Хладотранспорт Учебное пособие

2. Теоретические основы искусственного охлаждения...

дит в конденсатор 4, где под действием воды или воздуха конденсируется и переходит в жидкость. Для переключения работы с двухступенчатого сжатия на одноступенчатое сжатие вентили 2 на обводных мостах и регулирующий вентиль 7 должны быть открыты, а регулирующий вентиль 5 закрыт. Промежуточный сосуд 6 и компрессор 3 должны быть отключены от системы. Из конденсатора 4 жидкий холодильный агент поступает в испаритель 8 через вентиль 2 и регулирующий вентиль 7. Пары из испарителя отсасываются компрессором низкого давления 1, сжимаются и выталкиваются через вентиль 2 в конденсатор.

Рассмотрим цикл двухступенчатой холодильной машины с полным промежуточным охлаждением. Он показан в координатах T–S и P–i на рис. 2.32.

Рис 2.32. Диаграммы цикла двухступенчатого сжатия

Основные процессы цикла следующие:

1–2 – сжатие паров в цилиндре низкого давления; 2–3 – охлаждение паров в промежуточном охладителе;

3–4 – сжатие смеси паров в цилиндре высокого давления; 4–5 – охлаждение паров в конденсаторе; 5–6 – дросселирование через первый регулирующий вентиль;

6–7 – отделение жидкости от пара в промежуточном сосуде; 7–8 – дросселирование через второй регулирующий вентиль; 8–1 – кипение холодильного агента в испарителе; 1–9 – процесс одноступенчатого сжатия.

При двухступенчатом сжатии экономию в работе можно представить площадью 2–3–4–9, а увеличение холодопроизводительности представляется площадью 8–10–11–12 на диаграмме T–S.

71

ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫЙ ХЛАДОТРАНСПОРТ

Расчет холодильной машины двухступенчатого сжатия сводится к определению количества холодильного агента, проходящего через цилиндры низкого и высокого давления, и индикаторной мощности обеих ступеней сжатия. Для этого должны быть заданы условия работы и холодопроизводительность испарителя. По заданным температурам охлаждаемой среды и охлаждающей воды или воздуха намечают режим работы, т. е. необходимо знать холодопроизводительность, температуры кипения и конденсации и вид хладагента. Оптимальное промежуточное давление определяется из условия равенства степени сжатия в компрессорах низкого и высокого давлений:

Pпр = Pк P0 .

Количество хладагента, проходящего через испаритель и компрессор низкого давления, кг/ч:

Количество хладагента, испаряющегося в промежуточном сосуде, кг/ч:

G1 = G0 (i2 − i3 ).

(i3 − i7 )

Количество хладагента, проходящего через компрессор высокого давления и конденсатор, кг/ч:

Gк = (G0 −G1 ), (1− X1 )

где X1 – паросодержание после первого дросселирования (в точке 6). Объемы, описываемые поршнями компрессоров низкого и высо-

кого давления, м3/ч:

где v1, v3 – удельный объем пара на всасывании в точках 1 и 3, м3/кг; λн, λв – коэффициенты подачи компрессоров низкого и высокого давления, определяемые по графику в зависимости от соотношения давлений или по соответствующей формуле.

По этим объемам подбирают компрессоры для обеих ступеней. Для получения еще более низких температур (–50 °С) применяют

трехступенчатое сжатие или каскадные холодильные машины.

72

2. Теоретические основы искусственного охлаждения...

2.12. ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ОХЛАЖДЕНИЕ

Термоэлектрическое охлаждение основано на эффекте Пельтье. При пропускании постоянного электрического тока в замкнутой цепи, состоящей из двух разных металлов (термопар), одно место спая нагревается, а другое охлаждается (рис. 2.33). Чтобы холодный спай имел постоянную низкую температуру и был источником охлаждения, теплый спай нужно охлаждать. В этом случае система представляет собой холодильный агрегат, в котором электрический ток переносит энергию от холодного спая к горячему. Главные функции термоэлектрического охлаждающего устройства выполняет батарея термоэлемента, составленная из полупроводников с возможно более высокими термоэлектрическими свойствами. Термоэлемент состоит из двух полупроводников, соединенных медными пластинами.

гор. qк Окружающая среда

Рис. 2.33. Схема термоэлектрического охлаждения

Полупроводники подобраны так, что при прохождении электрического тока в направлении, указанном на рисунке, нижний слой нагревается, а верхний охлаждается. Для этого левую часть делают из одного сплава, а правую из другого. При обратном направлении электрического тока будет нагреваться верхний спай, а нижний охлаждаться.

