Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса, постановка цели и задач исследования 13
1.1. Особенности СКВ для пассажирского железнодорожного транспорта и требования, предъявляемые к ним в настоящее время 14
1.2. Анализ современных систем кондиционирования пассажирских железнодорожных вагонов 19
1.3. Анализ схем СКВ с испарительными водо-воздушными циклом 24
1.3.1. Обзор известных решений 24
1.3.2. Перспективные схемы для использования на пассажирском железнодорожном транспорте 28
1.4. Цель и задачи исследования 30
2. Анализ перспективных скв с испарительными водо-воздушными циклами 32
2.1. Последовательность анализа. Исходные данные 32
2.2. Атмосферная схема СКВ 37
2.2.1. Методика расчета 41
2.2.2. Характеристики СКВ с атмосферной схемой 52
2.2.3. Рекомендации проектировщикам 62
2.3. Детандерная схема СКВ 67
2.3.1. Методика расчета 71
2.3.1.1. Работа без конденсации влаги из приточного воздуха 71
2.3.1.2. Работа с конденсацией излишней влаги из приточного воздуха 86
2.3.2. Характеристики СКВ детандерной схемой 95
2.3.2.1. Работа без конденсации влаги из приточного воздуха . 95
2.3.2.2. Работа с конденсацией излишней влаги из приточного воздуха 100
2.3.3. Рекомендации проектировщикам 110
2.4. Предлагаемая комбинированная схема СКВ 114
2.4.1. Методика расчета 117
2.4.1.1. Работа без конденсации влаги из приточного воздуха 117
2.4.1.2. Работа с конденсацией излишней влаги из приточного воздуха 121
2.4.2. Характеристики СКВ с комбинированной схемой 121
2.4.2.1. Работа без конденсации влаги из приточного воздуха 121
2.4.2.2. Работа с конденсацией излишней влаги из приточного воздуха 123
2.4.3. Рекомендации проектировщикам 126
2.5. Сравнительный анализ рассмотренных схем СКВ 127
3. Анализ влияния на характеристики предлагаемой скв основных технических факторов 133
3.1. Влияние величины барометрического давления 133
3.2. Влияние температуры воды, подаваемой на испарение и КПД увлажнителя 134
3.3. Влияние КПД турбодетандера и турбокомпрессора 135
3.4. Влияние величины минимально допустимого температурного напора в теплообменнике 139
4. Экспериментальное исследование системы с водо-воздушным вакуумным косвенно-испарительным циклом охлаждения 141
4.1. Цель и задачи экспериментальных исследований 141
4.2. Устройство экспериментальной установки 142
4.3. Методика экспериментальных исследований 147
4.3.1. Условия проведения экспериментальных исследований 147
4.3.2. Измеряемые экспериментальные параметры 148
4.3.3. Средства измерения рабочих параметров 149
4.3.4. Методика измерения рабочих параметров. 151
4.3.5. Обработка экспериментальных данных 154
4.3.6. Оценка погрешности измерений 156
4.4. Основные результаты экспериментальных исследований и их обсуждение 164
Выводы 171
Список литературы 175
- Анализ современных систем кондиционирования пассажирских железнодорожных вагонов
- Работа с конденсацией излишней влаги из приточного воздуха
- Влияние величины минимально допустимого температурного напора в теплообменнике
- Основные результаты экспериментальных исследований и их обсуждение
Введение к работе
В последнее время особое внимание уделяется проблеме перехода систем кондиционирования воздуха (СКВ) на экологически безопасные хладагенты и поиску энергоэффективных рабочих циклов [20]. В рамках реализации Венской конвенции об охране озонового слоя атмосферы ([74], 1985 г.) и Монреальского протокола о прекращении потребления веществ, разрушающих озоновый слой ([29], 1987 г.) широкое распространение в СКВ уже получили озонобезопасные хладагенты типа R134a, R407C и R410A. Однако в связи с ратификацией большинством промышленно развитых стран, в том числе и Россией, Киотского протокола к «Рамочной конвенции ООН об изменении климата» ([30], 1992 г.) актуальной задачей остается переход СКВ на хладагенты, не способствующие глобальному потеплению климата.
