Хладотранспорт Учебное пособие

1. Скоропортящиеся грузы, основные условия их хранения и подготовки к перевозке

Температуру измеряют по стоградусной шкале Цельсия (°С), на которой точка таяния льда соответствует 0 °С, а точка кипения воды – 100 °С. В США, Англии и ряде других стран для измерения температуры принята система Фаренгейта (°F) со шкалой, на которой точка таяния льда соответствует +32 °F, а точка кипения воды +212 °F. Также используются абсолютные температуры, при которых отсчет ведется от абсолютного нуля, когда полностью прекращается движение частиц, а точка замерзания воды +273°. Эта система разработана Кельвином и носит его имя (К). Для перевода значения температуры, например, из системы Фаренгейта в систему Цельсия, пользуются формулой t, °C = 5/9(°F–32), а из последней системы в систему Кельвина T, K = t, °C+273.

Влажность воздуха можно выразить различно. Максимальной влажностью называется предельное содержание водяных паров в граммах на кубический метр воздуха при заданном давлении и температуре в момент выпадания росы. Уменьшается она с понижением температуры. Так, при +15 °С максимальная влажность 12,72 г/м3, а при –15 °С она составляет 1,58 г/м3. Абсолютная влажность – это весовое количество содержащихся водяных паров в граммах на кубический метр воздуха при определенных температуре и давлении. Относительная влажность представляет собой отношение абсолютной влажности к максимальной и выражается в процентах.

Температуру измеряют термометрами расширения, сопротивления, манометрическими. В стеклянных термометрах расширения используются свойства веществ изменять объем в зависимости от температуры. В качестве рабочих веществ в них использованы ртуть, спирт и др., что определяет название термометра – ртутный, спиртовой, толуоловый. Термометры имеют паспорт, где указаны возможные колебания точности измерения и даны поправки. В шкалу температур ртутного термометра иногда впаивают контакты. При достижении определенной температуры они замыкаются, включая звуковой или световой сигнал. Такие термометры называются контактными. Манометрические термометры работают на принципе изменения давления в сосуде в зависимости от температуры контролируемой среды. Ртутный контактный и манометрические термометры не отличаются большой точностью и надежностью. В камерах холодильников термометры располагают в геометрическом центре на высоте 1,5 м от пола и в других местах, обусловленных видом груза и технологией хранения.

31

ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫЙ ХЛАДОТРАНСПОРТ

Телеметрическая станция позволяет измерять температуру на объекте с выводом показаний на значительное расстояние. Состоит она из источника тока, термометра сопротивления, прибора для определения сопротивления и проводной связи. Возможные принципиальные схемы термометров приведены на рис. 1.1.

а

Биметаллическая

пластинка

Барабан

с лентопротяжным Термометр механизмом

расширения

Рис. 1.1. Контрольно-измерительные приборы: температуры (а); влажности (б); скорости движения воздуха (в); плотности жидкости (г)

Часто требуется замерять температуру не периодически (дискретно), а непрерывно. Для этой цели используют самопишущие термометры (термографы). Температура записывается на специальную разграфленную бумажную ленту, находящуюся на барабане, который вращается

32

1. Скоропортящиеся грузы, основные условия их хранения и подготовки к перевозке

с определенной скоростью, соответствующей масштабу времени. Записывающая стрелка перемещается по вертикали под влиянием механизма с записывающими и передающими элементами. Такими элементами, измеряющими температуру, служат биометрическая пластинка или изогнутая трубка, наполненная спиртом. Один конец их закреплен, а второй под действием температур свободно колеблется. Величина этих колебаний соответствует температуре контролируемой среды.

Влажность воздуха измеряют психрометрами, гигрометрами. Действие психрометра основано на свойстве воды поглощать тепло при испарении. Психрометр Августа состоит из сухого и влажного термометров. Дистиллированная вода из сосуда непрерывно через ткань увлажняет термометр. Поэтому его показания ниже показаний сухого термометра. Разница температур позволяет при помощи специальных таблиц (табл. 1.5) определить относительную влажность воздуха.

Более совершенен аспирационный психрометр. Сухой и мокрый термометры заключены в специальное устройство, в котором с помощью вентилятора с пружинным заводом осуществляется принудительная циркуляция воздуха, что позволяет получить более точные показания.

Гигрометры основаны на свойстве обезжиренного волоса или синтетической нити изменять длину в зависимости от влажности воздуха.

Для непрерывной записи относительной влажности воздуха используют гигрографы. Записывающее устройство их похоже на применяемое в термографе. Для дистанционного измерения и регулирования относительной влажности используются приборы, в которых мембрана из органической пленки натянута на кольцо с жестко фиксированным центром. Мембрана прогибается в зависимости от влажности воздуха, колебания ее увеличивает индуктор, и показания видны на шкале. Прибор работает стабильно в диапазоне влажности воздуха от 50 до 100 % в интервале температур от –30 до +30 °С.

Скорость движения воздушных масс определяется анемометрами, которые по конструкции могут быть чашечными и другими. Чашечки устанавливают в воздушном потоке, под влиянием которого они вращаются. Скорость движения чашечек соответствует скорости потока. Их вращение воспринимает механизм, который указывает на шкале скорость воздуха. Кроме механических, на практике используют кататермометры. Это термометр расширения. Его предварительно нагревают до температуры более 38 °С и вносят в поток воздуха. Фиксируют время, за которое термометр охладится от 38 до 35 °С.

