Розрахунок зведеного коефіцієнта теплопередачі огородженя кузова вагона

ЗМІСТ

 

Вступ

1 Визначення площі теплопередаючих поверхонь огородження кузова вагону

2 Розрахунок зведеного коефіцієнта теплопередачі огородження кузова вагону

3 Теплотехнічний розрахунок вагону та визначення холодопродуктивності холодильної машини

4 Опис прийнятої схеми холодильної машини та системи охолодження

5 Побудова в I−d діаграмі процесів обробки повітря в системі охолодження

6 Побудова в lg p−i діаграмі циклу холодильної машини та його розрахунок

7 Визначення об’ємних коефіцієнтів поршневого компресора

8 Розрахунок основних параметрів поршневого компресора (діаметра циліндра та ходу поршня)

9 Визначення енергетичних коефіцієнтів та потужності, що споживається компресором

10 Розрахунок трубопроводів

11 Індивідуальне завдання (розрахунок і конструювання конденсатора)

12 Основні вимоги охорони праці та техніки безпеки при експлуатації холодильної установки

Висновок

Список використаної літератури

ВСТУП

 

Санітарно − гігієнічні вимоги передбачають створення у вагоні комфортних умов для пасажира, оберігаючих його від дії недостатку кисню, надмірної жари або холоду.

Одна з умов комфорту — це поєднання в найсприятливіших межах температури, вологості і швидкості переміщення повітря в зоні знаходження людини. Забезпечення цих умов у вагоні ускладнюється низькою теплостійкістю кузова, малим об'ємом приміщення, що приходиться на одного пасажира, а також швидкою зміною кліматичних зон і погодних умов протягом доби. Донести повітря у вагоні до потрібної кондиції допомагає установка кондиціонування повітря, що складається з систем опалювання, охолоджування і вентиляції.

Під терміном «кондиціонування повітря» розуміється така його обробка, в результаті якої повітря насищається киснем, міняє свою вологість, нагрівається або охолоджується до температури, найсприятливішої для людини.

Основою установки кондиціонування повітря є холодильна машина. Сучасний рівень техніки отримання штучного холоду дозволяє робити такі пристрої практично повністю автоматизованими, компактними і надійними. Це зводить до мінімуму об'єм робіт при технічному огляді і ремонті пасажирського вагону, максимально збільшивши при цьому час роботи устаткування між плановими видами технічного обслуговування.

Додатковий комфорт для пасажирів створює охолоджувач питної води, а також наявність у вагонах − ресторанах шаф − холодильників.

В даній курсовій роботі розрахована парова компресійна, одноступеневого стиснення холодильна машина з одноступеневим стисненням, яка працює на холодоагенті R134а.

1. ВИЗНАЧЕННЯ ПЛОЩІ ТЕПЛОПЕРЕДАВАЛЬНИХ ПОВЕРХОНЬ ОГОРОЖІ КУЗОВА ВАГОНА

 

Площа теплопередавальних поверхонь огорожі кузова вагона визначається згідно з геометричними розмірами та плануванням вагона.

 

Рисунок 1.1− Поперечний переріз вагона

 

Кут , що обмежує дугу даху, визначається конструктивними параметрами за формулою:

 

,   (1.1)

 

де − зовнішня ширина вагона, м;

 − радіус даху у середній частині, м;

 − радіус даху у бічних стін, м.

.

 

Площа теплопередавальних поверхонь підлоги пасажирського вагона визначається, не враховуючи площу підлоги тамбурів (дивись рисунок 1.2).

, (1.2)

 

де −довжина кузова вагона, не враховуючи довжину тамбурів,  м.

 

 м²,

 

 

Рисунок 1.2 − Планування пасажирського вагона

 

Площа теплопередавальних поверхонь бічних стін пасажирського вагона знаходиться за формулою:

 

, (1.3)

 

де − площа теплопередавальних поверхонь кожної бічної стінки вагона без врахування площі вікон, м.

Площа теплопередавальної поверхні бічної стінки вагона без врахування площі вікон знаходиться за формулою:

 

; (1.4)

, (1.5)

де − сумарна площа вікон бічної стінки вагона, м².

Сумарна площа вікон бічної стіни вагона знаходиться за формулою:

 

, (1.6)

 

де  − ширина вікна, м;

− висота вікна, м;

− кількість однакових вікон бічної стіни вагона.

 

 м²,

 м²,

 м²,

 м²,

 м².

 

Площа теплопередавальних поверхонь даху знаходиться за формулою:

 

 (1.7)

 м².