Решение данной задачи особенно важно для транспортных СКВ, для которых предъявляются повышенные требования к герметичности рабочих контуров, и, в частности, для железнодорожных СКВ. Это связано с возрастающими требованиями к комфорту проезда пассажиров на железнодорожном транспорте и значительным ростом количества вагонов, оборудованных СКВ [20].
Одним из перспективных направлений поиска являются СКВ с испарительными водо-воздушными циклами, поскольку в пассажирских вагонах всегда находится расходная емкость с водой, запасы которой регулярно пополняются в процессе следования железнодорожного состава по маршруту.
Испарительные водо-воздушные системы известны достаточно давно и широко распространены в странах, имеющих засушливый климат [105, 106]. Так же известны воздушные системы, рационально использующие водяной конденсат, образующийся в процессе работы [93, 94, 95]. Однако актуальной остается задача разработки СКВ с испарительным водо-воздушным циклом, работоспособной как в условиях засушливого, так и влажного климата, и не уступающей по энергоэффективности традиционным СКВ с парокомпрессионными холодильными машинами.
Цель работы; разработка и исследование испарительной водо-воздушной СКВ для железнодорожного пассажирского транспорта при эксплуатации в пределах России и ближнего зарубежья.
Основные задачи:
1. Анализ существующих решений испарительных водо-воздушных систем охлаждения. Выбор наиболее рациональных схем СКВ. Определение путей их совершенствования.
2. Разработка методик расчета перспективных СКВ.
3. Расчетно-аналитические исследования характеристик анализируемых СКВ при различных условиях работы; выявление климатических границ использования СКВ; определение наиболее экономичных режимов работы. Предложение перспективной схемы.
4. Оценка влияния основных технических факторов (КПД агрегатов, эффективности увлажнителей, величины барометрического давления, температуры испаряемой воды и величины минимально допустимого температурного напора в теплообменнике) на энергетические и массогабаритные характеристики предлагаемой СКВ.
5. Создание экспериментального стенда для исследования основных характеристик косвенно-испарительной системы охлаждения при пониженных давлениях во вспомогательном потоке и проведение испытаний для подтверждения результатов, полученных расчетно-аналитическим путем.
6. Разработка рекомендаций для проектирования рассмотренных СКВ.
7. Адаптация экспериментального стенда к условиям использования его в учебном процессе в качестве лабораторной установки для определения реальных теплотехнических характеристик системы с водо-воздушным косвенно-испарительным циклом. Научная новизна.
1. Найдены пути совершенствования СКВ с испарительным водо-воздушным охлаждением для эксплуатации в условиях повышенной влажности. Предложена наиболее эффективная схема СКВ.
2. Определено влияние на характеристики перспективных схем СКВ термодинамических параметров воздуха окружающей среды и в кондиционируемом объеме, а также управляющих параметров СКВ. Определены наиболее экономичные условия работы. Оценены климатические границы использования рассматриваемых систем.
3. Показано, что использование испарительного охлаждения перед детандером позволяет значительно понизить потребляемую мощность СКВ и площадь рекуперативного теплообменника.
4. Получены экспериментальные зависимости температуры охлажденного потока воздуха от соотношения расходов и давления вспомогательного потока для вакуумного косвенно-испарительного цикла.
Практическая значимость и реализация результатов работы.
1. Разработаны инженерные методики расчета перспективных испарительных водо-воздушных схем СКВ, позволяющие оценить характеристики СКВ в различных режимах работы.
2. Получены рекомендации по организации наиболее экономичных режимов работы перспективных СКВ.
3. Установлено влияние на характеристики предложенной СКВ величин барометрического давления, кпд увлажнителей, турбодетандера и турбокомпрессора, температуры испаряемой воды, величины минимально допустимого температурного напора в теплообменнике. Даны рекомендации разработчикам СКВ.
4. Определены пути увеличения эффективности и снижения габаритов рассмотренных СКВ за счет использования внутренней рециркуляции в кондиционируемом объеме.
