МПС РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ПЕТЕРБУРГСКИЙ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООЩЕНИЯ
Кафедра “Коммерческая и грузовая работа”



ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
К КУРСОВОЙ РАБОТЕ




Санкт-Петербург 1999
СОДЕРЖАНИЕ





ВВЕДЕНИЕ.
Цель курсовой работы - определить расход дизельного топлива и необходимость в экипировке вагона за время груженого рейса.
Определение количества тепла, поступающего в грузовое помещение вагона, относиться к теплотехническим расчётам. На основании таких расчетов решают различные проектные и эксплуатационные задачи, такие как:
определение расчетной тепловой нагрузки при проектировании нового холодильного оборудования или теплоизоляции вагонов;
определение потребной или фактической тепловой нагрузки для эксплуатационных целей;
оценка возможности поддержания требуемого температурного режима перевозки и выявление причин его нарушения;
определение пунктов экипировки изотермических вагонов;
возможность использования рефрижераторных вагонов в режиме “Термос”.

Существует два способа (метода) теплотехнических расчетов: аналитический и графоаналитический. Для проектных целей используют аналитический метод.
При решении эксплуатационных и экономических задач изменчивость параметров внешней среды может существенно отразиться на результатах расчета и поэтому используется графоаналитический метод определения расхода холода. Суть этого метода заключается в графическом сопоставлении хладопроизводительности устройств охлаждения и всех теплопоступлений внутрь вагона в зависимости от времени суток и места его нахождения.
Графоаналитические расчеты позволяют определить усредненный расход холода на направлении в условиях наиболее приближенных к фактическим. При этом расход холода ставится в зависимость от изменяющейся температуры наружного воздуха, вида подвижного состава, заданной температуры внутри вагона.
Существует десять теплопритоковQ1...Q10, которые подразделяются на непрерывные Q1...Q4 , периодические Q5...Q8 и разовые Q9...Q10.





1. ГРАФОАНАЛИТИЧЕСКИЙ МЕТОД РАСЧЁТА ТЕПЛОПРИТОКОВ.
Основными исходными данными в расчете теплопритоков графоаналитическим методом являются:
техническая характеристика используемого изотермического подвижного состава (ИПС);
теплотехнические характеристики, свойства, способ, режим и период перевозки груза;
расчетная температура наружного воздуха на направлении перевозки;
начальная температура груза при которой его предъявляют к перевозке;
надёжность расчета теплопритоков;
маршрут следования подвижного состава от места погрузки до места выгрузкис выделением на нём опорных станций, включая станции погрузки, выгрузки, переформирование составов в пути, а так же при резкой смене климатических условий.
велечины средних или расчетных температур наружного воздуха на опорных станциях по состоянию на 13 часов дня и на 1 час ночи;
протяженность участков между опорными станциями и участковая скорость движения поездов между ними;
время подачи вагонов под погрузку;
продолжительность простоя вагонов на опорных станциях.
1.1. Определение расчетных параметров внешней среды.
Для определения расчетных параметров внешней среды маршрут разбивают на расчётные участки - интервалы по продолжительности нахождения вагона на:
- i-x опорных станциях (?EMBED Equation.3), ч (EMBED Equation.3=1, 2,.., EMBED Equation.3);
- i-x участках между опорными станциями (EMBED Equation.3), ч (EMBED Equation.3=1, 2,..,EMBED Equation.3-1),
где EMBED Equation.3 - количество опорных станций на маршруте.
Общая продолжительность следования вагона от погрузки до выгрузки, равна, ч :
EMBED Equation.3
При этом общее количество расчетных интервалов на маршруте (EMBED Equation.3) составит:
EMBED Equation.3 ,
Продолжительность следования вагона по участку равна, ч :
EMBED Equation.3 ,
где EMBED Equation.3- протяженность участков между i-ми опорными станциями, км;
EMBED Equation.3 - участковая скорость движения поездов, заданная. EMBED Equation.3= 25 км/ч.

Посуточное (графиковое) время проследование поездом всех i-х опор-ных станций по прибытию и по отправлению, ч :
EMBED Equation.3 ;
EMBED Equation.3 ;
где EMBED Equation.3- посуточное время отправления поезда с предшествующей станции, ч.

