М

2387

инистерство транспорта Российской Федерации

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

Кафедра «ВАГОНЫ»

Методические указания

к выполнению практических работ по дисциплине «Хладотранспорт»

для студентов специальности 190701 – «Организация перевозок

и управление на транспорте (железнодорожном)»

очной и заочной форм обучения

Составители: А. В. Клюканов

М. А. Паренюк

Самара

2009

УДК 629.4.048+629.463.125

Методические указания к выполнению практических работ по дисциплине «Хладотранспорт» для студентов специальности 190701 – «Организация перевозоки управление на транспорте (железнодорожном)» очной и заочной формы обучения / составители : А. В. Клюканов, М. А. Паренюк. – Самара : СамГУПС, 2009. – 34 с.

Утверждены на заседании кафедры «Вагоны» «14» октября 2008 г., протокол № 3.

Печатаются по решению редакционно-издательского совета университета.

В методических указаниях приведены принципиальные схемы и компоновка рефрижераторных вагонов, холодильного оборудования. Приведен алгоритм расчета основных параметров паровой компрессионной холодильной машины. Представлено документальное оформление перевозок скоропортящихся грузов повагонными отправками, а также в рефрижераторных контейнерах.

Предназначены для выполнения практических работ студентами специальности 190701 – «Организация перевозок и управление на транспорте (железнодорожном)» очной и заочной формы обучения.

Составители: Алексей Васильевич Клюканов

Мария Анатольевна Паренюк

Рецензенты: к.т.н., проф. кафедры «Локомотивы» Р. Г. Валиуллин;

главный инженер службы вагонного хозяйства КБШ ж.д. – филиала ОАО «РЖД» Г. П. Волошко

Редактор И. А. Шимина

Компьютерная верстка Е. А. Самсонова

Подписано в печать 16.07.2009. Формат 60*90 1/16.

Усл. печ. л. 2,1. Тираж 200 экз. Заказ № 159.

© Самарский государственный университет путей сообщения, 2009

Практическое занятие № 1

Выбор типа подвижного состава и расчет количества

«холодных» поездов при перевозке скоропортящихся грузов

Цель работы: освоить методику расчета количества «холодных» поездов при перевозке скоропортящихся грузов.

Теоретическая часть

Выбор типа подвижного состава под перевозку скоропортящихся грузов производят согласно методике, представленной ниже.

Рефрижераторный подвижной состав (РПС) следует использовать в первую очередь для перевозки наиболее ценных грузов (мороженых, охлажденных и др.), составляющих 90 % от общего годового грузопотока.

В крытых вагонах перевозят 10 % грузов от общего годового грузопотока. При этом принимают, что груз, перевозимый в РПС, распределяется по типам рефрижераторных вагонов в соотношении:

• 60 % – на 5-вагонные секции;

• 25 % – на автономные рефрижераторные вагоны (АРВ);

• 15 % – на остальные (вагоны-термосы и др.).

Количество вагонов i-го типа для перевозки каждого вида скоропортящихся грузов вычисляется по формуле:

, (1.1)

где i – тип вагона;

G_г – годовой грузопоток скоропортящихся грузов, т/год;

коэффициент неравномерности перевозок;

_р – коэффициент, учитывающий нахождение вагона в ремонте ( _р = 0,15);

_п – погрузочная масса продукта (принимают по приложению 1), т/м³;

V_i – погрузочный объем вагона, м³.

Годовой грузопоток устанавливается планом перевозки (в расчетах принимается из курсовой работы согласно заданному варианту).

Коэффициент неравномерности перевозок принимают: для мясомолочных продуктов 1,3–1,7; для рыбы и рыбопродуктов 1,2–1,6; для плодоовощей 1,5–2,5; для масла животного 1,3–1,8; для консервов 1,8–1,9; для прочих 1,2–1,5.

Погрузочный объем вагона принимают: для 12-вагонной секции 78 м³; для 5-вагонной секции ZB-5 – 100 м³; для 5-вагонной секции БМЗ – 108 м³; для АРВ – 100 м³; для живорыбного вагона 30,5 м³; для крытого вагона 120 м³; для цистерны для перевозки молока – 25,2 м³, для перевозки вина – 28 м³.

Количество «холодных» поездов j-го вида вычисляется по формуле:

. (1.2)

где Q_nj – весовая норма грузового «холодного» поезда (принимают 1200 т для скорых и 1600 т для ускоренных поездов, включающих только крытые вагоны;

G_Тi – масса тары вагона i-го типа (принимают для 12-вагонной секции 46 т; для 5-вагонной секции 40 т; для АРВ 44 т; для крытого вагона 22 т; для цистерны для перевозки молока 25 т, для перевозки вина 43,6 т.