5. Создан экспериментальный стенд, позволяющий исследовать основные процессы косвенно-испарительного охлаждения при пониженном давлении во вспомогательном потоке.
Рекомендации к внедрению. Разработанные методики расчета рекомендуются для проектирования перспективных экологически чистых СКВ с испарительными водо-воздушными циклами.
Созданный экспериментальный стенд используется в лабораторной практике кафедры Э-4 МГТУ им. Н.Э. Баумана для изучения методов определения реальных характеристик кондиционера и отдельных его элементов [79].
Достоверность полученных данных обеспечивалась применением аттестованных измерительных средств и апробированных методик измерения, хорошей повторяемостью полученных результатов измерений параметров модели кондиционера, определением и анализом погрешности измерений.
Апробация работы: Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на Международной конференции «Образование через науку», посвященной 175-летию МГТУ им. Н.Э. Баумана, 18 мая 2005 г [80].
Публикации: по результатам проведенных исследований опубликовано 3 статьи в научных журналах [76...78]. Изданы методические указания по проведению лабораторных работ на созданном экспериментальном стенде [79]. Опубликованы тезисы доклада на научной конференции [80]. Поданы 3 заявки на получение патента на изобретение, по которым получены положительные решения [81 ...83].
Структура и объем диссертации:
Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы (108 наименований) и содержит 187 стр. Основного текста, 46 рис. и 3 таблицы.
В первой главе «Состояние вопроса, постановка цели и задач исследования» анализируются особенности, современные нормы и требования к СКВ пассажирского железнодорожного транспорта. [20, 16, 17] Проводится обзор существующих зарубежных и отечественных установок СКВ [3...5, 18, 20, 23...27, 31, 58...60, ]. Отмечается общая тенденция перехода на экологически безопасные хладагенты и проблема поиска энергоэффективных циклов [20]. Показывается, что одним из самых перспективных направлений разработок являются водо-воздушные косвенно-испарительные СКВ [3, 18, 19, 31]. Проводится обзор известных решений в области водоиспарительных и воздушных систем охлаждения [32...54, 84...91, 93... 108]. Выделяются наиболее интересные схемные решения СКВ [3, 21, 31]. Сформулированы основные пути совершенствования систем КИО. Предложен перспективный вариант СКВ. Ставится цель, и формулируются задачи, подлежащие решению в работе. Во второй главе «Анализ перспективных СКВ с испарительными водо-воздушными циклами» приводится описание устройства и работы наиболее интересных известных и предлагаемой СКВ. Описываются инженерные методики расчета указанных схем. Проводится подробный анализ характеристик СКВ согласно разработанному алгоритму. Выделяются найденные оптимальные режимы работы СКВ в различных климатических условиях окружающей среды и задаваемых параметрах в кондиционируемом объеме. Проводится сопоставительный анализ схем и показывается, что оптимальной является предлагаемая комбинированная схема СКВ.
В третьей главе «Анализ влияния на характеристики предлагаемой СКВ основных технических факторов» проанализировано влияние на характеристики предлагаемой комбинированной схемы СКВ ряда технических факторов: КПД агрегатов, эффективности увлажнителя, величины барометрического давления, температуры испаряемой воды и величины минимально допустимого температурного напора в теплообменнике. Сформулированы рекомендации разработчикам СКВ по учету указанных факторов.
В четвертой главе «Экспериментальное исследование системы с водо-воздушным вакуумным косвенно-испарительным циклом охлаждения» приведено описание разработанного экспериментального стенда, необходимого для исследования основных характеристик косвенно-испарительной системы охлаждения при пониженных давлениях во вспомогательном потоке. Описаны методика экспериментальных исследований, обработка экспериментальных данных и оценка погрешности измерений. Представлены результаты экспериментальных исследований, которые подтвердили адекватность результатов, полученных экспериментально и с помощью расчетно-аналитического метода.
