Методика расчета теплопроизводительности кондиционера пассажирского вагона, работающего в реверсивном режиме Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Техника и технологии

127

Этот способ реализован на линиях с интенсивным движением.

2. Применение управляемых выпрямителей с функцией стабилизации напряжения на шинах тяговой подстанции позволяет поднять среднее и минимальное напряжение у токоприемников поездов, а также несколько снизить потери энергии в тяговой сети. Однако применение управляемых выпрямителей снижает качество выпрямленного напряжения, а также коэффициент мощности тяговой подстанции.

3. Лучшими показателями обладает схема усиления с применением ППН. Такая схема позволяет снизить нагрузку на тяговые подстанции и фидеры контактной сети, а также улучшить защиту тяговой сети от токов ко -ротких замыканий.

4. Усиление системы электроснабжения постоянного тока для условий интенсивного грузового движения и пропуска тяжеловесных поездов целесообразно осуществлять с использованием ППН.

5. Усиление системы электроснабжения постоянного тока для условий скоростного и высокоскоростного движения, т. е. там, где основным требованием является поддержание заданного напряжения на токоприемнике поезда, целесообразно осуществлять

с применением управляемых выпрямителей (или ВДУ).

Библиографический список

1. Повышение эффективности тягового электроснабжения при пропуске скоростных и тяжеловесных поездов / А. Н. Марикин // Электрификация и научно-технический прогресс на железнодорожном транспорте : сб. докладов Второго Международного симпозиума «Элтранс-2003» / Под ред. А. Т. Буркова, А. В. Плакса. - СПб. : Петербургский гос. ун-т путей сообщения, 2003. - С. 297-306.

2. Совершенствование защиты от токов ко -ротких замыканий системы распределенного тягового электроснабжения 3,3 кВ с питающей линией постоянного тока: автореф. дис. ... канд. техн. наук / А. П. Самонин. - СПб. : Петербургский гос. ун-т путей сообщения, 2002. - 20 с.

3. Электротяговая сеть постоянного тока с распределенной мощностью питания на линиях с интенсивным движением / А. Т. Бурков, А. Н. Марикин, А. П. Самонин // Материалы 11-й Международной научной конференции «Наука, практика и технологии». - Словацкая Республика, Жилина, 2003. - С. 63-66.

УДК 629.4.048

И. Г. Киселёв, А. В. Михайлов

Петербургский государственный университет путей сообщения

МЕТОДИКА РАСЧЕТА ТЕПЛОПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ КОНДИЦИОНЕРА ПАССАЖИРСКОГО ВАГОНА, РАБОТАЮЩЕГО В РЕВЕРСИВНОМ РЕЖИМЕ

Рассмотрена методика расчета реверсивного режима работы кондиционера при условии сохранения оборудования холодильной машины. Проанализировано падение теплопроизводительности при снижении температуры наружного воздуха, а также зависимости важнейших характеристик цикла между собой.

теплопроизводительность, расход хладона, теплопередача, температура кипения и конденсации, конденсатор, коэффициент подачи, водяной эквивалент.

ISSN 1815-588Х. Известия ПГУПС

2012/3

128

Техника и технологии

Введение

Применение реверсивного режима работы кондиционера в качестве основного источника отопления пассажирского вагона при любых значениях температуры наружного воздуха весьма перспективно. Это дает значительную экономию электроэнергии, поскольку на каждый потребляемый киловатт электроэнергии в среднем вырабатывается 2,2^2,5 кВт тепловой энергии. При этом значительно снижается загруженность вагона дополнительным оборудованием, так как в одной установке сочетаются и система кондиционирования, и система отопления. Стоимость такой установки увеличивается незначительно по сравнению с годовой экономией электроэнергии. Существующие методики расчета кондиционеров ориентированы главным образом на работу установки или в режиме «холодильная машина» или в режиме «тепловой насос» [1, 2]. Однако уже на этапе проектирования кондиционера важно знать, как он будет работать в реверсивном режиме при разной температуре наружного воздуха. Это знание поможет внести оптимальные изменения в конструкцию кондиционера и повысить эффективность работы установки в целом.

1 Методика расчета режима

«тепловой насос» при условии

сохранения оборудования

холодильной машины

В основу предлагаемой методики легли обширные исследования, изложенные в монографии Е. Т. Бартоша [3]. Структурная схема расчета режима теплового насоса при условии сохранения оборудования холодильной машины изображена на рис. 1. Рассмотрим его этапы более подробно.

1. Расчет цикла холодильной машины представляет собой графическое описание процессов, происходящих в замкнутом контуре установки с определением агрегатного состояния и параметров хладона в узловых точках цикла. Цикл строится на основе

принятых в процессе расчета температур кипения и конденсации, а также принятых величин перегрева и переохлаждения. Кроме того, графическое представление цикла значительно варьируется в зависимости от компоновки аппарата и использования того или иного оборудования. Цикл холодильной машины достаточно хорошо изучен [1], поэтому в данной работе внимание на нем не акцентируется.