Порядок выполнения работы

1. Изучить алгоритм выбора подвижного состава и методику расчета количества «холодных» поездов для перевозки скоропортящихся продуктов.

2. Выполнить расчет количества «холодных» поездов.

3. Оформить отчёт о проделанной работе.

Содержание отчета

1. По результатам проведенной работы составляется отчет в письменной форме. Отчет должен содержать: цель работы; расчет количества вагонов для перевозки скоропортящихся грузов для заданного грузопотока и видов груза; результаты численного расчета в виде таблицы 1.

Таблица 1

Результаты расчета количества вагонов i-го типа

№ п/п	Наименование груза	Тип вагона	Gг , т/год	Vi , м^3	п, т/м^3		Nвi, ваг	GТi, т
1.
2.
3.

2. Ответы на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы

1. Какие поезда относятся к «холодным» поездам?

2. От каких составляющих зависит общее количество «холодных» поездов?

3. Поясните, как влияет погрузочная масса продукта на количество «холодных» поездов при фиксированном значении других параметров перевозки?

Практическое занятие № 2

Классификация и общее устройство холодильных машин

Цель работы: изучить классификацию холодильных машин, конструкцию и принцип действия паровой компрессионной холодильной машины.

Теоретическая часть

Холодильная машина – машина, осуществляющая перенос теплоты с низкотемпературного уровня на более высокий с целью охлаждения.

Холодильные машины подразделяются:

от вида физического процесса;

• использующие процесс расширения воздуха (газовые, воздушные);

• использующие фазовый переход рабочего тела из жидкого в газообразное состояние (компрессионные паровые, абсорбционные, пароэжекторные).

от вида потребляемой энергии;

• компрессионные (паровые, воздушные, газовые) – машины, в которых холодильный цикл осуществляется с помощью механического компрессора.

• теплоиспользующие (пароэжекторные, абсорбционные и многоступенчатые) – машины, в которых холодильный цикл осуществляется за счет подвода теплоты.

по числу ступеней сжатия хладагента;

• одноступенчатые;

• многоступенчатые.

Воздушные компрессионные холодильные машины – машины, в которых холодильный агент сохраняет свое агрегатное состояние. Воздушные холодильные машины высоконадежны, безопасны в работе, но характеризуются высоким уровнем энергетических потерь, что сдерживает их широкое распространение.

Абсорбционные холодильные машины – машины, в которых пары хладагента абсорбируются (поглощаются) твердым или жидким абсорбентом, из которого они впоследствии испаряются при нагреве. Абсорбционные машины находят широкое применение в системах кондиционирования воздуха производственных предприятий.

Пароэжекторные холодильные машины – машины с применением эжекции холодильного агента, т. е. для сжатия хладагента используется кинетическая энергия струи рабочего пара. Область применения таких машин весьма ограничена из-за использования в качестве охлаждающей среды воды [4].

Одноступенчатые холодильные машины – машины, в которых холодильный цикл, осуществляется с одноступенчатым сжатием холодильного агента. Такие холодильные машины удовлетворительно работают при температуре в испарителе до –40 °С при условии, что температура конденсации низкая. Для получения более низких температур кипения хладагента до –80 °С, обеспечения устойчивой работы компрессора в жарких климатических зонах и повышения экономичности холодильных установок применяют двухступенчатое сжатие холодильного агента с охлаждением между ступенями.

Двухступенчатые холодильные машины (без промежуточного охлаждения) применяют в хладоновых установках АРВ и 5-вагонных секций типа ZB-5. Для получения очень низких температур применение одного рабочего тела недостаточно. В этих случаях используют каскадные холодильные машины, в каждой ступени которых применяют свое рабочее тело.

На железнодорожном транспорте наиболее широкое распространения получили паровые компрессионные холодильные машины. Их особенность в том, что рабочий цикл совершается в области влажного пара хладагента, что позволяет совершить цикл Карно. Кроме того, кипение хладагента сопровождается поглощением значительного количества теплоты, а температуру кипения можно изменять в широком интервале.

Паровая компрессионная холодильная машина состоит из следующих конструктивных элементов: испаритель, компрессор, конденсатор, ресивер, терморегулирующий вентиль.

Испаритель предназначен для испарения хладагента при пониженном давлении за счёт отбора тепла от охлаждаемой среды. Поскольку охлаждаемой средой в вагонных установках является продуваемый через испаритель воздух, испаритель получил название воздухоохладитель.