Если пропускать ток через батарею, составленную из последовательно соединенных термоэлементов, то одна поверхность ее будет холодной, а другая теплой. Такую батарею размещают в стене охлаждаемого помещения так, чтобы холодная поверхность была обращена внутрь, а теплая – наружу помещения.

Количество тепла, поглощаемое или выделяемое спаем, определяют по формуле, кВт:

Q = П · I · τ,

где П – коэффициент Пельтье, зависит от материалов, входящих в спай; I – сила протекающего тока; τ – время протекания тока.

73

ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫЙ ХЛАДОТРАНСПОРТ

Выгодно применять термоэлектрическое охлаждение в установках кондиционирования воздуха пассажирских вагонов и зданий, если требуются незначительные перепады температур между наружной средой и воздухом в помещении. Охлаждающее устройство может быть частью одной из стен кузова. Преимущество такой системы кондиционирования воздуха заключается в том, что нагревать помещение в холодное время года можно простым изменением направления постоянного тока, что более эффективно, чем когда ток проходит через проволочное сопротивление. Система работает как тепловой насос. Термоэлектрическое охлаждение бесшумно, компактно и автономно.

2.13. СИСТЕМЫ МАШИННОГО ОХЛАЖДЕНИЯ

Низкие температуры в грузовых помещениях рефрижераторных вагонов и камерах холодильников могут быть получены независимо от типа холодильной установки непосредственным охлаждением или посредством охлажденного теплоносителя (рассола).

В зависимости от условий теплоотвода и конструкций приборов различают: батареное (трубчатое), воздушное (с применением воздухоохладителей) и смешанное охлаждения. Батарейное охлаждение может быть непосредственным или рассольным (рис. 2.34). Воздушное охлаждение (рис. 2.35) осуществляется специальными воздухоохладителями, установленными в охлаждаемых помещениях или вне их. Охлажденный воздух нагнетается в помещение, а нагретый по другим каналам отсасывается в воздухоохладители.

Рис. 2.34. Батарейное охлаждение непосредственное (a) и рассольное (б):

1 – конденсатор; 2 – компрессор; 3 – испаритель; 4 – охлаждаемое помещение; 5 – насос; 6 – рассольные батареи; 7 – бак с рассолом (кожухотрубный испаритель)

74

2. Теоретические основы искусственного охлаждения...

1 – конденсатор; 2 – компрессор; 3 – воздушный канал; 4 – охлаждаемое помещение

При смешанном охлаждении в холодильных камерах кроме охлаждающих батарей устанавливают воздухоохладители или каналы воздуходувной системы охлаждения.

Способы охлаждения рефрижераторных вагонов зависят от выбранной холодильной установки. Вагоны-холодильники рефрижераторных поездов и 12-вагонных секций имеют рассольные батареи. В 5-вагонных секциях и АРВ в грузовых помещениях размещают испарители непосредственного охлаждения, иногда называемые воздухоохладителями. Систему непосредственного охлаждения как наиболее экономичную и долговечную применяют широко.

2.14. АВТОМАТИЗАЦИЯ РАБОТЫ ХОЛОДИЛЬНЫХ УСТАНОВОК

Автоматические устройства холодильных установок поддерживают температурный режим, повышают производительность труда обслуживающего персонала, снижают эксплуатационные расходы, предупреждают аварии, увеличивают срок службы и обеспечивают контроль за работой установки. Приборы автоматики быстро реагируют на всякие отклонения от нормальных условий работы, выполняют функции регулирования, защиты, сигнализации и контроля, а при возникновении опасности выключают установку.

Приборы автоматического регулирования обеспечивают включение или выключение холодильной установки и отдельных ее аппаратов, а также управляют процессами работы. В холодильных установ-

75

ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫЙ ХЛАДОТРАНСПОРТ

ках рефрижераторного подвижного состава приборы регулирования осуществляют следующие функции:

–правильно заполняют испаритель хладагентом;

–регулируют давление в компрессоре;

–обеспечивают своевременное оттаивание инея с испарителя;

–открывают или прекращают подачу хладагента или рассола;

–ограничивают поступление хладагента в компрессор.

Приборы защиты выключают всю холодильную установку или отдельные аппараты при наступлении опасных режимов работы:

–достижение предельно допустимого давления;

–вакуум на стадии всасывания;

–падение давления масла в системе смазки компрессора;

–перегрузка электродвигателя или короткое замыкание. Приборы контроля осуществляют измерения, а в некоторых случа-

ях и запас определенных параметров работы холодильных установок, например, температуры в охлаждаемом помещении, расхода электроэнергии, времени работы оборудования, давления и др.

