Мощность теплопоступлений в грузовое помещение вагона

Сначала определяют мощность каждого теплопритока в отдельности аналитическим методом [4, разд. 7], а потом их алгебраическую сумму в двух вариантах (таблица 3). Один вариант суммы соответствует набору теплопоступлений при охлаждении груза в пути, другой – в процессе перевозки груза уже в охлаждённом состоянии. Ниже приводится расчёт мощности теплопоступлений в рефрижераторный вагон при перевозке гранатов.

Мощность теплового потока вследствие теплопередачи через ограждения кузова вагона, кВт/ваг.:

,

где F_р – полная расчётная поверхность грузового помещения, F_р = 234 м² [4, прил. А]; t_р – расчётная температура наружного воздуха на направлении перевозки, t_р = 31,2 °С (см. п. 2.2); t_в – среднее значение температурного режима перевозки груза (см. табл. 2), t_в = 2 + 5 = 3,5(°С); F_м – расчётная поверхность машинных отделений, контактирующих с грузовым помещением, F_м = 7,8 м² [4, прил. А]; t_м – температура воздуха в машинном отделении, которая на 4 °С выше расчётной температуры наружного воздуха вследствие теплоотдачи холодильными машинами, t_м = 31,2 + 4 = 35,2 (°С); k_р – расчётный коэффициент теплопередачи ограждающих конструкций грузового помещения вагона, k_р = 0,64 Вт/(м²∙К), определен в п. 2.3.

Тогда Q_т = [234(31,2 – 3,5) + 7,8(35,2 – 3,5)] 0,64 ´ 10^-3 = 4,3 (кВт/ваг.).

Мощность теплового потока от инфильтрации свежего воздуха внутрь грузового помещения вагона, кВт/ваг.:

,

где r_н – плотность наружного воздуха, r_н = 1,16 кг/м³ (при t_р = 31,2 °С [4, табл. К.1]); m_и – кратность инфильтрации воздуха в ограждениях вагона и в вентиляционной системе, m_и = 0,30 ч^–1 (при средней скорости движения вагона 18 км/ч и сроке службы вагона 4 года [4, прил. Л]); V_п – полный объём грузового помещения вагона, V_п = 138 м³ [4, прил. А]; i_н – удельное теплосодержание наружного воздуха при температуре 31,2 °С и влажности 64 %, i_н = 77 кДж/кг [4, табл. К.2]); i_в – удельное теплосодержание воздуха внутри вагона в режиме перевозки и влажности 90 %, i_в = 14 кДж/кг [4, табл. К.2].

Тогда Q_и = 1,16 ´ 0,3 ´ 138 ´ 3600^–1 ´ (77 – 14) = 10,8 (кВт/ваг.).

Мощность теплового потока от плодоовощей при дыхании, кВт/ваг., определяют дважды (см. рис. 1) – на участке пути, когда груз охлаждается от начальной температуры до режимных значений (Q_б1):

;

где q_бох – удельные тепловыделения плодоовощей при их охлаждении, q_бох =
= 45,4 Вт/т (см. п. 2.3); G_гр – масса перевозимого груза, G_гр = 35 т нетто (по заданию).

Тогда: q_б1 = 45,4 ´ 35 ´ 10^–3 = 1,6 (кВт/ваг.)

Мощность теплового потока от воздействия солнечной радиации, кВт/ваг.:

,

где F_б.с – поверхность боковых стен вагона, F_б.с = 61 м² [4, прил. А]; F_к – то же, крыши, F_к = 67 м² (см. там же); t_э.р – эквивалентная температура рассеянной радиации, соответствующая разности температур на поверхности вагона при наличии и отсутствии солнечной радиации на условно заданной широте местности 64 град с. ш. в летний период, t_э.р = 1,15 К [4, табл. М.1]; t_э.в – то же, прямой радиации на вертикальные поверхности (см. там же), t_э.в = 4,2 К; t_э.г – то же, прямой радиации на горизонтальные поверхности (см. там же), t_э.г = 10,5 К; m_c – заданная вероятность солнечных дней в году, m_c = 0,39, доли ед.; t_c – продолжительность воздействия солнечной радиации, t_c = 18,5 ч/сут [4, табл. М.2].

