Расчет и построение холодильного цикла работы установки вагона

Для искусственного охлаждения воздуха в вагоне применения системы охлаждения, которые являются непременной составной частью вагонной установки кондиционирования воздуха. Сама система охлаждения состоит из холодильной установки и устройств для распределения охлажденного воздуха по пассажирскому помещению.

Порядок построения:

Определение температуры кипения хладагента.

Температура испарения (кипения) хладагента t_o(^oC) определяется по следующей формуле /6, с. 18/:

,

где средняя температура воздуха отделения пассажирского вагона, продуваемого через испаритель, ^оС;

разность температур воздуха и испарения хладагента, ^оС.

Принимаем t_В=23^оС.

Dt_о=12¸18^оС /6, с. 18/. Принимаем Dt_о=15^оС.

Тогда    .

В области влажного пара изотерма и изобара совпадают. По изотерме t_о проводим изобару P_о, на пересечении изобары p_о и кривой паросодержания x=1 получим точку 1.

Определение температуры конденсации.

Температуру конденсации t_к(^оС) определяем по следующей формуле:

,

где температура наружного воздуха;

приращение температуры конденсации;

 /6, с. 18/;

По изотерме t_к строим изобару P_к соответственно точки 3 и 2¢ получим пересечение изобары t_к с кривой паросодержания x=0.

Построение точки 1¢.

t_i=t_всас.+Dt_всас.

где Dt_всас=(15¸25)^оС.

Тогда             t_i=8+20=28^оС

Точка 1¢ располагается в области перегретого пара на пересечении изобары P_о и изотермы t_всас..

Построение точки 2.

Точка 2 получается в результате пересечения адиабаты, проведенной из точки 1¢, с изобарой P_к.

Построение точек 3¢ и 4.

Температуру переохлаждения хладагента на ходим по формуле:

,

где изотерма конденсации;

;

.

В области влажного воздуха находим изотерму . Проводим до пересечения с кривой паросодержания . Восстановив перпендикуляр до изобары , получаем точку 3¢. Если провести из точки 3¢ и изобары  перпендикуляр на изобару получим точку 4.

Данные с графика:         

i₁=555кДж/кг;          i_1¢ =567кДж/кг;

i_2¢ =568кДж/кг;         i₂ =585кДж/кг;

i₃=440кДж/кг;          i_3¢ =i₄=425кДж/кг.

удельный объем всасываемых компрессором паров;

температура перегрева пара в точке 2.

Таблица 6.1 – Результаты расчета

7. Приборы автоматики холодильной установки вагона

Холодильные установки обычно работают в автоматическом режиме с помощью специальных приборов, обеспечивающих стабильность процессов и сохранность оборудования. Назначение автоматического регулирования холодильной установки состоит в следующем: обеспечить правильное заполнение испарителя хладагентом; обеспечить включение или отключение соответствующих аппаратов или секций в зависимости от тепловой нагрузки; защитить линию нагнетания от чрезмерного повышения давления; защитить линию всасывания от понижения давления; не допускать снижения давления масла ниже заданной величины; защитить электродвигатели от чрезмерного перегрева; обеспечить заданную температуру воздуха в вагоне. В системе автоматического регулирования применяются приборы, к которым относятся: регуляторы заполнения испарителя – термо- или барорегулирующие вентили; защитные приборы–реле давления и температуры; исполнительные приборы – соленоидные вентили; приборы контроля–манометры, сигнальные указатели.

Регуляторы заполнения испарителя предназначены для автоматического регулирования подачи хладагента в испаритель и действуют в зависимости или от температуры всасываемых паров (терморегулирующие вентили), или от давления этих паров (барорегулирующие вентили).

Принцип действия терморегулирующего вентиля (ТРВ) заключается в изменении размера его проходного отверстия в зависимости от величины перегрева всасываемого пара. При этом происходит дросселирование проходящего через ТРВ хладагента от давления конденсации до давления испарения с одновременным понижением температуры. Для этого ТРВ имеет специальный термочувствительный баллон, который укреплен на отходящей от испарителя трубе и воспринимает температуру поверхности этой трубы. При увеличении перегрева всасываемого пара из-за недостаточного поступления в испаритель хладагента термочувствительный баллон подает сигнал исполнительному механизму ТРВ и сечение проходного отверстия увеличивается, при уменьшении перегрева всасываемого пара – наоборот. Терморегулирующие вентили бывают сильфонные и мембранные. Первые широко применяются в холодильной технике, однако конструкция их довольно сложна. При плохом исполнении и небрежном уходе в эксплуатации сильфонные вентили становятся ненадежными в работе, а главное недостаточно герметичными.