Испаритель представляет собой обреберенную батарею, разделенную на секции, для того, чтобы при изменении холодопроизводительности установки в зависимости от тепловой нагрузки на испаритель иметь возможность изменять величину его теплопередающей поверхности [5, 6].

Компрессором холодильной машины принято называть механизм, использующий механический привод для увеличения давления пара хладагента. Он выполняет следующие функции:

• отсасывает пары хладагента из испарителя, понижая в нем давление и поддерживая тем самым низкую температуру кипения;

• сжимает пары, повышая их давление до такого уровня, чтобы температура насыщения была выше температуры среды, используемой для охлаждения конденсатора;

• нагнетает пары в конденсатор.

По своему конструктивному исполнению компрессоры, разделяют на: поршневые, ротационные, спиральные, винтовые. Подобные компрессоры называют компрессорами объемного действия. В компрессорах объёмного действия пар сжимается в результате уменьшения его объема: при движении поршня, вращении ротора, зацеплении двух винтов и т. д. В железнодорожном хладотранспорте наибольшее распространение получили поршневые компрессоры.

Конденсатор предназначен для отвода теплоты, отнятой хладагентом от охлаждаемой среды. Конденсатор по принципу действия и конструктивному исполнению аналогичен испарителю.

Работа конденсатора, как и испарителя, характеризуется интенсивностью теплоотдачи, которая зависит от величины теплопередающей поверхности, скорости движения проходящего воздуха и циркуляции хладагента [6,7].

Ресивер (англ.receive – получать, принимать) – резервуар, служащий для сбора жидкого хладагента, с целью обеспечения его равномерного и непрерывного поступления к терморегулирующему вентилю и в испаритель.

Т ерморегулирующий вентиль (дроссель) – предназначен для автоматического регулирования хладагента, поступающего в испаритель, в зависимости от перегрева его паров, выходящих из испарителя (увеличение перегрева приводит к увеличению потока хладагента в испаритель). Избыток хладагента в испарителе может привести к попаданию в компрессор жидкой фазы хладагента, что приведёт к поломке компрессора. Недостаток хладагента в испарителе резко снижает эффективность работы испарителя.

Для снижения затрат энергии на единицу отнятого от охлаждаемого тела количества теплоты перед дросселем иногда устанавливают переохладитель.

Рассмотрим схему работы одноступенчатой паровой компрессионной холодильной машины непосредственного охлаждения 5-вагонной секции БМЗ (рис. 1) Стрелками на схеме указано направление движения хладагента.

Компрессор, на работу которого затрачивается электроэнергия, всасывает из испарителя сухой насыщенный пар с низким давлением и температурой. Затем компрессор производит сжатие пара до давления в конденсаторе. При этом пары хладагента нагреваются до температуры нагнетания (перегрева сжатия) за счет работы сжатия в компрессоре и поступают в конденсатор.

Пары хладагента, попадая в конденсатор, сначала охлаждаются от температуры перегрева до температуры конденсации, а затем конденсируются при постоянной температуре, в процессе отвода тепла от хладагента через стенки оребренных труб по воздуху, омывающему конденсатор (за счет работы вентилятора). Далее жидкий хладагент с высоким давлением накапливается в ресивере. Из ресивера он поступает в регулирующий вентиль, проходит его и при этом дросселируется с понижением давления. Полученная парожидкостная смесь направляется в испаритель, где жидкий хладагент кипит, отнимая тепло от охлаждаемого объекта (воздуха грузового помещения вагона), за счет соприкосновения с поверхностью испарителя.

Отбор тепла производят до тех пор, пока на выходе из испарителя не произойдет перегрев пара на 5–8 К выше температуры кипения, что исключает попадания жидкости в компрессор. Этот режим называется режимом «сухого хода» [4, 6].

Образующиеся пары хладагента вновь всасываются компрессором, и процесс повторяется снова.

Порядок выполнения работы

1. Изучив классификацию холодильных машин, определить к какому типу холодильных машин относится бытовой холодильник.

2. Ознакомиться с конструкцией и с принципом действия паровой компрессионной холодильной машины.

3. Оформить отчёт о проделанной работе.

Содержание отчета

1. По результатам проведенной работы составляется отчет в письменной форме. Отчет должен содержать: цель работы; классификацию холодильных машин; схему паровой компрессионной машины с анализом конструктивных элементов; выводы об эффективности использования паровой компрессионной машины в железнодорожном хладотранспорте.

2. Ответы на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы

1. Приведите классификацию холодильных машин.

2. Чем отличается работа конденсатора от испарителя в холодильных машинах?

3. Для чего необходим компрессор в холодильных машинах?

