициента теплопередачи, kр.п = 0,32 Вт/(м2∙К) [4, прил. А]; о – коэффициент, учитывающий изме-

нение свойств ограждающих конструкций грузового помещения от слу-

чайных факторов, о = 1,42 (при Р = 0,8 [4, табл. 6.1]).

Тогда kр = 0,32 1,42 = 0,45 (Вт/(м2∙К)).

Пример 17

Определить скорости охлаждения воздуха и груза в вагоне рефрижераторной секции постройки БМЗ.

Скорость охлаждения воздуха в грузовом помещении рефрижераторного вагона определяют, °С/ч, по формуле:

30