ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 08.04.2019
Просмотров: 541
Скачиваний: 5
Министерство образования Республики Беларусь
Учреждение образования
«Белорусский государственный университет транспорта»
Кафедра «Вагоны и вагонное хозяйство».
Расчётно-графическая работа №1
Проверил: Выполнил:
преподаватель студент гр. МВ-41
Чернин И. Л. Абрамчик В.В.
2010
Содержание
-
1
Задание.....................................................................................................
3
2
Техническое описание проектируемого подвижного состава, и условия перевозки температурного груза................................................
4
3
Определение коэффициента теплопередачи ограждения кузова грузового вагона......................................................................................
6
4
Расчёт толщины теплоизоляции ограждения.......................................
11
5
Теплотехнический расчёт кузова вагона и определение потребной холодопроизводительности холодильной машины для обеспечения заданных условий перевозки..................................................................
13
Список литературы.......................................................................................
17
1 Задание
Для удобства данные задания сведём в таблицу 1.
Таблица 1 - Данные для расчёта
|
Параметр |
Данные |
|
Тип подвижного состава |
АРВ |
|
Холодильная машина |
315.004 |
|
Род груза |
Рыба мороженая |
|
Температура перевозки, °C |
-14 |
|
Состояние груза перед погрузкой |
Термически подготовленный |
|
Температура наружного воздуха, °C |
+24 |
|
Относительная влажность наружного воздуха |
45% |
|
Относительная влажность воздуха внутри вагона |
80-90% |
|
Среднегодовая температура зоны эксплуатации, °C |
0° и ниже |
2 Техническое описание проектируемого подвижного состава, и условия перевозки температурного груза
Рефрижераторный вагон (от лат. охлаждаю) — универсальный крытый вагон для перевозки скоропортящихся грузов. Для соблюдения условий, при которых груз не подвергался бы вредному воздействию физико-химических и биологических факторов снабжён холодильной установкой.
Основная доля перевозок скоропортящихся грузов по железным дорогам приходится на дальность более 600 км. Для перевозки режимных скоропортящихся грузов, большинство из которых составляют продукты питания, на железных дорогах страны традиционно используется специализированный изотермический подвижной состав.
Рефрижераторные вагоны — это изотермические вагоны, имеющие цельнометаллический кузов с хребтовой балкой и теплоизоляционной прослойкой, защищающей груз от повышенной температуры снаружи. Основным отличием от других изотермических вагонов является наличие машинного охлаждения и электрического отопления. В холодильных машинах рефрижераторного подвижного состава используют в качестве хладагентов аммиак, хладон, а также энергию, вырабатываемую дизель-генераторами. Для отопления используются электрические печи. Также рефрижераторы включают в себя устройства принудительной циркуляции воздуха и вентиляции грузового помещения.
Автономные рефрижераторные вагоны (АРВ) имеют автоматизированное холодильное и энергетическое оборудование. Делится на грузовое помещение и два машинных отделения в торцовых частях. Дизель-генератор и топливный бак смонтированы на общей выдвижной раме, что позволяет демонтировать агрегат через боковую дверь машинного отделения. Нагревательный прибор, работающий на жидком топливе, предназначен для подогрева дизеля перед запуском при низких температурах. На дизель-генераторе смонтирован распределительный щит с приборами контроля и автоматики. Холодильная установка размещена под крышей вагона в перегородке, которая отделяет грузовое помещение от машинного отделения; со стороны грузового помещения расположен воздухоохладитель с вентиляторами и электронагревателем, а со стороны машинного отделения — компрессорно-конденсаторный агрегат с распределительным щитом. Холодильную установку при необходимости можно через дверцы в торцовой стене демонтировать.
В одном из машинных отделений около топливного бака на продольной стене вагона расположен главный распределительный щит для управления работой оборудования, а также для установки температурного режима в грузовом помещении. Холодный воздух нагнетается электровентиляторами в пространство между крышей вагона и ложным потолком и через щели в нём попадает в грузовое помещение. Он омывает груз, под напольными решётками проходит к вертикальному каналу между щитами и торцовыми стенами вагона, засасывается вентиляторами и, пройдя через воздухоохладитель, вновь нагнетается в пространство под ложным потолком. Аналогично циркулирует воздух и при отоплении вагона, только в этом случае вместо холодильной установки включаются электропечи. Свежий воздух засасывается вентиляторами через отверстия в торцовых стенах, удаляется через дефлекторы. Для удаления воды и конденсата в полу грузового помещения расположены сливные отверстия. Автономные рефрижераторные вагоны оборудованы пролётной электромагистралью для электропневматического тормоза, что позволяет прицеплять его к пассажирскому поезду, и стояночным тормозом. Разновидность автономного рефрижераторного вагона (АРВ) — автономные рефрижераторные вагоны со служебным помещением (АРВ-Э).