2. После определения параметров хладона в узловых точках цикла производится расчет компрессора с определением его производительности и потребляемой мощности и конструктивный расчет конденсатора и испарителя. Выбор зависимостей для расчетов коэффициентов теплоотдачи при конденсации, кипении и со стороны воздуха, омывающего поверхность аппарата, зависит от типа и конструкции теплообменника, а также условий эксплуатации всей установки в целом. Подобные расчеты также хорошо изучены и нет необходимости их детального описания [1, 2, 4].

3. Главной особенностью реверсивного режима работы кондиционера является изменение направления движения хладона в замкнутом контуре установки, в результате чего испаритель и конденсатор меняются своими функциями. Цель предлагаемой методики заключается в определении теплопроизводительности Q Вт, которую можно установить при условии, что компрессор подобран, а испаритель и конденсатор поменялись своими функциями. В методику входит оценка изменения Q при снижении температуры наружного воздуха. Поверочный расчет цикла теплового насоса при условии сохранения оборудования холодильной машины условно можно разделить на несколько частей:

- определение расхода хладона, кг/см, Оф = f (t , t);

- поверочный расчет конденсатора при заданных F, V, где F - площадь поверхности теплообменного аппарата, м2; V - расход воздуха, кг/с; ^вх и принятом диапазоне ^;

- расчет температуры конденсации, С°, температуры кипения t при заданных F, V, ^вх, Gф и принятом диапазоне t0, С°;

2012/3

Proceedings of Petersburg Transport University

Техника и технологии

129

Исходные

данные

Расчет цикла холодильной машины

Конструктивный расчет и подбор основного оборудования

Поверочный расчет цикла теплового насоса

Рис. 1. Схема расчета реверсивного режима кондиционера

ISSN 1815-588Х. Известия ПГУПС

2012/3

130

Техника и технологии

- отределение t0 = f (tHJ;

- определение Qk =f (7 .в).

3.1. Известно, что снижение t влечет за собой снижение t Это снижение приводит к уменьшению X компрессора с одновременным увеличением v, что приводит к значительному сокращению GiJ] через компрессор. В условиях постоянства температуры воздуха на входе в конденсатор ^вх (воздухоохладитель в режиме холодильной машины) t также будет иметь тенденцию к снижению. Тогда согласно [3] Gф можно рассчитать по формуле:

G _ VA

Gф _ ^ :

(1)

где Vh - объемная производительность компрессора, м3/с; X - коэффициент подачи компрессора; v' - удельный объем паров хладона непосредственно перед сжатием, м 3/кг.

Выбор зависимости для расчета X зависит от типа используемого компрессора [2]. В свою очередь, используя зависимости [3], определим:

v' _ v • (1 + 0,000570), (2)

где v - удельный объем паров хладона,

кг/м3.

Подставляя (2) в выражение (1) получим:

G$ _

Vh•X

v • (1 + 0,000570)

(3)

Используя выражение (3) и приняв некий диапазон ts, можно рассчитать Gф при различных значениях t0 (см. табл.).

3.2. Поверочный расчет конденсатора (воздухоохладителя в режиме холодильной машины) производится с целью определения Рьк, а также определения коэффициента теплопередачи, Вт (мг/кг), k для принятого диапазона t Исходные данные: ^конд (наружная или внутренняя), V, Рх, принятый диапазон t

Расчет производится методом последовательных приближений в зависимости от типа используемого теплообменного аппарата и не нуждается в подробном описании.

ТАБЛИЦА. Значения Gф и qj* при различных значениях t0 и tк

t к t0 tк1 t кп

t01 G* q 1кг

t02

^0m

Примечание: qк - удельная теплопроизводительность, Дж/кг.

В результате получаем зависимость tвых =

=f (tK), k = f (tK). в

3.3. Следующим шагом предлагаемой методики является определение t при заданных ^конд, V, ^вх, Gф и принятом диапазоне t0.

Запишем уравнение теплового баланса для конденсатора (воздухоохладителя в режиме холодильной машины) [3]:

Gф • q -П + _ WKO„ • (С“ - С), (4)

где W - водяной эквивалент воздуха конденсатора, Вт/К; - потребляемая мощность

вентиляторов конденсатора, Вт; п - КПД теплообменного аппарата; или

G • qK •П + Nbk _

c kF \

_ WK

1 - e

Wk

/>ВЫХ >BX\

(tB tB ),

V J

(5)

откуда

tK, _■

G*• qK •n + nb,

WK

конд

kF \

л 1 конд

1 — e WKOHg

+1в

(6)

V J

Выбираем t0 из принятого диапазона и задаемся какой-либо t Из таблицы для принятых t0 и ^ находим значение Gф и q^ Далее выполняем расчет, используя выражение (6).