4. Каково назначение терморегулирующего вентиля?

5. Поясните назначение ресивера и переохладителя.

6. Каков принцип работы паровой одноступенчатой компрессионной холодильной машины.

7. Объясните, с какой целью выполняют перегрев сжатия паров в компрессоре?

8. В чем заключается режим «сухого хода»?

Практическое занятие № 3

Классификация и общее устройство изотермических вагонов

Цель работы: изучить классификацию изотермических вагонов и конструктивные особенности системы охлаждения, отопления и принудительной циркуляции рефрижераторных вагонов.

Теоретическая часть

Для перевозки скоропортящихся грузов, большинство из которых составляют продукты питания, на железных дорогах традиционно используется изотермический подвижной состав. Изотермическим его называют потому, что во время перевозки в грузовых помещениях поддерживается требуемая постоянная температура.

Изотермические вагоны классифицируют по ряду характерных признаков:

по назначению

• специализированные – для перевозки определенных видов грузов (молоковозы, живорыбные вагоны и др.);

• универсальные – для перевозки широкого ассортимента (рефрижераторные вагоны и др.);

по способу охлаждения грузов

• оборудованные изоляцией, но не имеющие приборов охлаждения, в вагонах этого типа постоянство температуры обеспечивается за счет «холода» или тепла, аккумулированного грузом, и изоляцией кузова (вагоны-термосы);

• с машинным охлаждением (рефрижераторные вагоны);

• c ледяным или льдосоляным охлаждением (вагоны ледники);

по температурному режиму в грузовом помещении

• низкотемпературные – для перевозки мороженых грузов (рефрижераторные вагоны);

• высокотемпературные – для перевозки охлажденных грузов (вагоны ледники и др.);

по системе хладоснабжения

• групповой – холод вырабатывается аммиачными холодильными установками, размещенными в центральном вагоне, и в грузовые вагоны холодильники передается по рассольной системе при помощи хладоносителя (12-вагонные секции);

• индивидуальной – холод вырабатывается холодильными установками, размещенными в каждом вагоне (5-вагонная секция, АРВ);

по комплектации

• образующиеся секциями (12-вагонная секция, 5-вагонная секция);

• автономные вагоны – вагоны, имеющие автоматизированное холодильное и энергетическое оборудование;

• cпециальные вагоны (вагоны – термосы и др.).

Рассмотрим устройство и компоновку рефрижераторных вагонов.

12-вагонная рефрижераторная секция

Такая секция состоит из десяти грузовых вагонов-холодильников и двух вспомогательных вагонов: одного вагона, в котором размещены служебные помещения и дизель-электростанция, состоящая из трех дизель-генераторов и одного вагона – машинного отделения.

Внутри секции находятся вспомогательные вагоны, а с каждой стороны от них – по пяти грузовых вагонов. Холодильное оборудование размещено в вагоне – машинном отделении и состоит из двух аммиачных машин двухступенчатого сжатия [4].

Рассольная система в грузовом вагоне состоит из четырех оребренных батарей (10), которые размещены под потолком вагона с уклоном к боковым стенам (рис. 2).

Под крышей вагона проходят два рассольных магистральных трубопровода (11) – прямой и обратный. От прямого рассолопровода имеется ответвление к рассольным батареям. Подача рассола регулируется магнитным соленоидным вентилем (на рис. не показан), установленным на подающем трубопроводе. Вентиль закрывается и прекращает подачу холодного рассола в батареи, в том случае, если в грузовом помещении обеспечивается требуемая температура воздуха.

Конденсат, образующийся при таянии снеговой шубы, сливается в поддоны (7), подвешенные под батареями. Из желобов поддона вода стекает на пол вагона и через сифон сливается наружу.

Рассол из вагона в вагон подается по переходным рукавам, по концам которых имеются специальные головки с клапанами, не позволяющие рассолу вытекать при расцепки вагонов. В зимнее время вагон отапливают двухсекционными электропечами (5). У каждой торцевой стены вагона установлено по три печи, отделенные от грузового помещения щитом (9).

Для циркуляции воздуха при перевозках грузов с отоплением и для вентиляции вагона в грузовом помещении служат: воздухоприемная вентиляционная решетка (1), воздуховод (2), электровентилятор (3), напольные решетки (6), трехходовые краны (12), вытяжные дефлекторы (13).

Рассольные системы подвержены коррозии, причиной возникновения которой является кислород. Поэтому необходимо систематически удалять воздух из испарителя и рассольных приборов, для чего предусмотрен кран выпуска воздуха (4).

