![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Расчет системы вентиляции пассажирского помещения и выбор параметров вентиляционного агрегата ⇐ ПредыдущаяСтр 8 из 8
Для нормальной работы системы вентиляции необходимо, чтобы ее собственные параметры отвечали определенным оптимальным величинам. Например, для обеспечения заданной производительности при отсутствии повышенного шума необходимо, чтобы скорости движения воздуха в воздуховодах были невелики, а это, в свою очередь, требует достаточно большого сечения воздуховодов. Чтобы использовать вентиляторы низкого давления, которые не создают большого шума и имеют наибольший к.п.д. (а значит, и относительно небольшую потребляемую мощность), необходимо, чтобы аэродинамическое сопротивление системы было невелико. Для этого нужно иметь достаточно большое сечение всех участков воздуховодов при минимальном числе поворотов, сужений, расширений и т.п. Для обеспечения очистки воздуха от пыли при условии смены фильтров не чаще чем через 10 дней и уменьшения аэродинамического сопротивления самих фильтров необходимо установить их в достаточном количестве. При этом устройства системы вентиляции не должны быть громоздкими (иначе будет затруднено размещение другого оборудования), удобными для осмотра в ремонта, пожаробезопасными и иметь соответствующее архитектурное оформление, отвечающее современным требованиям технической эстетики. При проектировании систем вентиляции основные параметры рассчитывают в такой последовательности: производительность вентиляторов; допускаемые скорости движения воздуха; сечение воздуховодов; габариты воздуховодов; аэродинамическое сопротивление системы, определение мощности электродвигателя вентиляторов. Производительность вентиляторов, или по принятой в расчетах вентиляции терминологии расход наружного воздуха, определяют по количеству пассажиров в соответствии с нормами подачи наружного воздуха на одного пассажира. Общую производительность определяют либо исходя из предварительного расчета холодильной установки, либо задавшись соотношением количеств рециркуляционного и наружного воздуха в пределах не более 3 Скорость движения воздуха в воздуховодах принимают по допустимым нормам с последующей корректировкой, учитывающей возможность размещения воздуховодов выбранного сечения и габаритов. Для жилых и общественных помещений, к которым следует относить и пассажирские вагоны, нормальная скорость принята 6-7м/с. При проектировании систем вентиляции вагонов следует учитывать некоторые ограничения по перемещению нормальных скоростей воздуха. В нагнетательном воздуховоде, начиная со служебного отделения (т.е. в тех местах, где шум от потока воздуха увеличивает общий уровень шума в пассажирских помещениях), допускать скорости выше 7 м/с не следует. В крайнем случае, когда невозможно разместить воздуховод требуемых габаритов, разрешается небольшое превышение указанной скорости. При этом обязательно нужно применять противошумные средства (ставить между воздуховодом и подшивным потолком противошумные прокладки и т.п.) В воздуховодах, расположенных за пределами собственно пассажирских помещений (над малыми коридорами, туалетом и в тамбуре), т. е. в местах, где размещаются рециркуляционный канал, диффузор, воздухоохладитель, калорифер, конфузор решетка забора наружного воздуха, можно при необходимости допускать скорости движения воздуха выше 7 м/с. Непосредственно в пассажирском помещении скорость движения воздуха не должна превышать 0, 2 м/с зимой, а при работе холодильной установки в летнее время 0, 25 м/с. Площадь поперечного сечения воздуховодов F подсчитывают, зная расход воздуха и принятые скорости его движения, по формуле:
где F – площадь сечения воздуховода, м2; G – расход воздуха, м3/с; v – скорость движения воздуха, м/с. Габариты воздуховодов определяют по значениям расчетных сечений в соответствии с возможностью их размещения в местах расположения водяных баков, труб отопления, магистральных электропроводов и т.