1.Вентиляционная система вагона
Вентиляциявоздуха предназначена для удаления воздуха из помещений вагона и замены егочистым наружным, а также создания нормальных санитарно-гигиенических условийпребывания пассажиров и обслуживающего персонала. Существует два видавентиляции: естественная и принудительная. В пассажирских вагонах применяетсякак естественная, так и принудительная (механическая) вентиляция. По принципуработы вентиляцию разделяют на приточную, вытяжную и приточно-вытяжную.
Системавентиляции и кондиционирования вагонов должна отвечать следующим требованиям:
· Системавентиляции должна быть рассчитана на непрерывную работу для обеспечения подачинаружного воздуха летом не менее /> и зимойне менее /> на каждое место в вагоне.
· Скоростьдвижения воздуха в местах нахождения пассажиров не должна превышать в зимнийпериод />, а при работе кондиционерав летний период -/>. В вагонах безкондиционирования воздуха в летний период допускается скорость движения воздуха/>.
· Подаваемыйв вагон воздух должен быть очищен с помощью фильтров. Запыленность подаваемоговоздуха после его очистки не должна превышать />.
· Системакондиционирования воздуха должна обеспечивать равномерное охлаждение вагона.Температура подаваемого в вагон воздуха при его охлаждении не должна быть ниже />.
· Объемрециркуляционного воздуха должен составлять не более />, при этом обязательноналичие обеззараживателей воздуха.
· Относительнаявлажность воздуха в вагонах первого класса должна составлять />, в вагонах второго итретьего класса -/>
С учетомданных требований система вентиляции и кондиционирования используется в вагонедля поддержания определенного микроклимата как в теплое время года, так и вхолодные периоды.
Системавентиляции вагона включает: заборные жалюзи, инерционные и сетчатый фильтры,вентилятор, диффузор, воздухонагреватель, конфузор, воздуховод, вентиляционныерешетки и дефлекторы, противопожарную заслонку.
1.1 Принципиальнаясхема вентиляционной системы
Принципиальнаясхема вентиляционной системы представлена на рисунке 1
/>
Рис. 1.1Принципиальна схема вентиляционной системы
1 –жалюзийные решетки для забора наружного воздуха;
2 – воздушныезаслонки;
3 – воздушныйфильтр;
4 –вентилятор;
5 – приводнойэлектродвигатель;
6 – диффузор;
7 –воздухоохладитель;
8 –воздухонагреватель;
9 – конфузор;
10 –противопожарная заслонка с плавкой вставкой, ручным приводом,
Сигнальнымотростком;
11 –нагнетательный воздуховод;
12 –воздухораспределитель;
13 –дефлектор;
14 – вытяжныерешетки в дверях туалетов;
15 – вытяжныерешетки в дверях перегородки между пассажирскими
Помещениями ималыми коридорами;
16 – вытяжнаярешетка купе отдыха поездной бригады;
17 – вытяжнаярешетка служебного отделения;
18 –вентиляционные жалюзи электрораспределительного щита;
19 –электрораспределительный щит;
20 –вентиляционный дефлектор электрораспределительного щита.
1.2Определение необходимой производительности вентиляционного агрегата, расчет ивыбор основных элементов
Определяемнеобходимое количество наружного воздуха из соотношения:
/>
/>,
где Vp – количестворециркуляционного воздуха, Vp=2900 м3/час
/>
Определяемобщее количество воздуха:
/> (1.3)
/>
Определяемсвободную площадь жалюзийных решеток по формуле:
/> (1.4)
где /> — допустимая скорость черезодну решетку, м/с;
/>.
/>
Определяемплощадь заборного окна:
/> (1.6)
где /> – коэффициент живогосечения жалюзийной решетки;
/>
/>,
Определяемразмеры жалюзийной решетки (рис 2).
/>
Рис. 1.2Жалюзийная решетка
Принимаем />, сторону />определяем с учетом площадижалюзийных решеток />:
/> (1.7)
/>
Определяемколичество ячеек в фильтре по формуле:
/> (1.8)
где /> – количество воздуха,проходящего через одну ячейку;
/>.
/>
Принимаем навагоне 4 ячейки – по две с каждой стороны. Нагнетательный воздуховод выполняютв виде секций из тонкого стального листа по форме крыши.
Определимплощадь поперечного сечения воздуховода по формуле:
/> (1.9)
где /> – допустимая скоростьвоздуха на входе в воздуховод, м/с;
/>
/>
Определяемразмеры воздуховода (рис 3).