Тогда Q_с = [234 ´1,15 + (61´ 4,2+ 67 ´ 10,5)0,39]0,64´18,5 ´ 24¹´10³ = 1,82 (кВт).

Мощность теплового потока, эквивалентного работе вентиляторов-циркуляторов, кВт/ваг., определяют дважды (см. рис. 1) – на участке пути, когда груз охлаждается от начальной температуры до режимных значений (Q_ц1):

;

где N_ц – суммарная мощность электродвигателей вентиляторов-циркуляторов, N_ц = 4,4 кВт/ваг. [4, прил. А]; x – коэффициент трансформации механической энергии вентиляторов-циркуляторов внутри воздуховода в тепловую, x = 0,10; t_в – продолжительность охлаждения воздуха в вагоне, t_в =20 ч (см. п. 2.3); u_ц1 –коэффициент рабочего времени вентиляторов-циркуляторов при охлаждении груза; u_ц1 = 0,82 (при t_р – t_в = 31,2 – 3,5 = 27,7 (°С) и при t_г – t_в = 0,5(t_г.н + t_в) –
– t_в = 0,5 (16 + 3,5) – 3,5= 6,25 (°С) [4, прил. Н]);

Тогда: Q_ц1 = 4,4 ´ 0,1[20 + 0,82 (314 – 20)] : 314 = 0,37 (кВт/ваг.)

Мощность теплового потока от свежего воздуха, поступающего внутрь грузового помещения вагона при вентилировании, не рассчитывают, так как вентилирование абрикосов в пути не производится (см. табл. 2).

Мощность теплового потока, эквивалентного оттаиванию снеговой шубы на воздухоохладителях холодильных машин, кВт/ваг.:

,

где q_ш – удельные теплопоступления, эквивалентные теплоте горячих паров хладагента, подаваемых в воздухоохладитель для снятия снеговой шубы, а также теплоте, погашаемой при восстановлении температурного режима перевозки, q_ш = 120 мДж (норматив); t_г.р – общая продолжительность перевозки, t_об = 120 ч (см. п. 2.3); n_ш – количество раз снятия снеговой шубы за перевозку, определяемое по формуле:

,

где ^e{} – логическая операция округления результата деления до целого числа в меньшую сторону; n_от – периодичность снятия снеговой шубы в зависимости от температуры и кратности инфильтрации наружного воздуха, температуры воздуха и груза внутри вагона, n_от = 3 сут (при m_и = = 0,3 и Dt_р = 27,7 °С [4, прил. П]).

Тогда n_ш = ^e{120 : 24 : 3} = ^e{1,6} = 1, а Q_ш = 120 ´ 1 : 3,6 : 120 = = 0,27 (кВт/ваг.). Этот тепловой поток будет учитываться один раз и только на первом участке, где охлаждается груз.

Мощность теплового потока от груза и тары при охлаждении, кВт/ваг.:

,

где С_г – теплоёмкость груза (абрикосов), С_г = 3,35 кДж/(кг∙°С) [4, прил. В], кДж/(кг∙°С); C_т – теплоёмкость тары (ящика деревянного), C_т = 2,5 кДж/(кг∙°С) [4, прил. В]; G_г – масса груза (по заданию), G_г = 35 000 кг; G_т – масса тары (по заданию), G_т = 6000 кг; t_г.п.п – температура груза в вагоне после погрузки, t_г.п.п = t_г.н = 16 °С; t_в.в = 5 °С; t_г – продолжительность охлаждения груза, t_г = 314 ч (см. п. 2.3).

Тогда Q_г = (3,35 ´ 35 000 + 2,5 ´ 6000)(16 – 5) : 3600 : 314 = 1,29 (кВт/ваг.).

Мощность теплового потока от кузова и оборудования вагона при охлаждении в пути следования, кВт/ваг.:

,

где 3,7 – коэффициент, заменяющий сложные вычисления; J – коэффициент, учитывающий неоднородность температурного поля кузова вагона, J = 0,5; f – коэффициент соответствия скоростей охлаждения кузова вагона и груза, f = 1,3.

Тогда Q_к = 3,7 ´ 0,5 ´ 1,3 ´ 27,7 : 314 = 0,21 (кВт/ваг.).