Началом отсчёта является заданное время подачи вагонов под погрузку на станции “ А “ .
Расчётные температуры наружного воздуха на опорных станциях: дневные на 13 часов и ночные на 1 час определяются по формулам:
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
то же на участках
где EMBED Equation.3- среднемесячная температура наружного воздуха на 1 час и 13 часов на данной i-й опорной станции, EMBED Equation.3;
X - параметр, определяющий заданную надёжность расчёта теплопритоков (Р=0.95);
????????i oc - заданное среднеквадратичное отклонение температуры наружного воздуха от её среднего значения по состоянию на 1 час и на 13 часов.
Расчётные значения температур наружного воздуха, 0С, за время нахождения вагонов на опорных станциях и участках определяются по формулам: EMBED Equation.3
тоже на участках:
EMBED Equation.3
Исходные и расчётные значения изменяющихся параметров внешней среды сведены в таблицу 1.


Таблица 1.
Переменные параметры внешней среды

1.2. Расчёт теплоритоков.
Расчёт теплопоступлений ведётся в тысячах кДж на один вагон по приведённым ниже формулам.
1.2.1. Теплоприток через ограждение кузова.
EMBED Equation.3
где КР и FP - соответственно расчётный коэффициент теплопередачи, Вт/(м2?К), и полная расчётная поверхность ограждения кузова вагона, м2 ;
tB - температура воздуха внутри вагона, 0С , определяемая как
средняя величина между верхним и нижним предельными
значениями температурного режима перевозки груза:
KM и FM - соответственно коэффициент теплопередачи, Вт/( м2?К), и поверхность перегородок, м2 , по внутреннему контуру машинного отделения , КМ =0,32 Вт/( м2?К), FM=10,8 м2;
Таким образом, теплоприток Q1 по всем опорным станциям и участкам маршрута, кДж:
EMBED Equation.3 =420,48 EMBED Equation.3 =850,54 EMBED Equation.3 = 222,24 EMBED Equation.3 = 491,87 EMBED Equation.3 = 302,19
EMBED Equation.3 = 945,71 EMBED Equation.3 = 482,6 EMBED Equation.3 = 805,5 EMBED Equation.3 = 548,72
1.2.2. Теплоприток за счёт инфильтрации воздуха.
EMBED Equation.3
где СВ - теплоёмкость воздуха, СВ = 1,0 кДж/(кг? K);
?В - плотность воздуха,??В = 1,2 кг/м3,
VВ - объём инфильтрации воздуха, м3/ч, зависящий от надёжности расчёта теплопритоков (Р), VВ = 96 м3/ч;
tн - расчётная температура наружного воздуха, 0С.
??-?расчётная продолжительность перевозки груза, ч.
Таким образом, теплоприток Q2 по всем опорным станциям и участкам маршрута, кДж:
EMBED Equation.3 = 89,39
EMBED Equation.3 = 181,12 EMBED Equation.3 = 47,28 EMBED Equation.3 = 104,49 EMBED Equation.3 = 64,21 EMBED Equation.3 = 201,73
EMBED Equation.3 = 103,16 EMBED Equation.3 = 171,69 EMBED Equation.3 = 116,58
1.2.3. Теплопритоки на охлаждение груза и тары в вагоне.
EMBED Equation.3
где Сгр и Ст - соответственно теплоёмкость груза и тары, Сгр = 3,56 кДж/(кг?К),
СТ = 2,9 кДж/(кг?К);
GГР и GТ - соответственно масса груза и тары, GГР= 36 т, GТ= 6 т;
tгрн - начальная температура груза, из задания. tгрн = 11 0С.
tгрк - конечная температура груза, tгрк = tвв = 5 0С ;
На рисунке 1 показана диаграмма охлаждения груза и воздуха в вагоне. Так после окончания погрузки и закрытия дверей температура воздуха в вагоне принимает значение близкое к начальной температуре груза (tгрн ). После отключения холодильного оборудования в первую очередь охлаждается воздух в вагоне. При






понижении его температуры до значения соответствующего нижней границе режима перевозки , холодильное оборудование отключается. Воздух в вагоне начинает нагреваться за счёт влияния теплопритоков и теплопоступлений от самого груза. Как только температура воздуха внутри вагона повышается до верхней границы режима перевозки вновь начинается процесс охлаждения и т. д.
Первоначальная продолжительность охлаждения воздуха в вагоне, соответствующая так называемому нестационарному режиму перевозки, во многом зависит от начальной температуры груза и плотности погрузки, определяется по формуле:
EMBED Equation.3
где m - эмпирический коэффициент, определяющий тепм охлаждедия в вагоне, зависящий от вида продукта и плотности погрузки, m=0,031;
b - темп охлаждения воздуха в вагоне, зависящий от характеристик ИПС, b=0.35 K/ч.
EMBED Equation.3
Охлаждение груза в вагоне до значений температур соответствующих стационарному режиму перевозки, осуществляется за время ?гр0,определяемое по формуле:
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
Таким образом, получаем:
Q3=(3.56?36+2,9?6)?(11-5)?10-3=873,36
Теплоприток EMBED Equation.3 относят на те станции и участки маршрута, на которых происходит охлаждение груза и тары, то есть в пределах ?гр0.
Для этого значение Q3 распределяют пропорционально времени нахождения вагона на этих участках и станциях:
EMBED Equation.3
Таким образом, теплоприток Q3 по всем опорным станциям и участкам маршрута, кДж: EMBED Equation.3 = 134,57; EMBED Equation.3 = 235,5; EMBED Equation.3 = 67,29; EMBED Equation.3 = 168,21; EMBED Equation.3 = 100,93; EMBED Equation.3 = 166,87
1.2.4. Теплоприток за счёт биохимического тепла.
Теплоприток Q4 расчитывается отдельно для стационарного и нестацонарного режимов
EMBED Equation.3
где q4HЕСТ и q4CТ - удельные тепловыделения, соответственно для нестационарного и стационарного режимов перевозки, q4HЕСТ=78 кДж/(т?ч),
q4CТ=49 кДж/(т?ч),
Таким образом теплоприток Q4 по всем станциям и участкам, кДж:
EMBED Equation.3

