Побудова в Id-діаграмі процесів обробки повітря в системі охолодження для рефрижераторного вагона

Читайте также:

При розгляданні процесів зміни параметрів повітря у вантажному приміщенні рефрижераторного вагона вважають, що процес повністю встановився, тобто вантаж не виділяє вологи і відносна вологість повітря на виході з повітроохолоджувача знаходиться в межах = 85...95%.

Рисунок 5.1 - Система охолодження рефрижераторного вагона:

t_в - середня температура повітря у вантажному приміщенні вагона, °С;

t_c - температура повітря на виході з вантажного приміщення вагона, 'С;

t_d - температура повітря на вході повітроохолоджувача, °С;

t_o - температура кипіння рідкого холодоагенту в повітроохолоджувачі, °С;

t - температура повітря на виході повітроохолоджувача, °С;

t_а - температура повітря на вході до вантажного приміщення вагона, °С;

L - сумарні витрати повітря через вагон;

L_iнф - кількість інфільтраційного повітря.

Рисунок 5.2 - Процеси обробки повітря в системі охолодження в Id- діаграмі

Лінія (а-с) - підігрів повітря у вантажному приміщенні вагона за рахунок охолодження вантажу;

лінія (с-d) - переміщення повітря з вантажного приміщення вагону з інфільтраційним повітрям перед повітроохолоджувачем;

лінія {(і-/) - охолодження повітря у повітроохолоджувачі;

лінія (/-а) - переміщення повітря на виході з повітроохолоджувача з інфільтраційним повітрям.

Під час руху у вантажне приміщення вагона потрапляє інфільтраційне повітря через різноманітні отвори.

При розрахунках умовно вважають, що інфільтраційне повітря надходить до вантажного приміщення двома шляхами: безпосередньо перед повітроохолоджувачем і одразу після повітроохолоджувача.

Температурний режим у вантажному приміщенні вагона при перевезенні вантажу задається нижньою та верхньою межею.

= - ; (5.1)

= + , (5.2)

де – перепад температур повітря на вході та виході з вантажного приміщення вагона ( =4...6 ° С).

= 3.5 - = 1°С.

= 3.5 + = 6 °С.

Параметри повітря на вході до вантажного приміщення вагона в Id-діаграмі відповідають точці а, яка знаходиться на перетині ізотерми = 1 °С та лінії відносної вологості = 90%.

У вантажному приміщенні вагона повітря підігрівається при постійному вологовмісті = сonst до температури . Точка с, що відповідає параметрам повітря на виході з вантажного приміщення вагона, знаходиться на перетині лінії постійного вологовмісту d_а = сonst та ізотерми .

По Id- діаграмі визначаємо ентальпії повітря на вході (І_а, кДж/кг) та на виході (I_c, кДж/кг) з вантажного приміщення вагона.

Визначаємо сумарні витрати повітря через вагон, кг/год:

L = , (5.3) де Q - сумарна кількість тепла, яка надходить до вантажного;приміщення
рефрижераторного вагона, Вт.

L = = 11013,74 кг/год.

Визначаємо кількість інфільтраційного повітря, кг/год:

L = V ∙ _з, (5.4)

де V - об'єм інфільтраційного повітря, V = 40 м /год;

_з - густина зовнішнього повітря, кг/ м .

_з= , (5.5)

де Р_е - тиск зовн ішнього повітря, Р_е = 10⁵ Па;

R- газова стала повітря, R= 287 Дж/кгК;

Т₃ - абсолютна температура зовнішнього повітря, (Т₃ = 273 + tз)K.

Т₃ = 273 + 32=305 K.

З формули 5.5 визначимо:

_з= = 1,14 кг/ м.

З формули 5.4 визначимо:

L = 40 ∙ 1,14 = 45,6 кг/год.

Повітря з параметрами на вході до вантажного приміщення, точка а, є результатом переміщення порції повітря, що пройшло через повітроохолоджувач та половини інфільтраційного повітря.