Основные преимущества системы с промежуточным хладоносителем: безопасность и надежность в работе, большая аккумулирующая способность, простота регулирования и автоматизация температуры воздуха.

Недостатки такой системы – наличие двойного перепада температур между рассолом и хладагентом и между охлаждаемым воздухом и рассолом, что уменьшает холодопроизводительность машины и увеличивает расход электроэнергии на получение холода.

Кроме того, из-за большой длины 12-вагонной секции осуществлять погрузочно-разгрузочные операции на железнодорожной платформе можно только в пяти вагонах одновременно, что увеличивает время простоя вагонов.

5-вагонная рефрижераторная секция

В состав отечественного парка изотермических вагонов входят два типа 5-вагонных рефрижераторных секций: постройки Брянского машиностроительного завода (БМЗ) и постройки завода Дессау (ZB-5) [3, 4].

Принципиальные схемы холодильно-отопительных установок и охлаждающих систем у этих рефрижераторных вагонов примерно одинаковы. Различие между 5-вагонными секциями БМЗ и ZB-5 состоит в том, что грузовые вагоны БМЗ имеют одномашинное отделение с двумя холодильно-отопительными установками, а грузовые вагоны ZB-5 – два машинных отделения с одной холодильной установкой в каждой.

5-вагонная секции БМЗ типа РС-4 состоит из четырех грузовых вагонов габарита 1-Т и вагона с дизель электростанцией и служебным помещением. На секциях типа РС-4 служебный вагон располагается в середине секции и имеет дизельное отделение, кабину управления (щитовое отделение), салон-кухню, котельное помещение, туалет-душевую, тамбур, отделения для аккумуляторов и для отдыха проводников.

Грузовой вагон 5-вагонной секции БМЗ (рис. 3) состоит из грузового помещения и машинного отделения (1). Секция оснащена холодильно-нагревательным агрегатом ВР-1М – паровая компрессорная хладоновая холодильная установка непосредственного охлаждения с одноступенчатым сжатием паров.

На период оттаивания испарителей воздухоохладитель отъединяется от грузового помещения вагона заслонками, перекрывающими вход воздуха в воздухоохладитель со стороны грузового помещения и выход его в воздуховод. Рукоятки заслонок (6) выведены в машинное отделение вагона. Оттаивание испарителей осуществляется подачей в него горячего фреона.

Приборы приточно-вытяжной вентиляции состоят из отверстия (8) в торцевой стене вагона для забора свежего воздуха, воздуховода (9) и вентилятора (7) для подачи свежего воздуха (при открытой заслонке) в короб над воздухоохладителем, где он смешивается с циркулирующим воздухом в вагоне. Выброс воздуха из грузового помещения производится через отверстие в перегородке между грузовым помещением и машинным отделением, расположенное под воздухоохладителем.

Непосредственная система охлаждения 5-вагонной секции БМЗ эффективнее рассольной системы, что обусловлено отсутствием промежуточного передатчика холода – хладоносителя (рассола) и наличием одного температурного перепада между охлаждающим воздухом в вагоне и кипящим хладагентом. Кроме того, нет расхода электроэнергии на работу рассольных насосов, а также дополнительной тепловой нагрузки на установку от превращения работы насоса в тепло [6].

Недостатком 5-вагонной секции БМЗ является то, что из-за большой аккумулированной способности приборов охлаждения требуется большой расход энергии на работу вентиляторов-циркуляторов, что увеличивает тепловую нагрузку.

Автономный рефрижераторный вагон

Автономный рефрижераторный вагон состоит из грузового помещения и двух машинных отделений, расположенных в торцевых частях (рис. 4). Некоторые автономные вагоны имеют также служебное помещение.

В машинном отделении имеется холодильная установка (1) и дизель-генератор (5) с пультом управления. Холодильная установка размещена под крышей вагона в перегородке, которая отделяет грузовое помещение от машинного отделения. Дизель-генератор смонтирован на общей выдвижной раме, что позволяет демонтировать агрегат через боковую дверь [7].

В грузовом помещении расположены напольные решетки (9), воздухоохладитель с вентиляторами и электронагревателем (3), ложный потолок (8), датчики температуры (6), дефлекторы (10). Для удаления воды и конденсата в полу грузового помещения расположены сливные отверстия.

Приборами контроля и автоматики служат датчики температуры (6), панель измерения температуры (7), ящик для питания от постороннего источника тока (4), сигнальная лампа (11).

Охлаждение грузового помещения АРВ происходит следующим образом. Холодный воздух нагнетается электровентиляторами в пространство между крышей вагона и ложным потолком (8), и через щели в нем попадает в грузовое помещение.