д. Особенно сложно определить габариты на участке, где одновременно проходят нагнетательный воздуховод и канал рециркуляционого воздуха. Поскольку нельзя снижать уровень подшивного потолка больше определенного предела, форму сечении воздуховодов разрешается делать сложной. В жестких купейных и открытых (некупейных) вагонах сечение нагнетательного воздуховода делают коробчатым с прямыми нижним и боковыми листами и дугообразным (по форме крыши вагона) верхним листом. В специальных вагонах размещение нагнетательного воздуховода и его форма могут быть иными. Форма сечения обратного воздуховода, обычно размещаемого у стыка боковой стены с крышей, чаще всего сообразуется с очертаниями этого места вагона. Нагнетательный воздуховод с целью унификации его секций делают, как правило, единого сечения и габаритов по всей длине вагона. Аэродинамическое сопротивление системы вентиляции определяется по методам и формулам, разработанным для гидравлических расчетов, так как при очень незначительных изменениях давления, имеющих место в процессах вентиляции, воздух ведет себя так же, как жидкости. Поэтому сопротивление систем вентиляции в литературе часто называют гидравлическим. Давления, создаваемые вентиляторами, всегда очень малы по сравнению с атмосферным давлением. Поэтому давления в системах вентиляции измеряют не обычными манометрами со спиральной трубкой, а жидкостными (главным образом спиртовым) микроманометрами, где давление отсчитывается по высоте (напору) столба жидкости. В соответствии с этим напор обозначают буквой Н и определяют в паскалях, а давление обозначают буквой р и определяют в килопаскалях. Хотя понятия давление и напор применительно к системам вентиляции идентичны, однако, по принятой терминологии чаще говорят «напор вентилятора», но «давление в сети», «потери давления в сети», реже – «давление вентилятора» или «потери напора». Давление движущегося потока воздуха или полное давление Н п рассматривают, как состоящее из статического Н ст и динамического Н д давлений (напоров): Н п = Н ст + Н д. (9.2) Динамическое давление зависит от скорости движения потока в воздуховоде (точное от квадрата скорости). Аэродинамическое сопротивление системы вентиляции равно сумме аэродинамических сопротивлений каждого из последовательно соединенных участков. При наличии параллельных участков, например, при наличии канала возвратного воздуховода, и участка для прохода наружного воздуха, применяют в расчет только одну ветвь, имеющую большее сопротивление (в приведенном далее примере - ветвь возвратного воздуховода). При экспериментальной проверке определяют аэродинамическое сопротивление каждого участка (или нескольких последовательных участков) сети вентиляции по разности полных давлений до и после этого участка или иначе по потере давления на данном участке, поэтому аэродинамическое сопротивление системы вентиляции рассматривают и определяют как сумму потерь давления. По характеру и способу расчета потери разделяют на потери давления, на преодоление трения Н тр и потери давления в местных сопротивлениях Н м. Таким образом, Н п =Н тр + Н м. (9.3) Потери давления на трение определяют только на прямых участках воздуховода постоянного сечения. Эти потери имеются и на любом другом участке воздуховода независимо от наличия поворотов, сужений или расширений, но тогда они учитываются одновременно с потерями давления в местных сопротивлениях по другой методике. Потери давления на трение (Па) подсчитывают по формуле:
где l - длина воздуховода, м; Коэффициент сопротивления трению, или просто коэффициент трения, зависит от режима движения воздуха, его кинематической вязкости и характера внутренней поверхности воздуховода. Режим движения определяется безразмерным числом или критерием Рейнольдса Re, значение которого при ламинарном (спокойном) потоке воздуха меньше 2300, а при турбулентном (с завихрениями) потоке может достигать нескольких сотен тысяч. Кинетическая вязкость воздуха или другого газа, или какой-либо жидкости определяется силами межмолекулярных связей (для жидкостей она в несколько сотен раз больше, чем для газов). Характер поверхности воздуховода определяется характером материала (сталь, алюминий, стеклопластик), а также его окраской и степенью относительной шероховатости (отношением высоты выступов к размеру воздуховода). Расчет значений Для удобства пользования в справочниках часто приводят сразу значения Как правило, в справочниках приводятся данные для круглых воздуховодов, в которых потери от трения минимальны, так как в них отношение периметра сечения к его площади также имеет минимальное значение. Поэтому вентиляционные воздуховоды из тонколистовой стали чаще всего выполняют круглыми, что и удобнее, и дешевле.