/>
Рис. 1.3Воздуховод
Принимаем />, тогда размер />определим по формуле:
/> (1.10)
/>
Определим размерыдефлектора (рис. 1.4)
Рассчитаемдиаметр патрубка на входе в устройство по формуле:
/> (1.11)
где /> – скорость воздуха впатрубке, м/с;
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
Рис. 1.4Дефлектор
1.3 Аэродинамическийрасчет вентиляционной сети
Целью расчетаявляется определение давления, которое должен обеспечить вентилятор, чтобы былаобеспечена необходимая воздухопроизводительность вентиляционной системы.
Расчетначинаем из составления аэродинамической безмасштабной схемы (рис 1.5).
/>
Рис. 1.5Аэродинамическая схема
Определяемдавление, которое должен развить вентилятор по формуле:
/> (1.12)
где /> – потери давления в сети,Па;
/> – избыточное давление впомещении вагона, Па;
/>
/> — коэффициент запаса,учитывающий потери, которые невозможно
подсчитать;
/>.
Потеридавления в сети:
/> (1.13)
где /> – потери давлениявоздуховода, Па;
/> — потери давления ваппаратах вентиляционной сети, Па.
Потеридавления воздуховода:
/> (1.14)
где /> – потери на преодолениесил трения на прямолинейных участках воздуховода, Па;
/> — потери в местныхсопротивлениях воздуховода, которые имеют место в узлах воздуховода, гдепроисходит отрыв потоков воздуха от стенок, образованием завихрений в местеотрыва и потерь давления в зоне отрыва воздушного потока.
Потери вместных сопротивлениях воздуховода определяем по формуле:
/> (1.15)
где /> – коэффициент трения,который зависит от характера движения воздушного потока, состояния внутреннейповерхности, шероховатости;
/> — длина участкавоздуховода, м;
/>;
/> — эквивалентный диаметрвоздуховода, м;
/> — скорость движениявоздуха, м/с;
/> — плотность воздуха,/>;
/>.
Разобьемвоздуховод на 10 участков и для каждого участка определим Скорость движениявоздуха по формуле:
/> (1.16)
Скоростьвоздуха на десятом участке:
/>
Определяемэквивалентный диаметр воздуховода по формуле:
/> (1.17)
/>
Определяемкоэффициент трения, который зависит от характера движения воздушного потока,состояния внутренней поверхности, шероховатости по формуле:
/> (1.18)
где /> – число Рейнольца.
ЧислоРейнольца определяем по формуле:
/> (1.19)
где /> – кинематическая вязкостьвоздуха;
/>.
Определимчисло Рейнольца на десятом участке:
/>
Определяемкоэффициент трения на десятом участке:
/>
Дальнейшийрасчет делаем в табличной форме
Таблица 1.1 –таблица конечных результатовУчастки
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>,
Па
/>
/>,
Па 1 0,154 0,7 0,49 11200 0,03 0,294 0,064 – – 2 0,308 1,4 1,96 22400 0,026 1,176 0,222 – – 3 0,462 2,1 4,41 33600 0,023 2,646 0,444 – – 4 0,616 2,8 7,84 44800 0,022 4,704 0,755 – – 5 0,77 3,5 12,25 56000 0,020 7,35 1,072 – – 6 0,924 4,2 17,64 67200 0,0196 10,584 1,513 – – 7 1,078 4,9 24,01 78400 0,019 14,406 1,996 – – 8 1,232 5,6 31,36 89600 0,018 18,816 2,469 – – 9 1,386 6,3 39,69 100800 0,0177 23,814 3,073 – – 10 1,54 7 49 112000 0,017 29,4 3,644 0,2 5,88 Всего 15,252
Определяемместные сопротивления элементов вентиляционной системы.
К нимотносятся повороты воздуховода, изменение сечений воздуховода, ответвления.
Коэффициентместного сопротивления при переходе воздушного потока из выпускного окнавентилятора в калорифер определяем по формуле:
/> (1.20)
где /> — площадь сечениявыпускного окна вентилятора, />;
/>;
/> – площадь сечениякалорифера,/>;
/>.
/>
/>
Рис. 1.6Диффузор
Определяемпотери в местных сопротивлениях диффузора:
/>
/>
/>
/>
Определяемкоэффициент местного сопротивления в конфузоре по формуле:
/> (1.21)
где /> — большой угол конфузора;
/>.
/>
Потери вместных сопротивлениях конфузора:
/>
/>
/>
/>
/>
Рис. 1.7Конфузор
Потеридавления воздуховода:
/>
Потеридавления в аппаратах:
/> (1.22)
Где /> — аэродинамическоесопротивление фильтра, Па;
/>;
/> — аэродинамическоесопротивление воздухоохладителя, Па;
/>
/> — аэродинамическоесопротивление калорифера, Па;
/>
/> — аэродинамическоесопротивление выпусков, Па;
/>
/> — аэродинамическоесопротивление жалюзи, Па;
/>
Потеридавления в аппаратах не рассчитываем, а принимаем по данным заводаизготовителя, которые в паспорте указывают аэродинамическое сопротивление приопределенном расходе воздуха.