1.2.5. Теплоприток за счёт солнечной радиации.
EMBED Equation.3
где tэр - температура рассеяной радиации, tэр=1,5 К;
Fбс и FK - соответственно площадь боковых стен и крыши вагона, м2 , Fбс=55 м2, FK=67 м2;
EMBED Equation.3 и EMBED Equation.3 - эквивавлентные температуры прямой радиации на вертикальные и горизонтальные поверхности вагона, EMBED Equation.3 =5,5 K, EMBED Equation.3 =13,5 К;
????????????????????С - вероятность солнечных дней в году, ?С=0,46;
????????????????????Ci - продолжительность воздействия солнечной радиации из расчета что во время переходного периода солнечная радиация действует с 8 часов до 18 часов.
Таким образом, теплоприток Q5 по всем станциям и участкам:
EMBED Equation.3

1.2.6. Теплопоступления за счет притока свежего воздуха при вентилировании вагона.
Q6 = 0
Так как, правилами перевозок предусмотрено вентилирование только бананов и некоторых других грузов в зимнее время.

1.2.7 Теплопоступления за счет работы вентиляторов-циркуляторов.
Определяют для всех типов ИПС, имеющих принудительную циркуляцию воздуха. Для нестационарного режима:
EMBED Equation.3 ;
где N - мощность электродвигателя вентилятора-циркулятора, N=0,45 кВт ;
nЭ - число электродвигателей, nЭ=4;
? - коэффициент тепловых потерь электродвигателя,???0,06.
Для стационарного режима:
EMBED Equation.3
Таким образом, теплоприток Q7 по всем опорным станциям и участкам маршрута, кДж :
EMBED Equation.3

1.2.8 Теплоприток за счет оттаивания снеговой шубы на испарителях.
Определяют только для 5-ти вагонных секций и АРВ:
EMBED Equation.3
где q8 - удельные теплопоступления при оттаивании снеговой шубы, q8=100 тыс. кДж;
nOT - интервал через который производят оттаивание снеговой шубы, зависящий от средней температуры наружного воздуха, сут.
EMBED Equation.3
nOT = 7,55 суток = 181,2 часа
EMBED Equation.3
Если EMBED Equation.3 , то необходимость оттаивания снеговой шубы отсутствует;
EMBED Equation.3

1.2.9. Теплоприток за счет охлаждения вагона.
EMBED Equation.3 ;
Теплоприток Q9 существует только до тех пор, пока в вагоне охлаждается воздух, то есть в нестационарном режиме.
Таким образом, теплоприток Q9 по всем опорным станциям и участкам маршрута, кДж :
EMBED Equation.3

1.2.10. Теплоприток через открытые двери при погрузке.
Очевидно, что Q10, будет отсутствовать, если вагон и груз предварительно не охлаждены до требуемого режима перевозки.

1.3 Результаты расчета теплопритоков.
Результаты расчета теплопритоков на станциях и участках приводятся в таблице 2.
Затем строят график расхода холода за время гружёного рейса (рис 2). Сначала формируют центральную часть графика. Ось абсцисс обозначающую продолжительность перевозки, делят в выбранном масштабе на временные интервалы, соответствующие времени нахождения вагона на опорных станция и участках, проставляя их численные значения, ч. Там же указывают расстояние между опорными станциями, км и посуточное время проследования опорных станций по прибытию и отправлению.
В нижней части графика откладываю расчетные температуры наружного воздухана опорных станциях и участках по состоянию на 13 ч, на 1 час и в среднем за время нахождения там вагона с указанием их численных значений, 0С.
В верхней части графика сначала отложены суммы разовых теплопритоков, тыс. кДж. Затем к ним добавлена сумма периодических. Последней отложена общая сумма теплопритоков.

