Расчет испарителя и холодильной установки секции БМЗ

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

     К термодинамическим свойствам хладагентов  относятся: температура кипения при атмосферном давлении (0,10133 МПа), давление в испарителе и конденсаторе, объемная холодопроизводительность, 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 10 – 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. 11. 

     Таблица 11 – Термодинамические свойства хладагентов

 

    В качестве хладагента принимаем хладон - 12. Он является безопасным хладагентом; лишь при содержании его в воздухе более 30% по объему проявляются признаки отравления человека из-за недостатка кислорода. Представляет собой негорючий, невзрывоопасный, малотоксичный, сжиженный под давлением бесцветный, со слабым сладковатым запахом (при содержании в воздухе более 20%) газ. При нормальных условиях является стабильным веществом, при температурах выше 400°С и в присутствии открытого пламени может разлагаться с образованием токсичных веществ. Физико-химические свойства хладона-12 должны соответствовать следующим требованиям: содержание нелетучего остатка - не более 0,005% ; кислотность - не допускается; суммарное содержание посторонних газов по объему - не более 0,5%; содержание воды - не более 0,0004%.

    Газообразный  хладон-12 тяжелее воздуха в 4 раза. Плотность сухого насыщенного пара в 5-6 раз больше плотности паров аммиака, что обуславливает большие потери давления при циркуляции в системе. Для уменьшения потерь снижают скорость движения хладона-12 путем увеличения диаметра трубопроводов и проходных сечений клапанов. Меньшее, чем у аммиака, давление конденсации позволяет изготовлять поршневые компрессоры с диаметром цилиндра в 1,3 раза больше, чем у аммиачных. Давление на поршень и шатун при этом не возрастает. Хладон - 12 хорошо растворяется в масле, поэтому необходимо применять специальные вязкие масла. При отсутствии влаги хладон-12 нейтрален ко всем конструкционным материалам, за исключением обычной резины. Растворимость воды в нем ничтожна (всего 0,003% по массе при - 20 °С ). Перед заправкой холодильной машины хладон-12 тщательно осушают, а в схему установки вводят осушитель. Попадание воды в систему приводит к образованию ледяных пробок, чаще всего в регулирующих (дросселирующих) приборах. Нормальная температура кипения хладона-12 составляет - 29,8°С.

    Хладон-12 очень текуч, что обуславливает повышенные требования к уплотнениям и металлам, применяемым в системе (этот хладагент проникает даже через поры обыкновенного чугуна), а также к условиям монтажа агрегатов и обслуживания в эксплуатации. Жидкий хладон-12 неэлектропроводен. Коэффициенты теплоотдачи у него значительно ниже, чем у аммиака, стоимость - выше. 

    4.2 Описание принятой схемы холодильной установки 

    Машина  работает по схеме одноступенчатого сжатия с непосредственным испарением хладагента. Компрессор 1 отсасывает пары хладагента из испарителя-воздухоохладителя 5, сжимает их до давления конденсации и нагнетает в конденсатор 10, где хладагент сжижается, отдавая тепло воздуху, подаваемому вентилятором 9. Конденсатор представляет собой ребристую батарею поверхностью 90 м². Обдувающий его осевой вентилятор обеспечивает подачу воздуха 7500 м/ч и имеет привод от электродвигателя мощностью 2,2 кВт. Воздух для охлаждения конденсатора забирается через жалюзи с одной стороны машинного отделения и выбрасывается с противоположенной. Попутно осуществляется вентиляция машинного отделения.

    Жидкий  хладагент из конденсатора поступает  в ресивер 11, откуда через фильтр-осушитель 7, электромагнитный вентиль на жидкостной линии и регенеративный теплообменник 6 направляется к терморегулирующим вентилям. В них хладон-12 дросселируется до давления в испарителе (или практически несколько превышающего давления кипения в испарителе) и направляется в секции испарителя-воздухоохладителя. После прохождения через ТРВ парожидкостная смесь продолжает дросселироваться в трубках на выходе из распределителя жидкости (в «пауке» 4). От состояния проходного сечения этих трубок зависит заполнение хладагентом соответствующего ряда змеевиков батареи воздухоохладителя, что можно наблюдать визуально при появлении инея на калачах.