Он омывает груз под напольными решетками (9), проходит к вертикальному каналу между щитами и торцовыми стенами вагона, засасывается вентиляторами и, пройдя через воздухоохладитель, вновь нагнетается в пространство под ложным потолком.

Аналогично циркулирует воздух и при отоплении вагона, только в этом случае вместо холодильной установки включаются электропечи. Свежий воздух засасывается вентиляторами через отверстия в торцовых стенах (2), удаляется через дефлекторы (10).

Достоинство и недостатки этого типа вагонов схожи с 5-вагонной секции БМЗ. К отдельным преимуществам АРВ следует отнести возможность подключения автономной энергетической установки к любому железнодорожному составу

Основные характеристики наиболее характерных рефрижераторных вагонов приведены в приложении 2.

Порядок выполнения работы

1. Изучив классификацию изотермических вагонов, выбрать вагон для перевозки заданного груза.

2. Ознакомиться с конструктивными особенностями системы охлаждения, отопления и принудительной циркуляции рефрижераторных вагонов.

3. Оформить отчёт о проделанной работе.

Содержание отчета

1. По результатам проведенной работы составляется отчет в письменной форме. Отчет должен содержать: цель работы; классификацию изотермических вагонов; устройство и компоновку рефрижераторных вагонов; выводы об эффективности использования i-го типа рефрижераторных вагонов.

2. Ответы на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы

1. Приведите классификацию изотермических вагонов.

2. Как осуществляется холодоснабжение 12-вагонной секции?

3. Перечислите преимущества и недостатки рассольной системы охлаждения.

4. Каково назначение магнитного соленоидного вентиля в 12-вагонной секции?

5. Поясните особенности непосредственной системы охлаждения, отопления и принудительной циркуляции 5-вагонной секции БМЗ.

6. Каковы конструктивные отличия 5-вагонных рефрижераторных секций постройки БМЗ и постройки завода Дессау?

7. Чем отличается грузовой вагон, входящий в состав 5-вагонной секции БМЗ от АРВ?

8. Перечислите достоинства и недостатки непосредственной системы охлаждения.

Практическое занятие № 4

Классификация и общее устройство изотермических контейнеров

Цель работы: изучить классификацию изотермических контейнеров, ознакомиться с типоразмером и с общим устройством рефрижераторных контейнеров.

Теоретическая часть

В последние годы большие потоки скоропортящихся грузов, состоявшие прежде из крупных отправок, распались на малотоннажные. В связи с чем многократно увеличилось и число мелких отправок скоропортящихся грузов, для перевозки которых стало эффективно использовать изотермические контейнеры.

Перевозка скоропортящихся грузов в изотермических контейнерах позволяет сделать холодильную цепь совершенной и избежать использования дорогостоящих холодильных складов для временного хранения грузов на промежуточных этапах, и реализовать технологию интермодальных перевозок.

Изотермический контейнер – контейнер (англ. от contain – вмещать) с изолированными стенками, дверями, полом и крышей, которые обеспечивают ограничение теплообмена между внутренним пространством контейнера и внешней средой.

Изотермичсекие контейнеры можно классифицировать по следующим признакам:

по назначению

• специализированные – предназначены для отдельных видов грузов, имеющие специфические свойства;

• унивесальные – для группы грузов однородных по физико-химическим свойствам и условиям перевозки;

по способу охлаждения/отопления грузов

• с машинным охлаждением – контейнер, имеющий холодильную установку;

• с машинным отоплением – контейнер, имеющий обогревательное устройство;

• с машинным охлаждением и отоплением – контейнер, обслуживаемый холодильным устройством и обогревательной установкой;

• без применения холодильных установок (термос-контейнер);

по способу компоновки холодильного и энергетического оборудования с кузовом контейнера

• интегральные – холодильные машины встроены в кузов контейнера;

• съемные – с дизель-генераторной установкой;

• прицепные – с вагонами дизель-электростанциями;

по системе электроснабжения

• от постороннего источника тока;

• от привода подвагонного генератора;

по вместимости по классификации ISO (Международная организация по стандартизации)

• мелкотоннажные – 3 и 5 футовые контейнеры;

• среднетоннажные – 20 футовые контейнеры;

• крупнотоннажные – 40 футовые контейнеры.

Изотермические контейнеры могут быть классифицированы и по другим признакам.

Рефрижераторный контейнер содержит кузов и машинное отделение (расположенное в торцевой части), в котором могут быть размещены автоматизированная холодильная машина и дизель-генераторная установка или система охлаждения сжиженным газом.