Режимы работы дизелей, холодильных машин и электропечей РПС определяют из возможности обеспечения теплового баланса.
Определяем потребную для одного вагона мощность холодильных машин ( QXi ), кВт, на всех опорных станциях и участках маршрута:
EMBED Equation.3
где Qобi - суммарные теплопритоки в вагон на рассматриваемом участке или станции, тыс. кДж;
?i - продолжительность нахождния вагона на расчетном i -том интервале,ч
Значения QXi заносим в таблицу 3 и сравниваем с суммарной мощностью холодильных машин (QXM) которую может обеспечить один вагон АРВ. В реальных условиях перевозок QXM несколько меньше паспортной, поэтому значения QXM следует принимать с поправочными коэффициентами (зависящимим от режима перевозки и расчетной температуры наружного воздуха).
Отношение потребной холодопроизводительности к действительной называют коэфициентом рабочего времени холодильных машин ( ?X ):
?Xi EMBED Equation.3 ,
Если ?Xi > 1, то принимаем ?Xi =1 (холодильное оборудование не справляется с отводом теплопритоков ).
Определим продолжительность работы холодильных машин, ч:
Режимы обслуживания вагонов:
- нестационарный режим охладения (НРО) - 2 дизеля;
- стационарный режим охлаждения (СРО) - 1 дизель;
- режим отопления (РО) - 1 дизель;
- без отопления и охлаждения (БОО) - 0 дизелей.
Данные о режимах и продолжительности работы дизель-генераторного и холодильно-отопительного оборудования РПС привожу в таблице 3.
Определяем фактический расход дизельного топлива за время груженого рейса, кг:
EMBED Equation.3 ;
где g - удельны расход дизельного топлива, потребляемый одним дизелем под нагрузкой, g= 20 кг/ч;
???????????Дi - продолжительность работы дизелей на i-тых участках и станциях, ч;
0,2 и 0,8 - коэффициенты, учитывающие изменение удельного расхода дизельного топлива при работе дизелей под нагрузкой и в холостом режиме.
EMBED Equation.3 EMBED Equation.3


3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПУНКТОВ ЭКИПИРОВКИ ИПС
В ГРУЖЕНОМ РЕЙСЕ.
В процессе эксплуатаци ИПС возникает необходимость в его экипировке (РПС - дизельным топливом, а вагонов, охлаждаемых готовым хладогентом - жидким азотом, сухим льдом, водным льдом или льдосолеными смесями ). При этом важно знать обеспечивается ли за время груженого рейса требуемый режим перевозки имеющимся запасом топлива или охлаждающих средств. Если нет, то на таком участке маршрута следует производить дополнительную экипировку вагонов.
Для РПС определяют допустимый расход дизельного топлива, который затем сравнивают с фактическим расходом на маршруте следования, кг:
EMBED Equation.3 ,
где GП и GP - соотетственно полный и резервный запасы дизельного топлива,
GП= 7950 кг, GР=1680 кг.
Gдоп = 7950-1680=6270 > 2297,6
Так как, необходимое условие соблюдается, то промежуточные экипировки РВС на маршруте следования в груженом рейсе не требуются.











































ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗАВИСИМОСТИ ТЕПЛОПОСТУПЛЕНИЙ
В ВАГОН ОТ КОЛИЧЕСТВА ГРУЗА В ВАГОНЕ.
Для определения зависимости теплопоступлений в вагон от количества груза в вагоне нам необходимо рассчитать теплопритоки, зависящие от количества груза: Q3 и Q4 . При разных значениях количества груза и построить график зависимости суммарного теплопритока от количества груза. Формулы для расчета теплопритоков Q3 и Q4 приведены в п. 1.2.3 и п. 1.2.4. Расчет проводим для Gгр= 20, 30, 40 тонн. Результаты сводим в таблицу 4. График зависимости суммарного теплопритока от количества груза строим по данным таблицы 4 (рис. 2.)
Таблица 4
Звисимость теплопоступлений в вагон от количества груза в вагоне.








СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
Теплотехнический расчёт изотермического вагона за время груженого рейса.: Метод. указ. /Сост. М. Н. Тертеров, В. В. Ефимов, В. И. Мисюкевич. - Л.: ЛИИЖТ, 1991. - 40 с.
Оформление текстовых документов.: Метод. указ. /Сост. В. А. Болотин, В. В. Ефимов, В. П. Игнатьева, Н. Ф. Фролова; Под ред. В. П. Игнатьевой. - СПб.: ПГУПС, 1998. - 48 с.