Характеристики автономного рефрижераторного вагона сведём в таблицу 2.
Таблица 2 - Характеристика автономного рефрижераторного вагона
|
Характеристика |
Данные |
|
Тип подвижного состава |
АРВ |
|
Длина кузова, мм |
21000 |
|
Ширина кузова, мм |
3100 |
|
Длина грузового помещения, мм: ∙полная ∙погрузочная |
17815 17520 |
|
Ширина грузового помещения, мм: ∙полная ∙погрузочная |
2700 2600 |
|
Высота грузового помещения, мм: ∙по боковой стене ∙по середине вагона ∙погрузочная |
2354 2665 2200 |
|
Полный объём грузового помещения вагона, м3 |
113 |
|
Погрузочный объём грузового помещения, м3 |
104 |
|
Теплопередающая поверхность кузова, м2 |
254 |
3 Определение коэффициента теплопередачи ограждения кузова грузового вагона
Основной задачей при расчёте ограждающей конструкции является определение рациональной толщины теплоизоляционного слоя в зависимости от технических требований и экономических целесообразностей.
Согласно заданию
груз перевозят при температуре перевозки
.
Из таблицы 4 [1] при среднегодовой температуре 0°C и ниже нормативный коэффициент теплопередачи для стен берём путём интерполирования
|
|
|
.Для крыши интерполируя получаем
|
|
|
Для пола значение коэффициента теплопередачи принимаем на 12...14% больше чем для стен, тогда
|
|
|
Конструктивное оформление ограждения влияет на условия теплопередачи, поэтому при определении теплопритоков в вагон-холодильник пользуются приведённым коэффициентом теплопередачи для всех площади ограждения кузова, который определяется по формуле
|
|
(1)
|
,|
где |
|
- |
коэффициент теплопередачи отдельного элемента ограждения кузова,
|
|
|
|
- |
площадь
теплопередающей поверхности отдельного
элемента,
|
.
Определение
величины
для части ограждения кузова (при расчёте
не учитываем часть кузова занятую
машинным отделением)
Расчётные размеры кузова АРВ взяты из таблицы 7 [1] и сведены в
таблицу 3
Таблица 3 - Расчётные размеры грузового помещения АРВ
|
Характеристика |
Данные |
|
Наружная длина вагона L, м |
21 |
|
Наружная ширина вагона B, м |
3,1 |
|
Высота боковой стены снаружи Hбок, м |
2,7 |
|
Радиус сечения крыши вагона в средней части R1, м |
2,0 |
|
Радиус сечения крыши вагона у боковой стены R2, м |
0,4 |
Схема поперечного сечения кузова приведена на рисунке 1.
Рисунок 1 - Схема поперечного сечения кузова АРВ
Определим площадь торцевой стены Fторц путём разделения её на части с площадями S1, S2, S3, S4 показанные на рисунке 2
Рисунок 2 - Торцевая стена с обозначением площадей
Площадь S1 определяем по формуле для нахождения площади прямоугольника
|
|
(2) |
,|
где |
|
- |
высота
прямоугольника,
|
|
|
|
- |
длинна
прямоугольника,
|
;
Тогда для площади S1 получим
|
|
|
Площадь S2 определим как 1/4 часть от площади круга определяемая по формуле
|
|
(3) |
,|
где |
|
- |
Радиус круга,
|
Тогда учитывая 1/4 часть от площади круга находим площадь S2
|
|
|
Площадь S3 определяем аналогично площади S1 по формуле 2
|
|
|
Площадь сегмента S4, не равного полукругу, вычисляется по формуле
|
|
(4) |
|
где |
|
- |
радиус дуги,
|
|
|
|
- |
градусная мера центрального угла, который содержит дугу этого кругового сегмента, определяется по формуле |
|
|
(5) |
,|
|
где |
|
- |
длина ограничения
дуги,
|
|
|
|---|---|---|---|---|---|---|
|
|
|
|
- |
площадь треугольника с вершинами в центре круга и концах радиусов, ограничивающих соответствующий сектор, определяемая по формуле |
|
|
|
|
(6) |
|||||
;
,|
где |
|
- |
высота треугольника, определяется по формуле |
|
|
(7) |
.Тогда подставив в формулу 4 выражения формул 5-7 получим
|
|
|
.Таким образом площадь торцевой стены Sторц определяется по формуле
|
|
(8) |
,|
|
|
Определим площадь боковой стены Sбок по формуле 2
|
|
|
Площадь пола Sпол определяем по формуле 2
|
|
|
Площадь крыши Sкрыш определяем по формуле
|
|
(9) |
,|
где |
|
- |
длина вагона, 21м; |
|
|
|
|
- |
1/4 часть круга, м; |
|
|
|
|
- |
длина дуги, определяется по формуле |
|
|
|
(10) |
.