/>
Потеридавления в сети:
/>
Определяемдавление, которое должен развить вентилятор:
/>
1.4 Расчет основных размерови построение спирального кожуха радиального вентилятора
Рассчитываемудельную быстроходность по формуле:
/> (1.23)
где /> — производительностьвентилятора,/>;
/>
/>
/> — давление, развиваемоевентилятором, Па;
/>;
/> — частота вращения, об/мин;
/>
/>
Выбираем уголустановки лопастей:
– длявходных кромок />;
– уголна выходе />.
/>
Определяемнаружный диаметр по формуле:
/> (1.25)
/>
Ширины колесаопределяется по формуле:
/> (1.26)
где /> — коэффициент запаса;
/>.
/>
Определяемчисло лопастей по формуле:
/> (1.27)
/>
Мощность,расходуемая на колесо:
/> (1.28)
где/> — КПД вентилятора слопастями загнутыми вперед;
/>
/>
Определяемширину кожуха по формуле:
/> (1.29)
/>
Сторонаконструкторского квадрата:
/> (1.30)
/>
Дляпостроения спирального кожуха радиального вентилятора используем методконструкторского аппарата, который заключается в следующем.
В центревентилятора вычеркиваем конструкторский квадрат со стороною />. Вычеркиваем наружнуюокружность ротора диаметром /> инамечаем точку скругления горловины – точку К. От точки К по вертикали осиоткладываем точку />, этой точкойопределяем величину раскрытия кожуха, в этом месте стенка кожуха наиболееотдалена от окружности колеса в радиальном направлении.
С каждойвершины квадрата поочередно проводим дугу радиусом />,которые определяют контур спирального кожуха. Участок дуги с центром вчетвертом углу квадрата /> называется«языком» квадрата – это минимальное расстояние от окружности колеса до стенкикожуха. На рисунке 1.8 приведена схема спирального кожуха радиальноговентилятора.
2. Системаводяного отопления
Основнымвидом отопления в вагоне является система водяного отопления открытого типа сестественной циркуляцией воздуха в нормальном режиме работы. Для усиленияобогрева вагона при низких наружных температурах, а также для сокращениявремени предварительного обогрева включают водяной насос. В вагоне скондиционированием воздуха существует дополнительная система электрическогоотопления.
2.1Необходимая теплопроизводительность системы отопления, расчет теплотехническихпараметров котла, нагревательных труб, калорифера, бойлера
Целью расчетаявляется определение теплопроизводительности отопительной системы,теплотехнических параметров котла, нагревательных труб, калорифера.
Необходимаятеплопроизводительность отопительной системы:
/>, (2.1)
где /> – теплопотери внутреннегообъема вагона, через ограждение вследствие разности температур внутри и снаруживагона, эти потери включают инфильтрацию, Вт;
/> – затраты тепла наподогрев наружного вентиляционного воздуха, Вт;
/> – затраты тепла нагорячее водоснабжение, Вт;
/> – явное тепловыделениелюдей, Вт.
Теплопотеривнутреннего объема вагона определяем по формуле:
/> (2.2)
где /> — коэффициент теплопередачикузова, />;
/> – площадьтеплопередающей поверхности ограждения кузова, />;
/> – температура внутривагона,/>;
/> – температура снаруживагона, />.
Принимаем:
/>;
/>;
/>;
/>
/>
Затраты теплана подогрев наружного вентиляционного воздуха:
/> (2.3)
Где /> — теплоемкость воздуха, />;
/> – плотность воздуха, />;
/> – объем наружноговоздуха, поступающего в вагон, />;
/> – температура приточноговоздуха, />.
Принимаем:
/>;
/>;
/>.
Определяемтемпературу приточного воздуха по формуле:
/> (2.4)
/>
/>
Затраты теплана горячее водоснабжение:
/> (2.5)
где /> – теплоемкость воды,/>;
/> – суточной расход воды, />;
/> – количество мест ввагоне;
/> — температура горячейводы, />;
/> – начальная температураводы, />;
/> — суточная длительностьпотребления воды, />;
3600 –перевод час в сут.
Принимаем:
/>;
/>;
/>;
/>;
/>;
/>.
/>
Явноетепловыделение людей определяем по формуле:
/> (2.6)
где 0,5 –коэффициент, учитывающий 50% заселенности вагона;
/> – количество мест ввагоне;
/> – явное тепловыделениеодного человека.
Принимаем:
/>;
/>.
/>.
/>.
Определяемплощадь поверхности нагрева водяного котла по формуле:
/> (2.7)
Где /> – поверхностная плотностьтеплового потока, />;
/> — коэффициент,учитывающий потери тепла котла в окружающую среду.