Более простыми по конструкции, компактными и надежными являются мембранные терморегулирующие вентили (рис. 8.1). Термочувствительный баллон 6 этого вентиля частично заполнен легко испаряющейся жидкостью (обычно хладоном-12). Давление со стороны баллона, меняющееся с изменением температуры на поверхности трубопровода, действует через капиллярную трубку 5 на мембрану 4 сверху, а давление хладагента в системе действует на мембрану снизу. Небольшое усилие, создаваемое пружиной 1, удерживает клапан 3 вентиля в закрытом положении до тех пор, пока давление на мембрану сверху не преодолевает усилия пружины и давления хладагента в системе (давление кипения). Изменение усилия пружины для настройки вентиля на определенную величину перегрева производят винтом 2. После регулировки винт закрывают колпачком, который служит и регулировочным ключом.

В барорегулирующем вентиле (рис. 8.2) корпус 1 внутри разделен на две части: нижняя часть, расположенная под сильфоном 2, заполнена хладагентом, верхняя сообщается с атмосферой. Поддержание необходимой величины давления в испарителе происходит следующим образом. Хладагент поступает в нижнюю часть вентиля и давит на сильфон, стремясь сжать его. Этому препятствует пружина 3, жесткость которой можно изменять при помощи регулировочного винта 4 с гайкой. Если давление испарения будет больше усилия пружины, то сильфон сожмется и тягой 5, ввернутой в его донышко, через палец кривошипа 6 повернет золотник 7, который прикроет проходное сечение и уменьшит поступление хладагента. После того как давление в испарителе уменьшится и соответственно понизится давление в нижней части корпуса, пружина растянет сильфон и золотник откроет канал поступления хладагента в испаритель. Бывают и несколько иные по конструкции барорегулирующие вентили, но принцип действия их такой же.

Преимуществом барорегулирующего вентиля является надежность его работы. Однако этот вентиль более грубо осуществляет регулировку подачи хладагента в испаритель, что может приводить к неэкономичной работе установки при частых изменениях тепловой нагрузки.

Реле давления применяется для поддержания необходимого давления в системе и защиты холодильной установки от аварий. Используются реле минимального давления (прессостат) для автоматического отключения компрессора при падении давления всасывания ниже допустимого и реле максимального давления (мано-контроллер), которое останавливает компрессор при чрезмерном повышении давления конденсации. Реле низкого и высокого давления обычно объединяют в один прибор.

Одним из наиболее распространенных приборов этого типа, применяемых в вагонных холодильных установках, является реле давления типа РД (рис. 8.3). При повышении давления хладагента во всасывающей линии компрессора сжимается сильфон низкого давления, который отводит рычаг 2 и, преодолевая усилие пружины 3, перемещает тягу 4. Последняя отжимает пластину 5 и замыкает электрические контакты 6, благодаря чему компрессор включается. При понижении давления хладагента во всасывающей линии сильфон под действием пружины 3 разжимается, тяга и рычаг перемещаются в исходное положение и контакты размыкаются, отключая компрессор. Чтобы размыкание происходило без искрения, магнит 7 удерживает пластину 5 до тех пор, пока усилие пружины не будет достаточным для резкого отрыва пластины от магнита.

Сильфон реле высокого давления по конструкции аналогичен сильфону реле низкого давления, но меньше его по диаметру. При чрезмерном повышении давления конденсации сильфон 8 отводит рычаг 9, который с помощью пружины 10 и планки 11 поднимает пластину 5, размыкая контакты независимо от реле низкого давления. Во всех случаях при размыкании контактов компрессор отключается. На срабатывание при соответствующем давлении прибор настраивается с помощью регулировочной гайки.

Электромагнитные запорные вентили относятся к исполнительным приборам и представляют собой соленоидные вентили двухпозиционного (открыт–закрыт) действия. В зависимости от диаметра трубопровода они изготовляются с различным размером проходного отверстия.

Соленоидный вентиль (рис. 8.4) состоит из клапана 4, помещенного в корпусе /, и электромагнитной катушки (соленоида) 7. При прохождении электрического тока в катушке возникает магнитное поле и якорь 8, втягиваясь в катушку, полностью открывает клапан для прохода хладагента. При прекращении электропитания якорь опускается вниз и клапан закрывает проходной канал вентиля.

Рисунок 8.4 – Соленоидный вентиль:

1 – корпус; 2 – колпачок; 3 – отжимной винт; 4 – клапан; 5 – крышка клеммной коробки; 6 – зажимы; 7 – катушка электромагнита; 8 – якорь