Содержание 

   Введение............................................................................................................................................................................................ 4

1Расчёт приведённого коэффициента теплоотдачи ограждений помещения вагона……………………………………………………................................................................................................................................................. 5

   2 Расчёт теплопритоков в кузов изотермического вагона…………...................................................................9

   3 Определение расчётной холодопроизводительности  установки 

      рефрижераторного вагона……………………………………………...................................................................................................13

   4 Тепловой расчёт холодильной  машины……………………………..........................................................................................14

   5 Расчёт трубопроводов холодильной  машины…………………….....................................................................................23

   6 Испаритель…………………………………………………………......................................................................................................................25

   Заключение.......................................................................................................................................................................................35

   Список  литературы.................................................................................................................................................................... 36 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

   Введение

   

   Необходимость вывоза скоропортящихся грузов с  мелких предприятий пищевой промышленности и сельского хозяйства, а также снабжения продуктами питания больших и малых грузов заставляет иметь в парке изотермического состава секции ZА-5.

   Рефрижераторная секция типа ZА-5 предназначена для перевозки всех видов скоропортящихся (кроме остывшего и охлажденного мяса подвесом)  грузов, которые для сохранения качества требуют поддержания температуры в грузовом помещении от +12 до-12 ^ос. Секция состоит из : вагона с машинным отделением и служебным помещением , вагона с дизель -электростанцией , двух вагонов с машинным отделением и грузовым помещением , вагона с тормозной площадкой ,грузовым помещением и машинным отделением.

   Все вагоны построены по габариту 1-В  и конструктивно аналогичны вагонам 12-вагонной секции.

 

1. Расчет приведенного коэффициента теплопередачи ограждений помещения вагона.

           1.1Выбор основных размеров кузова:

   Для  заданного типа вагонов в соответствии с [1] выбираем размеры стен, крыши, пола, которые приведены на рис 1. 

     
 

   Рисунок 1 – Геометрические размеры вагона.

 

   1.2 Определение площади теплопередающих поверхностей :

   Расчетная площадь теплопередающей поверхности  помещения вагона  представляет собой среднегеометрическую величину площадей наружной F_н и внутренней F_вн поверхностей:

   

.                                                             (1)

   

               Таблица №1-структура элементов  ограждения

 
 

   Расчет  ведется по отдельным элементам  ограждения (боковая и торцевая стены, окна, пол и крыша). В приближенных расчетах площадь крыши можно  принять на 12-15% больше площади пола, площадь торцевой стены, как площадь прямоугольника со средней высотой в сегментной части.

     Пол:

   

;

   

;

   

.

   

     Крыша:

   

.

         Торцевая стена:

   

;

   

;

   

.

         Боковая стена:

   

;

   

;

   

.

         Общая площадь:

   

.

   1.3Коэффициент  теплопередачи поверхности ограждения 

   Основным  показателем теплотехнических качеств кузова вагона является коэффициент теплопередачи его ограждений. Средний коэффициент теплопередачи в целом по кузову вагона определяется как средневзвешенная величина коэффициентов теплопередачи всех элементов:

   

,                                                          (2)

   где  - коэффициент теплопередачи элемента ограждения;

          - среднегеометрическая площадь этого элемента;

         - среднегеометрическая площадь этого элемента;

         – количество элементов ограждений.

        

         Коэффициент теплопередачи  элемента ограждения, в зоне которого конструкция не изменяется, можно  записать как коэффициент теплопередачи через плоскую многослойную стенку:

   

,                                                     (3)

   где  - коэффициент теплоотдачи от окружающего воздуха к наружной  поверхности ограждения поверхности вагона при его охлаждении или от наружной поверхности к окружающему воздуху при отоплении вагона;

             - коэффициент теплоотдачи от внутренней поверхности ограждения     вагона к воздуху при охлаждении или от воздуха к внутренней поверхности при отоплении вагона, на практике =22 ;

    - толщина отдельного однородного  слоя в конструкции рассматриваемого  j-го элемента ;

             - коэффициент теплопроводности j-го элемента;

    – число рассматриваемых слоев.

   Торцевая  стена:

   

.

   Боковая стена:

   

.

   

   Крыша:

   

.

         Пол:

        

.

         В практике расчетов при определении величины коэффициента теплоотдачи  на наружных поверхностях ограждений используется формула:

   

,                                                  (4)

   где     - скорость движения вагона.

   

.