Точка з, що відповідає, на діаграмі параметрам зовнішнього повітря, знаходиться на перетині ізотерми t_з = соnst лінії відносної вологості φ₃ = соnst.

З'єднаємо відрізки точки з та а. На продовженні прямої з-а буде знаходитись точка T, параметрами повітря на виході з повітроохолоджувача до зміщування з інфільтраційним повітрям.

Відрізок а-f мм а діаграмі дорівнює:

аf = , (5.6)

аf = = 0.2448 мм.

де аз - довжина відрізка на діаграмі, мм.

Перед повітроохолоджувачем також відбувається змішування повітря, яке надходить з вантажного приміщення з інфільтраційним повітрям.

До повітроохолоджувача повітря надходить більш теплим, ніж виходить з вантажного приміщення.

Точка d з параметрами змішування повітря, яке надходить з вантажного приміщення з інфільтраційним повітрям на діаграмі знаходиться на лінії с-з.

Положення точки d визначається відрізком с-d в мм, яке знаходиться з відношення:

cd= , (5 .7)

cd= =0,2112 мм.

де сз - довжина відрізка на діаграмі, мм.

З’єднуємо точки d і f прямою. Пряма d-f відображає процес охолодження повітря в повітроохолоджувачі.

Визначаємо корисну холодопродуктивність холодильної установки рефрижераторного вагона, Вт

Q = , (5.8)

де Id - ентальпія повітря на вході повітроохолоджувача, КДж/кг;

If- ентальпія повітря на виході з повітроохолоджувача, КДж/кг;

Q = =16214,67 Вт.

Потужність вентилятора-циркулятора, Вт:

N = , (5.9)

де Н — гідравлічний опір системи охолодження та повітропроводів,

H= 2000 Па;

-ККД вентилятора, = 0,625;

_с - середня густина повітря, кг/ м.

_с= , (5.10)

_с= = 1.27 кг/ м ,

З ф ормули 5.9 визначимо:

N = = 7708,66 Вт.

Теплонадходження у вантажне приміщення вагона від роботи вентилятора складає, Вт

Q=N =7708,66 Вт

Максимальна холодопродуктивність холодильної установки рефрижераторного вагона, що споживається, Вт

Q = Q + Q , (5.11)

Q = 16214,67 +7708,66 = 23923,33 Вт.

У рефрижераторному вагоні холодильна установка має дві холодильні машини. Кожна виробляє 75% максимальної холодопродуктивності, що споживається.

Холодопродуктивність однієї холодильної машини, Вт:

Q = 0,75 · Q , (5.12)

Q = 0,75 ∙23923,33 = 17942,5 Вт.

Температура кипіння рідкого холодоагенту у випарнику холодильної машини повинна бути нижчою за температуру повітря на вході у вантажне приміщення рефрижераторного вагона на 8... 10 °С.

t =t_а- (8 … 10 °С) (5.13)

t = 1 - 10 = -9 °С

6.Побудова в Іq р-і діаграмі циклу холодильної машини та його розрахунок

Для побудови холодильного циклу визначаємо температурний режим циклу.

По температурі зовнішнього повітря t визначаємо температуру конденсації холодоагенту t у повітряному конденсаторі. Температура конденсації

t вище температури зовнішнього повітря t на 8... 12°С.

t = t + (8…..12), (6.1)

t = 32 + 8 = 40 °С.

За значеннями температури конденсації t = 40 °С і температури кипіння t = -9°С по Іgр-і діаграмі визначаємо тиск конденсації Р_к=1 тиску кипіння P =021.

За знайденим значенням тиску конденсації Р_к= сonst і тиску кипіння P =сonst холодоагенту робимо перевірку на кількість студеней стиску холодоагенту в холодильній машині.

При Р_к / P >9 переходять до двоступінчастого стиску.

Приймаємо одноступеневе стиснення.