Кузов состоит из несущего каркаса, ограждения, дверей с запорными устройствами и уплотнителями и внутреннего оборудования.

Некоторые зарубежные фирмы используют в качестве изоляционных конструкций многослойные панели типа «сэндвич», толщина которых 85 и 100 мм. Уменьшение толщины изоляции при тех же наружных габаритных размерах позволяет увеличить внутренние размеры, вследствие чего грузоподъемность таких рефрижераторных контейнеров возрастает на 5–10 % по сравнению с обычными.

Охлаждение грузового помещения рефрижераторного контейнера происходит таким образом. Поток воздуха с определенной температурой подается из рефрижераторного агрегата внутрь контейнера на уровне пола, затем проходит вдоль профилей пола, в конце контейнера поднимается вдоль дверей к потолку и уже вдоль потолка возвращается в рефрижераторный агрегат. Во время циркуляции воздух, в зависимости от установленных параметров, нагревает или охлаждает внутренний объем контейнера, обеспечивая, необходимый режим перевозок.

В соответствии с требованиями ISO в грузовом объеме должна поддерживаться температура не выше –18 ⁰С при температуре окружающей среды не ниже +38 ⁰С. Для отапливаемых контейнеров температура в кузове должна быть +16 ⁰С при температуре окружающей среды –20 ⁰С. Некоторые рефрижераторные контейнеры позволяют осуществлять перевозки с температурой в грузовом помещении от –35 °С до –50 °С.

Холодильное и энергетическое оборудование контейнеров должно обладать высокой надежностью и быть полностью автоматизированным, так как в пути следования отсутствует эксплуатационное обслуживание. Должно быть предусмотрено управление процессом оттаивания воздухоохладителей через реле времени либо по сигналу пневмодатчика, отрегулированному на изменение аэродинамического сопротивления воздухоохладителя при осаждении инея на его теплопередающей поверхности. Автоматически также осуществляется и переключение режимов с записью на ленте термографа. Компрессоры применяют главным образом герметичные или полугерметичные, бессальниковые.

Теплообменные поверхности аппаратов холодильных установок (испарители, конденсаторы) выполняют, как правило, из антикоррозионных и высокотеплопроводных материалов с компактным расположением труб и ребер.

Для оттаивания воздухоохладителей, поддонов, дренажных трубок для слива талой воды от поддонов используются электронагреватели.

Несмотря на явные преимущества при перевозках скоропортящихся грузов в контейнерах по сравнению с рефрижераторными секциями, эксплуатация изотермических контейнеров имеет и ряд недостатков, что сдерживает их широкое использование. Основными сдерживающими факторами можно считать: большой дефицит фитинговых платформ, низкий уровень сервиса по диагностике и ремонту контейнеров, отсутствие надлежащего количества контейнерных терминалов и четкой нормативной базы относительно условий перевозок в рефрижераторных контейнерах.

Характеристика некоторых изотермических контейнеров согласно ГОСТ 30302-95 приведена в приложении 3.

Порядок выполнения работы

1. Изучить классификацию изотермических контейнеров.

2. Ознакомиться с типоразмеров изотермических контейнеров и с общим устройством рефрижераторных контейнеров.

3. Оформить отчёт о проделанной работе.

Содержание отчета

1. По результатам проведенной работы составляется отчет в письменной форме. Отчет должен содержать: цель работы; классификацию и изотермических контейнеров, и их характеристику в форме таблицы; особенности устройства рефрижераторных контейнеров; выводы об эффективности использования контейнеров для перевозки скоропортящихся грузов.

2. Ответы на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы

1. Приведите классификацию изотермических контейнеров.

2. Каковы конструктивные особенности рефрижераторного контейнера?

3. Как осуществляется холодоснабжение изотермического контейнера?

4. Какое основное отличие вагона-термоса от контейнера-термоса?

5. Приведите типоразмер изотермических контейнеров по ГОСТ 30302-95.

6. Перечислите достоинства и недостатки изотермических контейнеров по сравнению с изотермическими вагонами.

Практическое занятие № 5

Расчет теплопритоков в грузовое помещение вагона или контейнера

Цель работы: освоить расчет теплопритоков в грузовое помещение изотермического вагона.

Теоретическая часть

Расчет теплопритоков состоит в последовательном учете количеств теплоты, поступающих в грузовое помещение изотермического вагона от каждого из различных источников теплоты, которые могут оказать влияние на установление и поддержание заданного теплового режима в вагоне.

Основной целью расчета теплопритоков является определение холодильной мощности оборудования машинного отделения, необходимой для поддержания заданной температуры в вагоне. Кроме того, тепловой расчет позволяет определить возможность использования рефрижераторных вагонов в режиме «термос» [3, 7].