 

Площа теплопередавальних поверхонь торцевих стін знаходиться за формулою:

 

 (1.8)

 м².

 

Сумарна площа теплопередавальних поверхонь огорожі кузова вагона:

 

 (1.9)

 м².

РОЗРАХУНОК ТРУБОПРОВОДІВ

 

Трубопроводи для холодильних машин підбирають по внутрішньому діаметру.

Діаметр всмоктувального трубопроводу компресора визначається за формулою, м:

 

,   (10.1)

 

де − об'ємний видаток пари холодоагенту при всмоктуванні в к компресор, м³/с;

 − швидкість руху пари холодоагенту у всмоктувальному трубопроводі ( = 12м/ с).

,   (10.2)

 

де − масовий видаток холодоагенту, кг/год;

− питомий об'єм пари холодоагенту при всмоктуванні в компресор, м³/кг;

 

 м³/с,

м.

Діаметр нагнітальною трубопроводу компресора визначається за формулою, м:

 

, (10.3)

 

де − об'ємний видаток пари холодоагенту при нагнітанні компресора, м³/с;

 − швидкість руху пари холодоагенту при нагнітанні компресора, ( = 5м/ с).

 

,  (10.4)

 

де − масовий видаток холодоагенту, кг/год;

− питомий об'єм пари холодоагенту при нагнітанні з компресора, м ³/кг;

 

 м/с,

м.

 

РОЗРАХУНОК КОНДЕНСАТОРА

 

Мета розрахунку конденсатора - визначення площі теплопередавальної поверхні та витрат охолоджуючого повітря.

Площу теалопередавальної поверхні конденсатора визначаємо з рівняння теплопередачі.

, (11.1)

 

де − теплове навантаження на конденсатор, Вт;

− коефіцієнт теплопередачі, Вт/м²∙К;

− площа теплопередавальної поверхні конденсатора, м²;

− середня логарифмічна різниця температур.

 

,    (10.2)

 

Коефіцієнт теплопередачі для конденсаторів з повітряним охолодженням складає 30…45 Вт/м²∙К.

Рисунок 11.1 − Графік температурного режиму роботи конденсатора: − температура конденсації, ⁰С; − температура повітря на вході в конденсатор (дорівнює температурі зовнішнього повітря), ⁰С; − температура повітря на виході з конденсатора, ⁰С. ( > на 3...4 ^oС).

 

, (10.3)

, (10.4)

, (10.5)

⁰С,

⁰С,

⁰С,

м².

Вт

 

Витрати повітря через конденсатор,м³/с:

 

, (10.6)

 

де − теплоємність повітря, Дж/кг∙К ( = 1003 Дж/кг∙К);

 − щільність повітря, кг/м³;

− нагрів повітря у конденсаторі ⁰С.

 

, (10.7)

⁰С

, (10.8)

 

де − тиск атмосферного повітря, = 1∙10⁵ Па;

− газова стала повітря,  = 287 Дж/кг∙К

− середня різниця температур повітря на вході та виході з конденсатора, К.

 

, (10.9)

, (10.10)

, (10.11)

 К,

 К,

К,

 кг/м³,

м³/с.

ВИСНОВОК

 

В курсовій роботі виконані необхідні розрахунки та графічна частина по розробці холодильної системи вагона.

Холодильна машина парова компресійна, одноступеневого стиснення, працює на холодоагенті R134а, система охолодження безпосередня.

 

Таблиця − Розрахункові параметри курсової роботи

Параметри	Значення
1 Сумарна площа теплопередавальних поверхонь огорожі кузова вагона, м^2	246,66
2 Зведений коефіцієнт теплопередачі огорожі кузова вагона, Вт/м^2·К	0,4678
3 Сумарні теплонадходження в вагон, Вт	8393
4 Робоча холодопродуктивність холодильної машини, Вт	24690
5 Температура кипіння рідкого холодоагенту, ^0С	5
6 Температура конденсації холодоагенту, ^0С	45
7 Теплове навантаження на конденсатор, Вт	32580
8 Параметри поршневого компресора:
8.1 Кількість ступіней стиснення	1
8.2 Коефіцієнт подачі в робочих умовах	0,648
8.3 Діаметр циліндра, м	0,0696
8.4 Хід поршня, м	0,0491
8.5 Кількість циліндрів	4
8.6 Частота обертання вала компресора, об/хв	1000
8.7 Ефективна потужність компресора, Вт	6338
8.8 Потужність електродвигуна компресора, Вт	7248
9 Площа теплопередавальної поверхні конденсатора, м^2	54,67