Таблица 3 – Калькуляция мощности теплового потока
для гружёного рейса при перевозке абрикосов

Наименование показателя	При охлаждении плодоовощей	Плодоовощи охлаждены
Общие теплопоступления, кВт/ваг.,	20,66	16,92
в том числе:
теплопередача через ограждения кузова вагона	4,3	4,3
инфильтрация наружного воздуха	10,8	10,8
теплота дыхания абрикосов	1,6	–
солнечная радиация	1,82	1,82
работа вентиляторов-циркуляторов	0,37	–
вентилирование грузового помещения	–	–
снятие снеговой шубы с испарителей холодильных машин	0,27	–
охлаждение груза и тары	1,29	–
охлаждение кузова вагона	0,21	–

2.5 Показатели работы дизель-генераторного
и холодильно-отопительного оборудования

Здесь рассчитывают [4, разд. 8]:

– коэффициент рабочего времени холодильных машин (u_х) с выводом о том, справляется это оборудование с отводом теплопритоков или нет;

– расход дизельного топлива с выводом о необходимости или отсутствии дополнительной экипировки РПС в пути.

Суммарная мощность теплового потока до охлаждения гранатов (Q_об1) и после их охлаждения (Q_об2) – положительная (см. табл. 3). Значит определяется коэффициент рабочего времени работы холодильного оборудования при охлаждении груза (u_х1):

,

где Dt_р – расчётный тепловой напор через ограждения кузова вагона, Dt_р = 12,9 К (см. п. 2.3); Dt_м – максимальный температурный напор через ограждения кузова вагона, при котором прекращается полезная работа холодильных машин, Dt_м = 70 К (см. п. 2.3); Q_х – паспортная мощность холодильных машин, Q_х = 28 кВт [4, прил. А].

Тогда u_х1 = 20,66 : [(1 – 27,7 : 70)28] = 1,22;

Фактический расход дизельного топлива на маршруте определяют:

где 1,1 – коэффициент, учитывающий разогрев дизеля перед запуском; g – удельный расход дизельного топлива, g = 22 кг/ч [4, прил. А]; t_в – продолжительность первоначального охлаждения воздуха в грузовом помещении вагона, t_в = 20 ч (см. п. 2.3); t_г – продолжительность охлаждения груза, t_г = 314 ч (см. п. 2.3); n_д1 – количество работающих дизелей при охлаждении груза, n_д1 = 2 так как u_х1>0,5; t_г.р – общая продолжительность рейса, t_г.р = 120 ч (см. п. 2.3).

Тогда G_ф = 1,1 ´ 22[20 ´ 2 + 1,22 (120 – 20)] = 4511 (кг).

Запас дизельного топлива в баках служебного вагона секции G_зап составляет 7400 – 4511 = 2889 (кг) [4, прил. А1], что больше фактического расхода. Значит, дополнительная экипировка рефрижераторной секции в пути не требуется.

Библиографический список

1. Ефимов В. В.Требования к оформлению курсовых и дипломных проектов[Текст] : учебно-метод. пособие / В. В. Ефимов. – СПб. : Петербургский гос. ун-т путей сообщения, 2012. – 46 с.

2. Ефимов В. В.Хладотранспорт и доставка скоропортящихся грузов: учебник [Электронный ресурс] / В. В. Ефимов [и др.]. – Электрон. текстовые дан. – СПб. : Петербургский гос. ун-т путей сообщения, 2012. – 380 с.

3. Ефимов В. В. Условия подготовки и перевозки скоропортящихся грузов во внутреннем железнодорожном сообщении : учеб. пособие [Электронный ресурс] / В. В. Ефимов [и др.]. – Электрон. текстовые дан. – СПб. : Петербургский гос. ун-т путей сообщения, 2013. – 217 с.

4. Теплотехнический расчёт изотермических транспортных модулей : метод. указания [Электронный ресурс] / Сост. В. В. Ефимов. – Электрон. текстовые дан. – СПб. : Петербургский гос. ун-т путей сообщения, 2013. – 73 с.

5. Организация перевозки скоропортящихся грузов на направлении : метод. указания [Электронный ресурс] / Сост. В. В. Ефимов, Н. А. Слободчиков. – СПб. : Петербургский гос. ун-т путей сообщения, 2013. – 50 с.