Анализ современных систем кондиционирования пассажирских железнодорожных вагонов
В таблице 2 приведены сравнительные технические характеристики ряда современных отечественных и зарубежных СКВ пассажирских железнодорожных вагонов. По данным германских разработчиков СКВ пассажирского железнодорожного транспорта [20, стр. 36] в настоящее время в мире преимущественное использование имеет хладагент R 134а [4, 5, 24, 25, 26, 59], заменивший ранее широко распространенный R12 [23, 60]. R134a доказал выгодность своего использования из-за малых давлений на стороне нагнетания компрессора и удерживает свое преимущественное положение. В отдельных случаях используется R407C взамен R22 [25], однако его применение не получит распространение в транспортной технике в связи с возникающими проблемы перезаправки при возникновении утечек. В европейских странах отмечаются активные поиски эффективных циклов охлаждения с рабочими веществами, удовлетворяющими международным соглашениям: Монреальскому [29] и Киотскому протоколам [30]. Проводятся разработки по использованию в качестве хладагента СО2, в то время, как аммиак и воспламеняемые хладагенты потеряли всякие шансы на использование их в поездах [20]. По мнению германских специалистов [20] наиболее перспективным направлением поиска являются воздушные циклы. Фирма HAGENUK FAIVELEY GmbH & Со и Normalair-Garrett Limited (NGL) разработала СКВ для экспресса ICE2.2 (Германия, 1995 г) с замкнутым воздушным циклом [5, 20]. Данная система не позволяет шуму работающих турбоагрегатов распространяться по системе воздухораспределения и имеет удобный и эффективный способ регулирования холодопроизводительности за счет изменения частоты вращения вала компрессора первой ступени.
Однако эффективность такой СКВ, не превышающая 0,8 (таблица 2), не позволяет получить широкое распространение. В 2002 г. австрийской фирмой LIEBHERR-VERKEHRSTECHNIK (LIEBHERR) разработана СКВ для пассажирских вагонов современного высокоскоростного поезда ICE3 [3] (см. рис. 1.1) с открытым воздушным циклом и дополнительным косвенно-испарительным охлаждением. Рассматриваемая система не требует носимого запаса воды, а испарению в охлаждающем вытяжном потоке воздуха подвергается конденсат, образовавшийся при охлаждении приточного потока. При этом утилизируется часть холодопроизводительности, которая требуется для конденсации водяных паров, и может быть значительной во влажных климатических условиях. Эта система также интересна тем, что компрессорно-детандерный агрегат не влияет на качество приточного воздуха, поскольку установлен в тракте вытяжного потока, а открытый цикл позволяет снизить требования к герметичности воздушных магистралей. В России по данным [20] на 2001 г. находились в эксплуатации СКВ только с парокомпрессионным холодильными машинами (ПКХМ): 1) МАВ-2 [60] с компрессором типа Y на R12 (около 7000... 10000 шт.); 2) УКВ-31 [5] с компрессором 4H2U на R134a (1000 шт.); 3) КЖ25С [23] с компрессором ФУБС15 на R12 (около 30 шт. на поездах Р200). Несмотря на это ряд организаций также проводят разработки экологически чистых транспортных СКВ. Известна климатическая установка 7175 (1996 г.), разработанная НПО «НАУКА» [27, 28] с разомкнутым воздушным циклом, не получившая к настоящему времени распространения в связи с недостаточной энергоэффективностыо по сравнению с СКВ с ПКХМ. Пермская фирма ЭЛСОКС разработала ряд железнодорожных СКВ [18], использующих косвенно-испарительное водяное охлаждение, в том числе и для вагонов первого класса и класса «люкс» - комбинированная СКВ пассажирских вагонов СКВ ПВ. Указанная система включает в себя две ступени термической обработки воздуха: блок регенеративного косвенно-испарительного охлаждения и группу индивидуальных купейных термоэлектрических блоков-доводчиков. Такая СКВ обеспечивает индивидуальное температурное регулирование в купе в диапазоне 28-20 С и имеет проектную эффективность охлаждения до 2,2 (таблица 2), что приближает ее к системам с ПКХМ. В 2005 г. фирма «ЭЛСОКС» получила заказ на оборудование 50 пассажирских вагонов 3 класса климатическими системами с косвенно-испарительным регенеративным охлаждением. Отмечены также разработки водоиспарительных СКВ для железнодорожного транспорта на Украине [55].