 

ЗМІСТ

 

Вступ

1 Визначення площі теплопередаючих поверхонь огородження кузова вагону

2 Розрахунок зведеного коефіцієнта теплопередачі огородження кузова вагону

3 Теплотехнічний розрахунок вагону та визначення холодопродуктивності холодильної машини

4 Опис прийнятої схеми холодильної машини та системи охолодження

5 Побудова в I−d діаграмі процесів обробки повітря в системі охолодження

6 Побудова в lg p−i діаграмі циклу холодильної машини та його розрахунок

7 Визначення об’ємних коефіцієнтів поршневого компресора

8 Розрахунок основних параметрів поршневого компресора (діаметра циліндра та ходу поршня)

9 Визначення енергетичних коефіцієнтів та потужності, що споживається компресором

10 Розрахунок трубопроводів

11 Індивідуальне завдання (розрахунок і конструювання конденсатора)

12 Основні вимоги охорони праці та техніки безпеки при експлуатації холодильної установки

Висновок

Список використаної літератури

ВСТУП

 

Санітарно − гігієнічні вимоги передбачають створення у вагоні комфортних умов для пасажира, оберігаючих його від дії недостатку кисню, надмірної жари або холоду.

Одна з умов комфорту — це поєднання в найсприятливіших межах температури, вологості і швидкості переміщення повітря в зоні знаходження людини. Забезпечення цих умов у вагоні ускладнюється низькою теплостійкістю кузова, малим об'ємом приміщення, що приходиться на одного пасажира, а також швидкою зміною кліматичних зон і погодних умов протягом доби. Донести повітря у вагоні до потрібної кондиції допомагає установка кондиціонування повітря, що складається з систем опалювання, охолоджування і вентиляції.

Під терміном «кондиціонування повітря» розуміється така його обробка, в результаті якої повітря насищається киснем, міняє свою вологість, нагрівається або охолоджується до температури, найсприятливішої для людини.

Основою установки кондиціонування повітря є холодильна машина. Сучасний рівень техніки отримання штучного холоду дозволяє робити такі пристрої практично повністю автоматизованими, компактними і надійними. Це зводить до мінімуму об'єм робіт при технічному огляді і ремонті пасажирського вагону, максимально збільшивши при цьому час роботи устаткування між плановими видами технічного обслуговування.

Додатковий комфорт для пасажирів створює охолоджувач питної води, а також наявність у вагонах − ресторанах шаф − холодильників.

В даній курсовій роботі розрахована парова компресійна, одноступеневого стиснення холодильна машина з одноступеневим стисненням, яка працює на холодоагенті R134а.

1. ВИЗНАЧЕННЯ ПЛОЩІ ТЕПЛОПЕРЕДАВАЛЬНИХ ПОВЕРХОНЬ ОГОРОЖІ КУЗОВА ВАГОНА

 

Площа теплопередавальних поверхонь огорожі кузова вагона визначається згідно з геометричними розмірами та плануванням вагона.

 

Рисунок 1.1− Поперечний переріз вагона

 

Кут , що обмежує дугу даху, визначається конструктивними параметрами за формулою:

 

,   (1.1)

 

де − зовнішня ширина вагона, м;

 − радіус даху у середній частині, м;

 − радіус даху у бічних стін, м.

.

 

Площа теплопередавальних поверхонь підлоги пасажирського вагона визначається, не враховуючи площу підлоги тамбурів (дивись рисунок 1.2).

, (1.2)

 

де −довжина кузова вагона, не враховуючи довжину тамбурів,  м.

 

 м²,

 

 

Рисунок 1.2 − Планування пасажирського вагона

 

Площа теплопередавальних поверхонь бічних стін пасажирського вагона знаходиться за формулою:

 

, (1.3)

 

де − площа теплопередавальних поверхонь кожної бічної стінки вагона без врахування площі вікон, м.

Площа теплопередавальної поверхні бічної стінки вагона без врахування площі вікон знаходиться за формулою:

 

; (1.4)

, (1.5)

де − сумарна площа вікон бічної стінки вагона, м².

Сумарна площа вікон бічної стіни вагона знаходиться за формулою:

 

, (1.6)

 

де  − ширина вікна, м;

− висота вікна, м;

− кількість однакових вікон бічної стіни вагона.

 

 м²,

 м²,

 м²,

 м²,

 м².

 

Площа теплопередавальних поверхонь даху знаходиться за формулою:

 

 (1.7)

 м².