Для побудови характерних точок циклу холодильної машини в Іgр-і діаграмі визначаємо:

- температуру всмоктування t_вс пари холодоагенту в компресор з урахуванням перегріву;

- температура переохолодження t рідкого холодоагенту перед дроселюванням.

- температура всмоктування пари холодоагенту в компресор t_вс на 15... З 0°С вище, температури кипіння t холодоагенту у випарнику.

t_вс= t + (15…30) (6.2)

З формули 6.2 визначимо:

t_вс= -9+ 29 = 20 °С

Температура переохолодження рідкого холодоагенту перед дроселюванням на 3...6 С нижче температури конденсації.

t = t -(3…6), (6 .3)

t = 40 – 5 =35 °С.

По температурному режимі будуємо цикл холодильної машини в lgр-і діаграмі для холодоагенту і визначаємо значення параметрів холодоагенту в характерних точках циклу.

Рисунок 6.1 - Цикл холодильної машини в 1gр-і діаграмі

Лінія (4-1) - ізотермічний і ізобарний процес кипіння холодоагенту у випарнику;

лінія (1-1^¢) - ізобарний перегрів пари холодоагенту на всмоктуванні в

компресор;

лінія (1^∙-2) - адіабатний процес стиску холодоагенту в компресорі;

лінія (2-2') - ізобарний процес охолодження перегрітої пари до сухої насиченої пари в конденсаторі;

лінія (2'-3) - ізотермічний і ізобарний процеси конденсації холодоагенту в конденсаторі;

лінія (3-3') - ізобарний процес переохолодження рідкого холодоагенту перед дроселюванням;

лінія (3'-4) - ізоентальпнй процес дроселювання рідкого холодоагенту.

На перетині ізобари конденсації Р_к= сonst зі шкалою тиску визначаємо тиск конденсації холодоагенту. Використовуючи ізотерми й ізобари кипіння і конденсації, будуємо цикл холодильної машини.

У теоретичному циклі холодильної машини після кипіння у випарнику холодоагент знаходиться в стані сухої насиченої пари при температурі кипіння t = сonst і тиску кипіння P =сonst.

На перетині ізотерми t = сonst і ізобари кипіння P =сonst з верхньої граничної кривої (х=1) знаходимо точку 1 що відповідає параметрам холодоагенту після кипіння у випарнику.

У компресор всмоктується перегріта пара холодоагенту при тиску кипіння P =сonst і температурі всмоктування І_вс = сonst.

Знаходимо значення температури всмоктування І_вс = соnst на верхній граничній кривій (х = 1) і на перетині ізотерми всмоктування t_сd= соnst, що в області перегрітої пари зображується падаючої кривої з ізобарою кипіння P =сonst наносимо точку 1', що відповідає параметрам холодоагенту на всмоктуванні в компресор.

Про цес дроселювання рідкого холодоагенту здійснюється при постійній ентальпії i = const від тиску конденсації Р_к = const до тиску кипіння холодоагенту P =сonst.

З точки З' проводимо ізоентальпу дроселювання і=const, що зображується вертикальною прямою до перетину з ізобарою кипіння P =сonst і ізотермою кипіння to = const в області вологої пари і наносимо точку 4, що відповідає параметрам холодоагенту наприкінці процесу дроселювання і на вході холодоагенту у випарник.

Процес кипіння рідкого холодоагенту у випарнику протікає при постійній температурі кипіння t₀ = const і тиску кипіння P =сonst, на діаграмі цей процес зображується ізотермою і ізобарою кипіння.

Визначимо параметри холодоагенту у характерних точках та їх значення заносимо до таблиці 6.1.

Таблиця 6.1 - Параметри холодоагенту у характерних точках циклу

Параметри	t , °С	P, MПa	I,кДж/кг	V, м³ /кг
	-9	0,21		0,095
1’	+20	0,21		0,108
	+71	1,0		0,025
. 2’	+40	1,0		0,02
	+40	1,0		−
3’	+35	1,0		−
	-9	0,21		−