   1.2Определение  коэффициента 

   Коэффициент в случае принудительной циркуляции равен – 17,5-23,2 Вт/(м²К)

   Принимаем = 22 Вт/(м²К).

   Учитывая  влияние тепловых мостиков увеличиваем  K_i на 40%

   2.Расчёт  теплопритоков в  кузов изотермического  вагона

             Теплопритоки в кузов изотермического  вагона определяется

   Q_m=Q_огр+Q_непл+Q_гр+Q_биох+Q_обор+Q_от+Q_вент,                            (5)

   где   Q_огр – теплоприток через ограждения кузова с учётом действия солнечной   радиации;

             Q_непл – теплопритоки вследствие воздухообмена между грузовым

   

   помещением  и окружающей средой через не плотности;

             Q_гр – теплоприток при охлаждении груза, погруженного в неохлажденном состоянии;

            Q_биох – биохимическое тепло, выделяемое грузом;

            Q_обор – теплоприток, эквивалентный работе оборудования в грузовом помещении;

            Q_{от –} теплоприток, образующийся при оттаивания с воздухоохладителя, может быть принят равным 200 Вт;

            Q_вент – теплоприток при вентилировании вагона наружным воздухом.

   2.1 Расчет теплопритока через ограждения  кузова

   2.1.1 Определяем температуру наружного  воздуха на каждый час суток: 

   Температура наружного воздуха определяется по формуле :

   

                                                (6)

   где     - среднесуточная температура наружного воздуха;

    - амплитуда колебаний температуры  наружного воздуха;

    - угловая частота колебаний  (1 час соответствует 15^о

    - время суток в часах (расчётный  час);

    - время в часах, при котором  имеет место наивысшая температура  наружного воздуха. В расчётах  принимаем  =15часов.

   Результаты  расчета температуры наружного  воздуха сводятся в таблицу 2.

             2.1.2 Интенсивность прямой солнечной  радиации.

   Интенсивность прямой солнечной радиации на поверхность, перпендикулярную направлению лучей  рассчитывается:

   

                                                          (7)

   где    1357 – солнечная постоянная, Вт/м² ;

   h – высота солнца, град;

   P – коэффициент прозрачности атмосферы (P=0,7 0,8).

   Высота  солнца определяется

   

  ,                                      (8)

   где j- географическая широта, град;

             - местное время (ч), отсчитываемое от полудня;

   d - отклонение солнца, зависящее от времени года, град. Принимаем для 22 мая и 22 июля 20⁰ С.

             -часовой угол, град;

   Интенсивность прямой солнечной радиации на горизонтальную поверхность (крышу вагона):

   

                                                            (9)

   Интенсивность прямой солнечной радиации на вертикальную поверхность определяется по формуле 

                                                                                     (10)

   где:    x -  угол между положением вертикальной поверхности и меридианом;

   a_с - азимут солнца, т.е. угол между южным направлением и горизонтальной    поверхностью солнечного луча.

   Величина  азимута солнца определяется по формуле

   

    ,                                                            (11)

   В расчёте принимаем абсолютную величину.  Интенсивность рассеянной солнечной  радиации на горизонтальную и вертикальную поверхности принимается в размере 10% от интенсивности прямой радиации на соответствующие поверхности. Следует иметь ввиду, что интенсивность прямой и рассеянной солнечной радиации имеет положительные значения на всём протяжении светлого времени суток, то есть при .

   Результаты промежуточных и окончательных расчётов солнечной радиации на различные элементы ограждения кузова вагона сводятся в таблицы 3, 4, 5, 6.

   2.1.3 Определяем величину суммарной  наружной суммарной температуры.

   Величина  суммарной наружной температуры  на каждый час суток определяется по формуле

   

,                                                         (12)

   где:     t_н  - расчётная наружная температура на каждый час суток;

   I - интенсивность солнечной радиации на рассматриваемую поверхность на каждый час суток;

   a_н - коэффициент теплоотдачи наружной поверхности кузова, определяемая по формуле (4);

    - коэффициент поглощения солнечных  лучей, принимаем равным 0,95.

   2.1.4 Определяем часовые теплопритоки  в помещении изотермического вагона через каждый участок ограждения.

   Часовые теплопритоки определяются по формуле

   

                                                          (13)

   

   где    k_i - коэффициент теплопередачи кузова вагона для рассчитываемого участка;

   F_i - площадь наружной поверхности рассчитываемого участка ограждения кузова вагона, м² ;

   t_сумi- суммарная наружная температура на каждый час суток для рассчитываемого участка;

   t_в - температура внутри вагона, ^оС; t_в=-6⁰ С.