Работа с конденсацией излишней влаги из приточного воздуха
Входные параметры в КО в точке 3 min определяются по параметрам насыщенного воздуха и по принадлежности лучу процесса. Стопроцентная влажность приточного воздуха на входе в КО, обязательна, т.к. при охлаждении воздуха ОС с избытком влаги он будет осушаться и, следовательно будет насыщенным (иметь 100% отн. вл. И это верно, поскольку оребрение со стороны приточного воздуха в ТО скорее всего будет иметь его температуру, а не температуру вытяжного потока, а может и нет, но принимаем так). Такое расположение точки входа в КО (точка 3) соответствует минимальному расходу приточного воздуха (см. атмосферную схему), но в данном случае и единственно возможному при известной точке выхода из КО (4). Таким образом, расход приточного воздуха определяется по принадлежности точки 3 лучу процесса и кривой 100% Объемный расход приточного воздуха Vnp„T рассмотрен в диапазоне от 3116 до 5000 м3/ч. При этом минимальное значение соответствует наименьшей температуре воздуха на входе в КО (12,3 С), когда относительная влажность воздуха достигает 100%. Максимальная величина Vnp„T определяется пропускной способностью воздуховодов. Давление вытяжного потока Рв может задаваться в диапазоне от 61,8 кПа до 81,3 кПа. Минимальное значение определяется ограничением по температуре за турбодетандером (+3 С), из соображений предотвращения образования льда в воздушных каналах. Максимальное значение определяется условием возникновения засечки в теплообменнике. Как видно на рисунке 2.17. для всего доступного диапазона давлений Рв за ТД существует общая тенденция к снижению потребляемой мощности СКВ при уменьшении Vnp„T, что в основном связано со снижением потребляемой мощности турбоагрегата.
Причем, например для давления Рв = 75 кПа, уменьшение потребляемой мощности может составлять 44% от 28,2 кВт. Наименьшая потребляемая мощность соответствует давлению Рв в пределах от 75 до 80 кПа. Следует отметить, что для давлений Рв выше 75 кПа минимальное значение расхода приточного воздуха увеличивается из-за возникновения засечки теплообменника на малых расходах. Снижение потребляемой мощности также соответствует возрастанию эффективности холодильной системы, несмотря на снижение тепловой нагрузки теплообменника. Важно отметить, что, также как и для атмосферной схемы, уменьшение потребляемой мощности СКВ соответствует одновременному росту требуемой площади теплообмена в связи с уменьшением температурного напора, что особенно заметно для больших величин давления Рв.
Величина относительной влажности в КО фвых.ко при обработке приточного воздуха при постоянном влагосодержании остается практически неизменной для всего диапазона VnpnT для заданных тепло-влаговыделений в вагоне. Регулирование фвых.ко в сторону увеличения в данной схеме СКВ невозможно в связи с отсутствием увлажнителей приточного воздуха, а в меньшую сторону возможно - при конденсации излишков водяных паров приточного воздуха (подробнее см. главу 2.3.2.2). При соблюдении требования минимальной температуры приточного воздуха 1приттщ = 16 С минимальный расход приточного воздуха необходимо увеличить до 4300 м3/ч. В этом случае оптимальное давление за турбодетандером составляет 80 кПа. Характер влияния на характеристики СКВ объемного расхода V„Pi,T не зависит от величины степени общей рециркуляции єрец и аналогичен случаю, рассмотренному выше. Использование общей рециркуляции єрец позволяет снять заданную тепловую нагрузку вагона при меньшем расходе воздуха через турбоагрегат и, следовательно, при меньшей общей потребляемой мощности СКВ. Однако увеличение степени рециркуляции приводит к снижению температурного напора в теплообменнике и после определенного уровня к возникновению засечки на теплом конце теплообменника. Исключить ее для данной єрец позволяет лишь резкое увеличение значения минимального расхода приточного воздуха, что повышает минимальную потребляемую мощность СКВ. При рассмотренных условиях СКВ будет иметь минимальную