Таблица 9.1
Однако в системах вентиляции вагонов круглые воздуховоды не применяются, поэтому при расчетах потерь давления на трение необходимо определять эквивалентный диаметр. В данной методике расчета1 эквивалентный диаметр прямоугольного воздуховода со сторонами а и b определяется по формуле:
где а – основание, b – высота прямоугольника. При сложной конфигурации воздуховода вначале подсчитывают по правилам геометрии площадь сечения, затем определяют эквивалентные размеры а и b и вычисляют Потери давления в местных сопротивлениях определяют по формуле:
где Большая часть коэффициентов местного сопротивления определяется экспериментально или по эмпирическим формулам, но с последующей опытной проверкой. При расчетах систем вентиляции коэффициенты местного сопротивления таких узлов, как калорифер, воздухоохладитель и фильтры, берут по справочникам (если они серийные, общепромышленного изготовления) или по данным проектирующих и поставляющих организаций, которые обязаны производить стендовые испытания и определять все основные параметры оборудования. При этом обычно даются не коэффициенты местного сопротивления, а готовые значения Н м. Это же относится и к узлам, проектируемым и изготовляемым вагоностроительными заводами (заборные решетки, выпуски), значения Н м для которых определяются экспериментально. Значения коэффициентов местного сопротивления типовых узлов - изогнутых воздуховодов, различных поворотов, обходов, колен, дросселей, диафрагм, сужений и расширений, диффузоров, конфузоров, шахт, сопел, тройников, сеток и т.д. (не менее 50 видов и типоразмеров) берут из таблицы 9 [7], с.71. В данной таблице указаны значения Из числовых значений коэффициентов местных сопротивлений, приведенных в [7] стр. 71, табл. 9, можно видеть, настолько важно не иметь в воздуховодах крутых поворотов и острых углов и аккуратно пригонять прокладки и фланцы. При угле поворота 90° местное сопротивление воздуховода в два с лишним раза больше, чем при угле 30°, и в 4 раза больше, чем при угле 15°. Значение Расчетная схема сети вентиляции с рециркуляцией воздуха пассажирского вагона показана на рис. 9.1
Рис. 9.1 Расчетная схема сети вентиляции с рециркуляцией воздуха пассажирского вагона: а - расчетный участок конфузора; б - л - расчетные участки нагнетательного воздуховода; м - расчетный участок возвратного воздуховода.