   Общие теплопритоки через ограждения кузова вагона определяется  как сумма средних часовых теплопритоков через все участки ограждения.

   Результаты  расчета теплопритоков через  ограждения вагонов сводятся в таблицу 7, 8.

   2.2 Определение теплопритока в кузов  изотермического вагона вследствие воздухообмена между грузовым помещением и окружающей средой через неплотности.

     Теплоприток в кузов вагона  через неплотности определяется  по формуле

   

                                              (14)

   где     0,083 – коэффициент, учитывающий воздухообмен и перевод кДж/ч в Вт;

   V - полный объём грузового помещения, м³, принимаем V=97,485 м³;

   ρ_н - плотность наружного воздуха, кг/м³, ρ_н = 1,122 кг/м³;

   h_н - энтальпия наружного воздуха, кДж/кг, h_н= 111,69 кДж/кг;

   h_в - энтальпия воздуха грузового помещения, кДж/кг,  h_в= 29,53 кДж/кг.

   

   2.5 Теплоприток от оборудования, работающего  в грузовом вагоне

   Теплоприток от оборудования, работающего в грузовом вагоне, определяется по формуле:                                                                (17)

     где    N – мощность оборудования, работающего в охлаждаемом помещении, кВт;

    - продолжительность работы оборудования  в течении суток, принимаем  ;

    - часть мощности, расходуемая  внутри охлаждающего помещения,  принимаем  .

   

   С учетом найденных теплопритоков, найдем тепловую нагрузку на холодильное оборудование

   

   3. Расчет холодопроизводительности  холодильной машины.

   Определение холодопроизводительности холодильной  машины для секций с машинным охлаждением  производим по формуле:

   

                                              (18)

   где   Q_т – расчётная величина теплопритоков в вагон, Вт;

   k₁ - коэффициент, учитывающий неполную загрузку компрессора в течение суток. k₁₌ 24/ , где – суммарное время работы холодильной машины в сутки . Принимаем = 20 ч , тогда k₁ = 24/20 = 1.2.

   k₂ - коэффициент запаса по холодопроизводительности. Принимаем k₂=1,25;

   Z - число холодильных машин, принимаем Z = 2.

     Q_op = 1.2*1.25*4194,29/2 = 3145,7175 Вт 

   4 Тепловой расчет  холодильной машины.

   

   Для выполнения расчёта необходимо изучить  термодинамические, физические и химические свойства хладагентов и область их применения, выбрать холодильный агент для проектирования холодильной машины, а так же выбрать схему холодильной машины в соответствии с условиями нормальной эксплуатации.  

   4.1 Характеристика и выбор хладагента

   Холодильный агент (хладагент) – это рабочее вещество холодильной машины, совершающее в ней обратный круговой процесс. В этом процессе тепло от охлаждаемой среды передается более теплой окружающей среде (воздуху, воде).

   К термодинамическим свойствам хладагентов  относятся: температура кипения при атмосферном давлении (0,10133 МПа), давление в испарителе и конденсаторе, объемная холодопроизводительности, теплота парообразования, температура замерзания и др.

   Выбор хладагента в каждом конкретном случае зависит от назначения и конструктивных особенностей машины, а также от условий ее работы и обслуживания. Применяемые в холодильной технике рабочие вещества имеют различную токсичность. Их опасность для человека обычно оценивается предельно допустимой концентрацией (ПДК) в воздухе (мг/м³). ПДК ряда хладагентов приведены ниже.

   Таблица 9 – Предельно допустимые концентрации хладагентов

 

   При аварийных ситуациях в реальных производственных условиях ПДК кратковременно превышается в 4 – 10 раз.

   

   Термодинамические свойства хладагентов и относительные  размеры компрессоров (при одинаковой объемной холодопроизводительности) указаны в табл. 10.

   Таблица 10 – Термодинамические свойства хладагентов 

 

   4.2 Характеристика холодильной установки

   Холодильная установка обеспечивает стандартную  холодопроизводительность 5,5 кВт и состоит из двух основных узлов: испарителя – воздухоохладителя с вентиляторами и компрессорно-конденсаторного агрегата. Испаритель выходит в грузовое помещение вагона, а компрессорно-конденсаторный агрегат находится за его пределами в машинном отделении. Между обоими узлами имеется перегородка из полиэфирной смолы с пенополистирольной изоляцией. Перед испарителем закреплены электронагревательные элементы.