потребляемую мощность (16 кВт) при степени общей рециркуляции в диапазоне от 20 до 30 %, что соответствует эффективности системы охлаждения 1,2. В то же время без общей рециркуляции минимальная потребляемая мощность СКВ составит 19 кВт, а эффективность холодильной системы 1,05. Важно отметить, что при соблюдении условия tnpHTmin = 16 С минимальная потребляемая мощность СКВ составит 20,2 кВт при максимально допустимой санитарными требованиями степени рециркуляции 30 %, что при данном давлении Рв = 70 кПа на 4,2 кВт выше минимума. СКВ с детандерной схемой работоспособна при любых значениях относительной влажности воздуха ОС фос, вплоть до 100%. При этом с увеличением фос растет количество конденсата, который, испаряясь в вытяжном потоке, повышает долю испарительного эффекта в суммарной холодопроизводительности кондиционера, что приводит к значительному росту эффективности холодильной системы. Например, для давления после турбодетандера 75 кПа эффективность охлаждения в диапазоне фос от 33 до 100 % увеличивается в 3,5 раза с 1,2 до 4,2. Минимальное значение фос соответствует появлению конденсата в приточном воздухе. Потребляемая мощность СКВ при этом возрастает незначительно. Ее рост связан с увеличения потребляемой мощности турбомашины из-за роста температуры вытяжного потока на входе в турбокомпрессор. Требуемая площадь поверхности теплообмена с увеличением относительной влажности ОС значительно возрастает. Давления за турбодетандером Рв в данном исследовании рассмотрены в диапазоне от 60,0 до 77,7 кПа, минимальная граница которого определяется принятой минимально допустимой температурой влажного воздуха за турбодетандером 3 С, а максимальная - возникновением засечки в теплообменнике. При этом СКВ будет работать значительно экономичнее при высоких давлениях Рв. Однако с увеличением Рв потребуются значительно большие площади теплообмена.
Влияние величины минимально допустимого температурного напора в теплообменнике
Вспомогательный поток, после отделения от общего дросселируется в регулирующем вентиле РВ1 и подается через увлажнитель У в теплообменник (последовательно в секцию КИТМ01.1, а затем в секцию КИТМ01.2). Увлажнитель У работает таким образом, что основная часть воды не успевает испариться и подается в виде водо-воздушной смеси непосредственно в каналы вспомогательного потока секции КИТМ01.1 где испаряется, интенсифицируя процесс теплообмена с общим потоком. В секцию КИТМ01.2 вспомогательный поток направляется после секции КИТМОІ.1 с помощью разворотного патрубка.
После теплообменника в тракте вспомогательного потока последовательно установлены два отделителя капельной влаги: ОВ и ОВК - основной и контрольный, за которыми вспомогательный поток может смешиваться с байпасным потоком в количестве вбайп в смесительной камере СК.
Объединенные в СК потоки образуют отбросной поток в количестве вотбр, который засасывается форвакуумным насосом (ФВН) и нагнетается через шумоглушитель (Гл) и воздуховод в окружающую среду (ОС), за пределы лаборатории.
Байпасная линия предназначена для регулирования расхода воздуха вспомогательного потока при сохранении степени его разряжения. Она включает в себя воздуховод с входным фильтром ФЗ и регулирующим вентилем РВ2. Байпасный воздушный поток забирается из помещения лаборатории. Стенд предусматривает регулируемую систему подачи воды в увлажнитель У.
Теплообменник установки (КИТМО) представляет собой рекуперативный пластинчато-ребристый, перекрестноточный теплообменник, имеющий два параллельных, конструктивно одинаковых, хода (меньшего свободного сечения) для вспомогательного потока воздуха и один ход (большего свободного сечения) для общего потока. Теплообменная гофрированная насадка и корпус теплообменника выполнены из алюминиевых сплавов. В каналах вспомогательного потока происходит испарение воды при задаваемом пониженном давлении. В каналах общего потока осуществляется охлаждение последнего при давлении близком к атмосферному при постоянном влагосо-держании.