б Приборы сигнализации обеспечивают подачу звуковых или световых сигналов при достижении заданного значения контролируемой величины или при приближении к опасному режиму работы.

Приборы автоматики состоят из следующих основных частей: чувствительный элемент (датчик), передающий (соединительный) механизм, регулирующий орган, устройство для настройки (задающий механизм). Датчик воспринимает контролируемую величину (температуру, давление, уровень жидкости) и преобразует в удобный вид энергии для дистанционной передачи. Передающий механизм соединяет датчик с регулирующим (рабочим) органом. Регулирующий орган действует по сигналу датчика. В приборах двухпозиционного

ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫЙ ХЛАДОТРАНСПОРТ

ре, воды, масла и любой другой среды. В 5-вагонных секциях и АРВ термостаты охлаждения поддерживают температуру в грузовом помещении вагона, включая и выключая холодильную машину. В 12вагонной секции и 21-вагонных поездах они управляют соленоидными рассольными вентилями, которые включают или прекращают подачу рассола в рассольные батареи грузовых вагонов. Терморегуляторы отопления управляют в РПС электропечами. Конструктивно они выполнены одинаково и различаются только шкалами температур и контактной системой.

в вагоне давление в сильфоне увеличивается, передавая сопротивление пружине 7, перемещая шток 6, а вместе с ним и гайку 4 вверх. Гайка через рычаг 10 замыкает контакт 11. Настраивают прибор на температуру замыкания с помощью винта 8 по шкале 9.

Реле давления служит для защиты холодильной установки от опасных или нежелательных давлений, а также для управления работой отдельных аппаратов (вентилятор конденсатора, процесс оттайки и т. д.). Различают реле низкого давления (прессостат), защищающее компрессор от чрезмерно низкого давления всасывания, и высокого (маноконтроллер), контролирующее максимальное давление на стадии нагнетания. Принципиальная схема реле давления аналогична

78

2. Теоретические основы искусственного охлаждения...

схеме термостата, но отсутствуют термобаллон и капиллярная трубка, а к сильфону подводится трубкой давление всасывания у прессостата или нагнетания у маноконтроллера. Контакты реле включены в цепь питания двигателя компрессора, и при достижении критических значений давления они размыкаются, останавливая компрессор.

Прессостат и маноконтроллер могут выполняться совместно. В этом случае прибор имеет название реле давления.

Терморегулирующие вентили (ТРВ) предназначены для автоматического регулирования подачи жидкого хладагента в испаритель в зависимости от температуры перегрева паров, выходящих из испарителя. Принцип действия ТРВ основан на сравнении температуры кипения хладагента с температурой выходящих из испарителя паров.

клапан 3 на большое проходное отверстие. Ему противодействует давление кипения в испарителе,

действующее на мембрану снизу, а также усилие сжатой пружины 2 и давление конденсации. При правильном заполнении испарителя температура пара на выходе из него должна быть на 4–7 °С выше температуры кипения, т. е. перегрев должен быть на 4–7 °С. Если тепловая нагрузка на испаритель увеличивается и количество подаваемого через ТРВ хладагента становится недостаточным, то перегрев пара и соответствующее ему давление в термочувствительной системе увеличивается. Мембрана перемещает шток вниз и отрывает клапан 3 для прохождения жидкого хладагента в испаритель. Настройка ТРВ на

79

ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫЙ ХЛАДОТРАНСПОРТ

проходные сечения каналов. Они устанавливаются на трубопроводах хладагента, рассола или воды.

На рефрижераторном подвижном составе принимаются холодильные установки, автоматизированные полностью или частично. Степень автоматизации холодильной установки выбирается в зависимости от ее конструкции, размеров и условий эксплуатации. В полностью автоматизированных установках пуск, отключение машин и регулирование холодопроизводительности осуществляется автоматически без вмешательства обслуживающего персонала. Такими установками оборудованы АРВ и секции ГДР. Полная автоматизация холодильных установок АРВ позволила отказаться от сопровождения вагонов в пути следования обслуживающим персоналом и перейти на периодическое их обслуживание на специализированных пунктах (ПТО АРВ). К полуавтоматическим холодильным установкам относятся установки 21-ва- гонного поезда и 12-вагонной секции, а также 5-вагонной секции БМЗ.

80