Определим значение
из формулы 5
|
|
(11) |
.Тогда
|
|
(12) |
Определим
по формуле учитывая 1/4 часть
|
|
(13) |
,тогда
|
|
|
Тогда из формулы 9
|
|
|
Таким образом приведённый коэффициент теплопередачи по формуле 1 будет равен
|
|
|
.4 Расчёт толщины теплоизоляции ограждения
Определим минимальную толщину потребного изоляционного слоя в ограждении по формуле
|
|
(14) |
,|
где |
|
- |
коэффициент
теплопроводности для изоляционного
слоя и i-го
слоя соответсвтенно,
|
|
|
|
|
- |
коэффициент теплопередачи отдельного элемента ограждения кузова,
|
|
|
|
|
- |
толщина i-го слоя материала, составляющих ограждающую конструкцию, м; |
|
|
|
|
- |
коэффициент
теплопередачи, для стен и крыши кузова
вагона принимают - 8.7, для пола -
5.8
|
|
|
|
|
- |
коэффициент теплопередачи, рассчитывается по формуле. |
|
,
|
|
(15) |
,|
где |
|
- |
коэффициент
радиационного теплообмена, принимаем
из условия для зимнего периода
равным 4.6 |
|
|
|
|
- |
скорость движения
вагона, принимаем равным 100 |
|
|
|
|
- |
длина омываемой воздухом поверхности, м; |
|
,
;Изоляционная конструкция должна обеспечивать непрерывность как теплоизоляционного, так и пароизоляционных слоёв по всей поверхности охлаждаемо го помещения рефрижераторного вагона.
Ограждение кузова рассматривают как многослойную стену, покажем на рисунки 3 все слои
1
- сталь,
,
м;
2 - битум
,
м;
3 - теплоизоляции
,
;
4 - пароизоляция
,
м;
5 - плита столярная
,
м;
6 - пластик
,
м
Рисунок 3 - Ограждения кузова
Рассчитаем коэффициент теплопередачи для пола, боковой стены и крыши по формуле 15
|
|
|
Для торцевой стены используя формулу 15 получим
|
|
|
Тогда минимальную толщину потребного изоляционного слоя для пола, боковой и торцевой стен, крыши найдём из формулы 14
|
|
|
м;|
|
|
м;|
|
|
м;|
|
|
м.5 Теплотехнический расчёт кузова вагона и определение потребной холодопроизводительности холодильной машины для обеспечения заданных условий перевозки
Подбор холодильного оборудования и отопительных приборов рефрижераторного подвижного состава производится на основании данных теплотехнического расчёта, учитывающего все теплопритоки и теплопотери, которые могут повлиять на изменение температуры внутри вагона-холодильника.
Производим по часовой расчёт теплового баланса помещения для определение максимального теплового потока через поверхность ограждения вагона по формуле.
|
|
(16) |
,|
где |
|
- |
тепловой поток i-того фактора воздействия, Вт. |
Тепловой поток,
передаваемый через ограждения площадью
равной площади ограждения вагона,
имеющий коэффициент теплопередачи
,
при температурном напоре определяется
по формуле
|
|
(17) |
,|
где |
|
- |
площадь ограждения
вагона, 208.8 |
|
|
|
- |
температура наружи и внутри вагона соответственно, °C . |
;
,
Тогда из формуле 17 получим
|
|
|
Вт.При определении тепла, вносимого в вагон лучистой энергией учитывается полное воздействие прямого и рассеянного облучений. Приближённо теплопритоки от действия солнечной радиации можно рассчитать по формуле
|
|
(18) |
,|
где |
|
- |
продолжительность солнечного облучения в течение суток, 16ч; |
|
|
|
- |
максимальная температура поверхности, 50°C. |
Тогда из формулы 18
|
|
|
Вт.При наличии неплотностей в ограждении кузова возникает воздухообмен между грузовым помещением рефрижераторного вагона и окружающей средой. Инфильтрация вызывает увеличение коэффициентов рабочего времени холодильного и энергосилового оборудования и расхода топлива подвижного состава, приводит к частичным порчам груза вследствие повышения неравномерности температуры по объёму грузового помещения, увеличивает поступление влаги, которая выдаёт на испарителях холодильной машины, снижая их холодопроизводительност. Теплоприток от инфильтрации определяется по формуле
|
|
(19) |
,|
где |
|
- |
коэффициент учитывающий относительный воздухообмен в грузовом помещении вагона в следствии инфильтрации, 0.27; |
|
|
|
- |
плотность
поступающего воздуха в вагон, 1.2 |
|
|
|
- |
полный объём
грузового помещения, взятый из таблицы
6 [1], 113 |
|
|
|
- |
энтальпия
наружного воздуха и воздуха внутри
вагона взята из диаграммы i-d,
и равная
|
;
;
,
,
Тогда