 

Площа теплопередавальних поверхонь торцевих стін знаходиться за формулою:

 

 (1.8)

 м².

 

Сумарна площа теплопередавальних поверхонь огорожі кузова вагона:

 

 (1.9)

 м².

РОЗРАХУНОК ЗВЕДЕНОГО КОЕФІЦІЄНТА ТЕПЛОПЕРЕДАЧІ ОГОРОДЖЕНЯ КУЗОВА ВАГОНА

 

Основним показником теплотехнічної якості кузова вагона є коефіцієнт теплопередачі.

Коефіцієнт теплопередачі багатошарової плоскої стінки, Вт/м^2∙К:

 

,    (2.1)

 

де −коефіцієнт тепловіддачі від зовнішнього повітря до зовнішньої поверхні стінки, Вт/м^2∙К; − товщина і_го шару стінки, м;

− коефіцієнт теплопровідності і_го шару стінки, Вт/м^2∙К;

− коефіцієнт теплопровідності від внутрішньої поверхні стінки до повітря в середині приміщення вагона, Вт/м^2∙К;

Коефіцієнт тепловіддачі від зовнішнього повітря до зовнішньої поверхні сішки вагона знаходиться за формулою, Вт/м^2∙К:

 

, (2.2)

де − швидкість поїзда, м/с;

− довжина кузова вагона, м.

 

, Вт/м^2∙К

 

Коефіцієнт тепловіддачі від внутрішньої поверхні стінки до повітря в середині приміщення вагона в курсовій роботі приймаємо  Вт/м^2∙К.

Розрахунок теплопровідності

 

Рисунок 2.1 − Переріз підлоги

 

Таблиця 2.1 − Матеріали шару підлоги і його характеристика

№ позиції	Матеріал	Товщина ,м	Коефіцієнт теплопровідності , Вт/м^2∙К
1	лінолеум	0,003	0,19
2	деревоволокниста плита	0,0195	0,055
3	пінополістирол	0,075	0,04
4	сталевий лист	0,005	58,0

 

 Вт/м^2∙К.

 

 

Рисунок 2.2− Переріз бічної стіни

Таблиця 2.2 − Матеріали шару бокової стіни і його характеристика

№ позиції	Матеріал	Товщина ,м	Коефіцієнт теплопровідності , Вт/м^2∙К
1	сталевий лист	0,002	58,0
2	мастика	0,0011	0,23
3	пінополістирол	0,075	0,035
4	фанера	0,009	0,35
5	склопластик	0,0048	0,4

 

 Вт/м^2∙К

 

 

Рисунок 2.3 − Переріз даху

 

Таблиця 2.3 − Матеріали шару бокової стіни і його характеристика

№ позиції	Матеріал	Товщина ,м	Коефіцієнт теплопровідності , Вт/м^2∙К
1	сталевий лист	0,0015	58,0
2	мастика	0,0011	0,23
3	пінополістирол	0,075	0,035
4	фанера	0,009	0,35

 

 Вт/м^2∙К

 

Рисунок 2.4 − Переріз торцевих стін

Таблиця 2.4 − Матеріали шару торцевих стін і його характеристика

№ позиції	Матеріал	Товщина ,м	Коефіцієнт теплопровідності , Вт/м^2∙К
1	склопластик	0,0017	0,4
2	фанера	0,009	0,35
3	пінополістирол	0,075	0,035

 

 Вт/м^2∙К

 

Рисунок 2.5− Переріз вікна

 

Таблиця 2.5 − Матеріали вікна і його характеристика

№ позиції	Матеріал	Товщина ,м	Коефіцієнт теплопровідності , Вт/м^2∙К
1	скло	0,005	0,76
2	повітря	0,025	0,023

 

 Вт/м^2∙К

 

Розрахунок зведеного коефіцієнта теплопровідності:

Зведений коефіцієнт теплопередачі огорожі кузова вагона, Вт/м^2∙К:

 

, (2.3)

 

де  − коефіцієнт теплопередачі і_го елемента огорожі кузова вагона, Вт/м^2∙К

 − площа і_го елемента огородження кузова вагона, м.

 

 Вт/м^2∙К.

 

Підлога, стіни, дах вагона мають містки, які утворені балками, стійками, тому розрахунковий зведений коефіцієнт теплопередачі огорожі кузова вагона складає, Вт/м^2∙К:

 

; (2.4)

 Вт/м^2∙К

 

Згідно з ГОСТ  не повинне перевищувати 1,105 Вт/м^2∙К для пасажирських вагонів.