33

ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫЙ ХЛАДОТРАНСПОРТ

Зная температуру среды и время охлаждения термометра, по таблице определяют скорость воздуха.

Используются также электроанемометры, основанные на принципе изменения температуры проволочной нити, нагреваемой электрическим током, в зависимости от скорости движения воздушной струи и температуры воздуха.

Плотность жидкости (рассола, молока и др.) измеряют ареометром. Это стеклянная трубка со шкалой, в нижней части которой находится, как правило, свинец. Уровень погружения его рабочего элемента в жидкость соответствует плотности последней.

Кислотность определяют с помощью лакмусовой бумажки. Для более точного определения кислотности существуют химические методы.

Таблица 1.5

Относительная влажность воздуха по показаниям термометра (психронометрическая таблица)

34

Температура смеси зависит от количества соли в ней, но повышать концентрацию последней можно до известного предела, предопределяемого криогидратной точкой, около 23 % (рис. 2.1). При увеличении содержания соли повышается температура смеси. Таяние льда при льдосоляном охлаждении ускоряется по сравнению с чисто ледяным благодаря увеличению разности температур плавления соляной смеси и охлаждаемого воздуха. Соль ослабляет силы, удерживающие молекулы льда. Следовательно, чем больше соли, тем меньше тепла расходуется на внутреннюю работу по преодолению сил, удерживающих молекулы льда.

Приближенно холодопроизводительность смеси определяется по формуле, кДж/кг:

q0 = 335 – 3П.

36

2. Теоретические основы искусственного охлаждения...

объясняется ее физическими свойствами и положением тройной точки, характеризующей термодинамическое равновесие трех фаз: твердой, жидкой и газообразной. Следовательно, при атмосферном давлении углекислота, не расплавляясь, испаряется (сублимируется), она может существовать в жидкой фазе только при достаточно высоком давлении. Сухой лед сублимируется при температуре –78,9 °С. Высокая стоимость сухого льда ограничивает его широкое применение. За рубежом сухой лед используется для охлаждения вагонов в комбинации с водным льдом и без него.

Охлаждение жидкими газами (азотом, воздухом и др.) основано на их кипении при низкой температуре. Охлаждение жидким азо-

37

ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫЙ ХЛАДОТРАНСПОРТ

том перспективно для изотермических вагонов. За рубежом получила распространение жидкоазотная система охлаждения контейнеров. В нашей стране ведутся исследования по использованию этого способа для охлаждения изотермических вагонов. В этой системе от резервуара, установленного в машинном отделении, в грузовое помещение пропускается трубка с маленьким отверстием, через которое разбрызгивается жидкий азот. Капли азота мгновенно испаряются и охлаждают грузовое помещение. Поступление азота из резервуара в трубку регулируется термостатом.

При нормальном давлении температура кипения азота равна –195,8 °С, воздуха – от –190 до –195 °С, кислорода –182,8 °С.

Наиболее просты по устройству и, следовательно, наиболее доступны установки, работающие на готовых хладоносителях: водном или сухом льду, льдосоляных смесях, жидких газах и др. Основной недостаток их – полная зависимость от возможностей и условий получения хладоносителей, а также большой объем работ, связанных с зарядкой охлаждающей системы. Этого недостатка не имеет машинное охлаждение, потребляющее извне только энергию или воздух.

Холодильная машина осуществляет холодильный цикл, при котором переносит тепло от источника, температура которого ниже окружающей среды, к телу, имеющему температуру окружающей среды – воздуху или воде. Машина служит для охлаждения грузового помещения изотермического вагона, холодильной камеры и др. и поддержания температуры в них. Если машина переносит тепло телу, температура которого значительно выше, чем температура окружающей среды, и оно полезно используется, например, для отопления, то ее называют тепловым насосом. На некоторых предприятиях используют и холод, и тепло холодильных машин. Например, на молочном заводе молоко сначала охлаждают, а затем пастеризуют при температуре до +85 °С. Для этого используется тепло, отнимаемое от холодильного агента в конденсаторе.

По виду затрачиваемой энергии холодильные машины подразделяются на компрессионные, теплоиспользующие и термоэлектрические. Компрессионные машины используют механическую энергию, теплоиспользующие – тепловую от источников тепла, температура которых выше, чем температура окружающей среды, термоэлектрические – электроэнергию. В компрессионных и теплоиспользующих машинах тепло переносится в результате совершаемого рабочим телом (хладагентом) обратного кругового процесса (обратный цикл),

38

2. Теоретические основы искусственного охлаждения...

в термоэлектрической машине – путем воздействия потока электронов на атомы.

В зависимости от свойств и агрегатного состояния хладагента холодильные машины бывают паровые и газовые (воздушные). На железнодорожном транспорте распространены паровые компрессионные холодильные машины, в которых последовательно осуществляются механические расширения и сжатия хладагента. В процессе работы изменяется состояние хладагента (конденсация после сжатия и кипения после расширения). В газовых машинах состояние хладагента не изменяется.

Сорбционные машины относятся к теплоиспользующим. В них последовательно осуществляются термические реакции поглощения (сорбция) хладагента соответствующим сорбентом и выделения (десорбция) его из сорбента. Для охлаждения используют внешнюю тепловую энергию. Сорбционные машины делятся на абсорбционные и адсорбционные. У первых поглотитель (абсорбент) жидкий, у вторых – твердый (силикагель) и др.

Струйные холодильные машины основаны на использовании кинетической энергии потока газа или пара. Они бывают эжекторные и вихревые.

39