На основании опыта и расчётов [7], с.73-75 можно заключить, что аэродинамическое сопротивление воздуховодов и мелких местных сопротивлений по сравнению с сопротивлением фильтров (50-100 Па), калорифера (120-160 Па), воздухоохладителя (140-170 Па) крайне мало. По аэродинамическому сопротивлению системы подбирают серийный или проектируют специальный вентилятор, а по его характеристике подбирают мощность электродвигателя. Полезную мощность двигателя (кВт) ориентировочно, еще не имея характеристики вентилятора, можно рассчитывать по формуле:
где Значение Практически новый вентилятор приходится выбирать лишь для принципиально новых вагонов с новыми системами вентиляции или кондиционирования воздуха. При этом проектные организации должны по возможности предусмотреть использование уже существующих вентиляторов. В качестве очередной задачи стоит вопрос о разработке унифицированной вентиляционной установки, способной обеспечить требуемый режим в любом пассажирском вагоне. 10. РАСЧЁТ И ВЫБОР УЗЛОВ СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ Система отопления должна: иметь достаточную теплопроизводительность; обеспечивать равномерную температуру по длине и высоте пассажирских помещений; давать возможность регулирования отдачи тепла при изменении температуры наружного воздуха в пределах от +10 до -40° С; иметь температуру поверхностей нагревательных приборов, с которыми могут соприкасаться пассажиры, не выше 65° С; быть безопасной в пожарном отношении; не выделять копоти и запахов и не загрязнять вагон; быть простой и удобной в обслуживании. Основы расчета котлов. При проектировании котлов их основные параметры — величина поверхности нагрева, площадь колосниковой решетки, объем топки (топочного пространства), водяной объем и т. д.—определяются теплотехническими расчетами. Ниже приведены формулы для расчёта поверхности нагрева и расхода топлива для котла с водяной рубашкой для пассажирского вагона с длиной кузова 23, 6 м при максимальной расчетной нагрузке. Значение теплопередающей поверхности (м2) от топки и дымовых газов определяется по формуле:
где Для небольших котлов с водяной рубашкой без обмуровки (теплоизоляции) коэффициент β принимается 1, 05—1, 1. Для котлов с небольшим количеством люков (котлы верхнего горения) принимается меньшее значение этого коэффициента, для котлов с большим количеством люков (котлы нижнего горения конструкции заводов ГДР) — большее. Значение Пк для котлов с водяной рубашкой выбирается в пределах 9, 0—11, 5 кВт/м2 (8000—10 000 ккал/м2). Расчет ведется для условий максимальной теплоотдачи, при которой достигается температура воды в котле 95° С, и температура в топке также максимальная. Расход топлива (кг/с) определяется по формуле:
где Gт — массовый расход топлива, кг/с; Т - удельная теплота сгорания топлива (теплотворная способность), кДж/кг, (принимается для используемого на железнодорожном транспорте угля Т=27000кДж/кг); η к — к. п. д. котла. Вагоны начинают отапливать при температуре наружного воздуха 100С и ниже. Во время топки котла нужно поддерживать постоянное горение топлива и необходимую температуру воды в котле. Ориентировочная зависимость температуры воды в котле от температуры наружного воздуха приведена в таблице 9.1. В зависимости от температуры наружного воздуха приказом МПС установлены нормы выдачи топлива на отопление одного пассажирского вагона, которые приведены в таблице 9.2.
Таблица 9.1
Таблица 9.2
Расчет калориферов. Калориферы (по «отопительной» терминологии) или воздухоподогреватели (по «вентиляционной» терминологии) предназначены для подогрева подаваемого в вагон вентилирующего воздуха и являются теплообменными аппаратами «жидкость— газ», в данном случае «вода — воздух». В калориферах вода и воздух проходят раздельными путями, а разделяющая их поверхность является поверхностью теплообмена. Расчёты гидравлического и аэродинамического сопротивления калориферов производят по формулам (9.4) и (9.6), причём значения По количествам и температурам воды и воздуха, можно определить теплопроизводительность, к.п.д. и коэффициент теплопередачи калорифера. Теплопроизводительность по воздуху определяется по формуле (4.18). Теплопроизводительность по воде подсчитывается по этой же формуле, но вместо плотности и теплоёмкости воздуха берутся эти же параметры для воды. Коэффициент полезного действия η кал определяется как частное от деления теплопроизводительности по воздуху на теплопроизводительность по воде:
Коэффициент теплопередачи теплообменного калорифера в Вт/(м2*К) определяется по формуле:
где Физический коэффициент теплопередачи теплообменной поверхности калориферов зависит от их типа и конструктивного решения и от теплопроводности теплообменной поверхности. Для определения значения этого коэффициента в ходе проектирования используют скорости движения воды и воздуха. Для пластинчатых стальных калориферов при небольших (до 0, 6 м/с) скоростях движения воды пользуются формулой:
КК = 19, 4 (υ γ)0, 297 ω 0, 224, (9.12)
где υ – скорость движения воздуха при проходе через калорифер, м/с; γ — плотность (объемная масса) воздуха, равная 1, 2 кг/м3; ω — скорость движения воды, м/с. Произведение υ γ является массовой скоростью воздуха и имеет размерность кг/(м2∙ с). Скорость движения воздуха, определенная по известным значениям производительности вентиляции (G = 0, 76 м3/с, или 2660 м3/ч) и живого сечения калорифера (fв = 0, 2 м2) по формуле (9.1), равна 3, 7 м/с и в зимнем режиме работы является, как правило, величиной постоянной. Скорость движения воды вследствие разных режимов топки котла и разных температур воздуха на входе в калорифер, которые зависят от температуры наружного воздуха, не является постоянной и изменяется в довольно широком пределе. Расчёт нагревательных приборов. Поверхность нагрева отопительных труб FT в м2 подсчитывается по формуле (9.11), преобразованной в удобный вид:
где QT - тепловая мощность, которую должны иметь трубы, Вт (рассчитанная по формуле 4.19); Кт - коэффициент теплопередачи труб, Вт/(м2 ∙ К), (принимается 10 Вт/(м2∙ К)).
Литература 1. Фаерштейн Ю.О., Китаев Б.Н. Кондиционирование воздуха в пассажирских вагонах. М., Транспорт, 1984. 2. Осадчук Г.И., Фарафонов Е.С. Холодильное оборудование вагонов и кондиционирование воздуха. М.: Транспорт, 1986. 3. Тертеров М.И., Лысенко И.П., Панферов В.Н. Железнодорожный хладотранспорт. М.: Транспорт, 1987. 4. Фаерштейн Ю.О. Искусственный климат в пассажирском вагоне. М., Транспорт, 1974. 5. Маханько К.Г. и др. Кондиционирование воздуха в пассажирских вагонах и локомотивах. М., Транспорт, 1984. 6. Демьянков Н.В. Холодильные машины и установки. М.: Транспорт, 1976. 7. Зворыкин М.Л., Черкез В.М. Кондиционирование воздуха в пассажирских вагонах. М.: Транспорт, 1987. 8. Тертеров Н.М. и др. Хладотранспорт (с примерами решения задач). М.: Транспорт, 1985. 9. Ким Н.С. и др. Ремонт установок кондиционирования воздуха пассажирских вагонов. М.: Транспорт, 1977. 10. Болотин З.М. и др. Электрическое и комбинированное отопление пассажирских вагонов М.: Транспорт, 1989. 11. Егоров В.П. Электрооборудование пассажирских вагонов. М.: Транспорт, 1987. 12. Саутенков В.А., Ягодин С.К. Изотермический подвижной состав. М.: Транспорт, 1986. 13. Китаев Б.Н. Теплообменные процессы при эксплуатации вагонов. М.: Транспорт, 1984. 14. Холодильная техника. Справочник: В 3 т. М.: Пищевая промышленность, 1978. 15. Канторович В.И. Основы автоматизации холодильных установок. М.: Пищевая промышленность, 1968. 16. Теплотехнический справочник, 1-2 т. М.: Энергия, 1975, 1976. 17. Сидоров Ю.П. Основы кондиционирования. М. Транспорт, 1984.
Примечание: остекление – двойное; внутренняя обшивка: ДВП, фанера, линолеум.
П. 2-1. План точек измерения для проверки на герметичность (кондиционер МАБ-II).
П. 2-2. План точек измерения для проверки на герметичность (кондиционер МАБ-036).
П. 2-3. Схема пневмогидравлическая принципиальная (Установка кондиционирования воздуха УКВ-31 фирмы «Остров»).
Рис. П. 2-3.1 Компоновочная схема установки кондиционера фирмы «Остров».
П. 2-5. Схемахолодильной машины KLD45GFI.
Содержание стр.
|