2012/3

Proceedings of Petersburg Transport University

Техника и технологии

131

Получив расчетное значение ^р производим уточнение, приняв новое значение t Приближение необходимо производить, пока относительная погрешность между ^р и принятой t не составит менее заданной величины. Выбирая новое значение t из принятого диапазона, снова задаемся t и выполняем расчет и уточнение. На рис. 2 представлен график зависимости t = f (t0) для установки кондиционирования, работающей в режиме «тепловой насос», холодопроизводительностью 6 кВт, использующей в качестве рабочего тела хладон Я407с.

3.4. Записав уравнение теплового баланса для воздухоохладителя (конденсатора в режиме холодильной машины), можно определить to =f (0 [3]:

G • Чо' П = ^исп • (tH.B - *BT ), (7)

где q0 - удельная холодопроизводительность, Дж/кг; или

G • Чк ^Л = W„

1 - e

kFen Л

№ис

(tH.B - to), (8)

откуда

tH.B =

G • Ч0 •П

1 - e

_

W

“\ + t0.

(9)

3.5. Определяют теплопроизводительность, Вт, Qk = f (tн в), используя следующую зависимость:

Qk = G> • Чк -n+ nbk . (10)

На рис. 3 представлен график Qt. = f (tнв) для упомянутой выше установки.

Заключение

Предлагаемая методика расчета теплопроизводительности реверсивного режима кондиционера позволяет максимально точно

‘0, °C

t, °C

к’

Рис. 2. График зависимости Т, = f (t0) для установки кондиционирования с хладопроизводительностью Q0 = 6 кВт

Q , кВт А

8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 -

-25 -20 -15 -10 -5 0 5 10

_1_

15

►

t , °C

ив’

Рис. 3. График зависимости Q^ = f (t )

рассчитать все основные параметры установки. Она учитывает изменение температур кипения и конденсации в зависимости от температуры наружного воздуха, а также дает обширную информацию для оптимизации теплообменного оборудования и повышения теплопроизводительности при низких наружных температурах [5].

ISSN 1815-588Х. Известия ПГУПС

2012/3

132

Техника и технологии

Библиографический список

1. Тепловые и конструктивные расчеты холодильных машин / Н. Н. Кошкин. - М. : Машиностроение, 1976. - С. 297-336.

2. Теория холодильных машин и тепловых насосов / Т В. Морозюк. - М. : Студия «Негоциант», 2006.- С. 537-552.

3. Тепловые насосы в энергетике железнодорожного транспорта / Е. Т Бартош. - М. : Транспорт, 1985.- С. 180-213.

4. Теплообменные аппараты холодильных установок / Г. Н. Данилова, С. Н. Богданов. -

М. : Машиностроение, 1986. - С. 62-175.

5. Пути снижения энергопотребления в системах отопления и кондиционирования воздуха пассажирских вагонов / А. Л. Емельянов, И. Г. Киселев, А. В. Михайлов // Известия Петербургского университета путей сообщения. -2011. -Вып. 4. - С. 36-42.

УДК 624.139 П. А. Кравченко

Петербургский государственный университет путей сообщения

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ НАГРУЗОК В СВАЙНО-ПЛИТНЫХ И УСИЛЕННЫХ СВАЯМИ ФУНДАМЕНТАХ

Приведены результаты исследования распределения нагрузок между сваями и фундаментами усиления. Сравниваются результаты экспериментов с усиливаемыми и свайно-плитными фундаментами. Выявлено, что в обоих случаях существует стабильная зависимость в распределении нагрузок. Однако величин нагрузок, передаваемых сваями на основание в случае усиления фундамента, существенно меньше по сравнению с величинами нагрузки, передаваемой сваями на основание при использовании свайного фундамента.

свайно-плитный фундамент, усиление фундаментов, несущая способность, осадка.

Введение

В последнее время при реконструкции исторических зданий центральной части Санкт-Петербурга популярны устройство мансард, наращивание дополнительных этажей. Работы по реконструкции отдельных сооружений в исторических районах нередко приводят к понижению уровня грунтовых вод. В связи с активным освоением подземного пространства в последние годы активизировался процесс гниения лежней и свай в Стокгольме, Хельсинки и Петербурге. Кроме

того, в процессе длительной эксплуатации зданий и сооружений происходят деформации конструкций, связанные с неравномерными осадками основания.

В перечисленных случаях, как правило, рассматриваются вопросы усиления основания и фундаментов зданий, одним из которых является пересадка здания на сваи [1, 2]. Для проектирования усиления фундаментов с применением различных типов свай разработано большое количество расчетных методик, позволяющих оценить несущую

2012/3

Proceedings of Petersburg Transport University