    Испарители  обеих холодильных машин объединены в один блок так, что все нечетные ряды по ширине блока принадлежат одному испарителю, все четные - другому. Такая конструкция обеспечивает одинаковые условия работы обоих испарителей и позволяет использовать суммарную теплопередающую поверхность ребер при работе одной машины. Над испарителями расположены два вентилятора, которые нагнетают холодный или теплый воздух (до 14000 м³/ч) в воздуховод грузового помещения вагона. Скорость прохождения воздуха через испаритель 8 м/с.

    Холодильная машина имеет регулятор потребляемой мощности. Это автоматический регулятор (дроссель) 3 давления «после себя» типа АДД-40М, который поддерживает давление всасывания не выше заданной величины - от 0,035 до 0,20 МПа. Для облегчения пуска компрессора и разгрузки электродвигателя предусмотрена возможность перепуска паров хладона-12 из нагнетательного трубопровода в испаритель по запасной линии с электромагнитным вентилем 14. Обратный клапан 13 на нагнетательном трубопроводе перед конденсатором препятствует перетеканию хладагента с нагнетательной стороны во всасывающую, что обеспечивает разгрузку компрессора при пуске.

    Оттаивание  инея с испарителя производится, как  обычно, горячими парами хладона-12; получившаяся при этом вода стекает в поддон и отводится наружу из вагона.

    Заданные  температурные режимы в грузовом помещении поддерживаются автоматически.

    Установка имеет реле высокого давления 12 типа РД-2Б-03 и низкого давления 2 типа РД-1Б-01, обеспечивающие автоматическое ее отключение, и подачу соответствующего сигнала на щит управления в дизельном вагоне в случае недопустимого повышения давления на стороне нагнетания или чрезмерного его падения на стороне всасывания. Реле 8 типа РКС-1Б-01 обеспечивает подачу сигнала в случае падения давления в системе смазки каждого компрессора ниже заданного предела.

    

    Рисунок 3 - Схема холодильной установки  ВР-1М 

    5 Тепловой расчет  холодильной машины 

    Тепловой  расчет предусматривает: определение  количества рабочего тела (массового  и объемного расхода), обеспечивающего  требуемую холодопроизводительность; вычисление количества теплоты, отводимой в цикле, а также основных показателей энергетической эффективности.

    Совокупность  процессов, совершаемых хладагентом  в холодильной машине называют холодильным  циклом, а его графическое изображение  – тепловой диаграммой. 

    5.1 Построение диаграммы холодильного  цикла 

         Температура кипения хладагента  в испарителе 

                                                                   

,                                                             (35)

где - температура внутри охлаждаемого помещения.

         По условию 

.

         Температура конденсации хладагента  принимается на выше средней температуры наружного воздуха

                                                      

.                                             (36)

         Температура переохлаждения хладагента принимается на 5 ⁰С выше температуры наружного воздуха

                                                            

.                                                  (37)

         Температура хладагента на выходе из испарителя принимается на выше температуры кипения хладагента

                                                     

.                                               (38)

    При расчете фреоновой холодильной  машины с теплообменником величина перегрева паров в теплообменнике определяется из уравнений теплового баланса

                                                              

,                                                       (39)

,

где - тепловая производительность аппарата, Вт;

       - теплоемкость жидкого фреона-12, ;

         - теплоемкость хладона-12 в парообразном состоянии, ;

        - количество циркулирующего хладагента, кг/ч.

    Приравнивая части уравнения теплового баланса, определяем температуру пара на выходе из теплообменника  

,

.

    Температура паров, всасываемых компрессором , определяется с учетом перегрева паров в электродвигатели компрессора

.

         Значения параметров хладагента во всех точках рабочего чикла заносим в таблицу 12.

         Таблица 12 – Значения параметров хладагента