Суммарный теплоприток на один вагон за время перевозки определяют по формуле:

+ , (5.1)

где суммарный теплоприток за время перевозки, кДж;

теплоприток через ограждения кузова, кДж;

теплоприток за счёт биохимического тепла продуктов, кДж;

теплоприток за счёт инфильтрации воздуха, кДж;

количество тепла, вносимого наружным воздухом, при вентиляции, кДж;

теплоприток за счёт солнечной радиации, кДж;

прочие теплопритоки (при открывании дверей вагона, при работе людей и др.), кДж.

Теплоприток через наружное ограждения кузова находят по формуле

, (5.2)

где коэффициент теплопередачи наружного ограждения кузова, (см. приложение 2);

поверхность теплопередачи, стен, пола, потолка вагона, (для АРВ – 234 м²);

3,6 – переводной коэффициент теплопередачи (Вт/м² К) в (кДж/м² ч К);

температура воздуха в грузовом помещении вагона, ⁰С.

температура наружного воздуха, ⁰С.

продолжительность перевозки груза, ч.

Температуру воздуха внутри вагона определяют как среднюю величину между верхним и нижним предельным значением температурного режима перевозки груза.

Температура наружного воздуха может быть определена по приближенной формуле

, (5.3)

где среднемесячная температура, самого жаркого месяца, ⁰С;

максимальная суточная температура, ⁰С.

Теплоприток за счет биохимического тепла продуктов составляет:

, (5.4)

где C_гр и С_m – теплоемкость груза, и тары соответственно, кДж/кг К;

и масса груза и тары, соответственно, кг;

и начальная и конечная температура груза соответственно, ⁰С.

В расчетах теплоемкость груза и тары можно принять С_гр=2 4 кДж/кг К, С_т=2,5 3 кДж/кг К соответственно. При этом следует учитывать, что теплоемкость жидкого продукта, как правило, выше, чем твердого.

Масса груза является заданной величиной, масса тары груза принимается равной 10 % от массы затаренных продуктов.

После окончания погрузки и закрытия дверей температура воздуха в вагоне принимает значение близкое к начальной температуре груза (приложение 4).

При охлаждении продуктов воздухом необходимо учитывать, что часть теплоты отводится вследствие испарения влаги с их поверхности. Причем теплота, отводимая вследствие испарения влаги, может составлять до 50 % общего количества теплоты в зависимости от температуры воздуха и свойств охлаждаемых продуктов.

Теплоприток за счёт инфильтрации воздуха определяется формуле

, (5.5)

где С_в – теплоемкость воздуха, (С_в=1,0 кДж/ кг К);

p_в – плотность воздуха (p_в = 1,2 кг/м³);

V_В – объём инфильтрации воздуха, (V_В =96 м³/ч).

Теплопоступления за счет притока свежего воздуха при вентилировании вагона.

, (5.6)

где V– объем грузового помещения вагона, м³ (см. приложение 3)

а – кратность вентиляции, (а=1 3);

i_н и i_в – теплосодержание снаружи и внутри грузового помещения вагона, Дж/кг.

Так как правилами перевозок предусмотрено вентилирование только бананов и некоторых других грузов в зимнее время, то Q₄ =0.

Теплоприток за счёт солнечной радиации вычисляется по формуле

, (5.7)

где t_эп – эквивалентная температура прямой радиации на горизонтальные и вертикальные поверхности вагона, (t_эп=9,5 ⁰К);

продолжительность воздействия солнечной радиации из расчета, что во время переходного периода солнечная радиация действует с 8 часов до 18 часов.

Прочие теплопритоки, возникающие при эксплуатации изотермического вагона, зависят от условий эксплуатации и ориентировочно составляют 10 % от Q₁ т. е.:

0,1. (5.8)

Потребная мощность холодильной машины для одного вагона определяется по формуле:

. (5.9)

Значение потребной мощности сравнивается с суммарной мощностью холодильных машин (действительная мощность), которую может обеспечить один вагон.

Отношение потребной холодопроизводительности к действительной называют коэфициентом рабочего времени холодильных машин

. (5.10)

Если условие выполняется, то холодильное оборудование справляется с отводом теплопритоков, в противном случае необходимо подобрать холодильное оборудование с более высокой мощностью.

Порядок выполнения работы

1. Изучить методику расчета теплопоступлений в грузовое помещение вагона.

2. Выполнить расчет теплопритоков для заданных условий.

3. Оформить отчёт о проделанной работе.