Принимаем:
/>;
/>;
/>.
/>
Определяемрасход угля по формуле:
/> (2.8)
Где /> — теплотворная способность,/>;
/> — КПД котла.
Принимаем:
/>;
/>;
/>.
/>
Определяемповерхность нагревательных труб:
/> (2.9)
где /> – теплопотери внутреннегообъема вагона, через ограждение вследствие разности температур внутри и снаруживагона, эти потери включают инфильтрацию, Вт;
/> — коэффициенттеплопередачи труб;
/> — средняя температурагорячей воды в трубах, />.
Принимаем:
/>;
/>;
/>=70/>.
/>
Определяемповерхность водяного калорифера:
/> (2.10)
где /> – затраты тепла наподогрев наружного вентиляционного воздуха, Вт;
/> — коэффициенттеплопередачи калорифера;
/> — средняя логарифмическаяразность между температурами воды в калорифере и продуваемом воздухом.
Принимаем:
/>;
/>.
Средняялогарифмическая разность между температурами воды в
калорифере ипродуваемом воздухом:
/> (2.11)
/>
/>
Принимаем:
/>;
/>;
/>;
/>.
/>.
/>
/>.
/>
2.2Теплогидравлический расчет системы
Цель расчета– определение фактической проектной мощности нагревательных приборов, для этогонеобходимо решить несколько задач:
1. Определитьтемпературу остывания воды при естественной циркуляции в кольцах отопительнойсистемы.
2. Определитьстатическое(гидравлическое) давление в отопительных ветвях, возникающеевследствие разности плотностей горячей воды в котле и остывшей воды в трубах.
3. Гидравлическоесопротивление воды в контуре отопительной системы.
4. Определитьскорость движения воды в системе и на основании полученных значений определитьрасход воды в отопительных кольцах и их тепловую мощность.
Определяемтемпературу воды на границах участков по формуле:
/> (2.12)
где /> – внутренняя температуравоздуха возле данного участка, />;
/> – температура воды вначальном участке,/>;
l – длина труб, м.
Принимаем:
/>;
/>;
/>;
/>
/>;
/>;
/>.
/> (2.13)
где с – теплоемкость воды, />;
/> – коэффициент теплоотдачитруб, />;
/> – наружный диаметр труб,мм;
/> – внутренний диаметртруб, мм;
/> – скорость движения воды,/>;
/> – коэффициент оребрениятруб;
/> – плотность воды, />.
Принимаем:
/>;
/>;
/>;
/>;
/>;
/>;
/>;
/>
Плотностьводы определяем по формуле:
/> (2.14)
где /> – температура воды вначале каждого участка,/>;
/>
/>
/>
Определяемтемпературу воды в конце стояка, то есть в т. 3, за формулой 2.12, только заначальную температуру принимаем температуру />.
/>
/>
/>
Определяемтемпературу воды в конце нагревательных труб, то есть в т. 4, за формулой 2.12,только за начальную температуру принимаем температуру />.
/>
/>
/>
Определяемплотность воды на входе в котел:
/>
Определитьстатический напор в системе по формуле:
/> (2.15)
где /> — номер участка;
/> – число трубныхучастков;
/> – расстояния междуцентрами охлаждения и центром нагрева, м;
/> — плотность воды в концеі-го участка, />;
/> — плотность воды в началеі-го участка, />.
Принимаем:
/>
/>
Определяемгидравлическое сопротивления кожного участка по формуле:
/> (2.16)
где />– местное сопротивление вэлементах.
/> (2.17)
где /> – коэффициент местногосопротивления, который характеризует
конкретныйэлемент или участок;
/> – среднее арифметическоезначения плотности в начале и в конце
соответствующегоучастка, />.
/> (2.18)
/> – сопротивлениявызванное наличием трения:
/> (2.19)
где /> – коэффициент трения,зависящей от режима движения воды и
качестваповерхности.
/> (2.20)
где /> – число Рейнольдса;
/> (2.21)
где /> – кинематическая вязкостьводы;
/> (2.22)
где t – среднееарифметическое температур в начале и в конце соответствующего участка, />.
Проведемрасчет для первого участка:
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
Проведемрасчет для второго участка:
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
Проведемрасчет для третьего участка:
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
Получивзначения S и Р, анализируем выполнения условия работоспособности системы:
/> (2.23)
/>
/>
Условиявыполняются, значит, скорость движения воды />считаетсятакой, при которой система работоспособна. Используем значение />для определения расчетногофактического значения теплопроизводительности:
/> (2.24)
где /> – среднее арифметическоезначения плотности в системе, />;
/> (2.28)
/>
/>
Определяемтепловую мощность:
/> (2.29)
/>.