Коллекторы теплообменника, через которые подводятся и отводятся рабочие потоки, спрофилированы с целью обеспечения равномерного распределения потоков по теплообменным каналам с углом раскрытия не более 16. Вентилятор (В) - серийный канальный вентилятор K160XL TW фир-мы SYSTEM AIR с максимальной производительностью 705 м7ч.
Регулирующие вентили (РВ1, РВ2) клиновидные задвижки с ручным приводом, обеспечивающим равномерное и плавное перекрытием проходного сечения.
Увлажнитель (У) выполнен в виде расширяющейся конусообразной инжекционной камеры со сменными сужающими насадками. Увлажнитель пристыкован непосредственно ко входному коллектору вспомогательного потока теплообменника. Для наблюдения водо-воздушного потока, выходящего из увлажнителя, на боковой стенке входного коллектора теплообменника установлен иллюминатор.
Система подачи и сбора воды. В увлажнитель У вода подается по прозрачному трубопроводу из уравнительного предварительного расходного бака УПРБ, представляющего собой плоскую вместительную емкость. Расход воды регулируется вентилем РВЗ. Неиспарившаяся в теплообменнике вода отводится в сборные баки СБ1 и СБ2, установленые на разворотном патрубке теплообменника и за отделителем влаги ОВ, соответственно. Отделители влаги ОВ и ОВК работают по принципу инерционного каплеотделения. При ра боте потоки испаряемой и отделяемой воды последовательно пропускаются через мерную емкость МЕВ1.
Форвакуумний насос (ФВЩ представляет собой серийный нагнетатель типа РУТС (12ВФ1,7/1,5СМ2УЗ).
Объем лабораторного помещения, его воздухообмен и размещение стенда должны быть такими, чтобы тепло- и влаговыделения при работе экспериментальной установки и другого лабораторного оборудования не вызывали заметного изменения тепловлажностного состояния воздуха окружающей среды. Отработанный воздух вспомогательного потока необходимо удалять в атмосферу за пределы помещения.
При проведении экспериментальных работ измерялись и фиксировались следующие параметры (точки обозначены в соответствии с рис. 4.1.): 1) барометрическое давление (абсолютное давление воздуха в лаборатории) -прямые измерения; 2) вакуумметрическое давление во вспомогательном потоке на входе в теплообменник (т. 8) - прямые измерения; 3) температура и относительная влажность в воздушных потоках системы-прямые измерения: на входе общего потока (т. 1);
Основные результаты экспериментальных исследований и их обсуждение
Исследования показывают (см. рис. 3.4), что величина минимально допустимого температурного напора в рекуперативном теплообменнике Atromin оказывает сильное влияние на все основные Характеристики СКВ - при увеличении Atromin от 1 до 10 С потребляемая мощность СКВ, работающей в оптимальном режиме, сильно увеличивается, например для фос = 70 %, с 15,2 до 34,3 кВт, что связано с необходимостью получения более низкой температуры за турбодетандером, а следовательно и созданием большего разряжения при помощи турбокомпрессора. При этом эффективность холодильной системы упадет с уровня 3,0 до 1,3, однако, минимальная требуемая площадь теплообмена значительно сократится - с 123,6 до 33,8 м . Для различных значений относительной влажности ОС указанные выше закономерности сохранят качественный характер. При этом для меньших значений фос будет характерно несколько большее максимальное значение давления за турбодетандером, а, следовательно, и меньшая потребляемая мощность СКВ. Также при увеличении Atromin отмечается сокращение потребляемого расхода воды, что связано с увеличением доли детандерного охлаждения над испарительным, в следствие увеличения отношения давлений в турбодетандере. При этом чем выше значение фос тем этот эффект значительнее и даже можно получить отрицательный расход воды, что соответствует накоплению воды в расходной емкости. Цель экспериментальных исследований: подтвердить работоспособность системы (кондиционера) с водо-воздушным вакуумным косвенно-испарительным циклом охлаждения и получить внешние рабочие характеристики для конкретных условий.
Основные задачи: 1. Разработать и смонтировать экспериментальную установку. Учесть ее дальнейшее применение в учебном процессе на кафедре Э4 МГТУ им. Н.Э. Баумана в качестве лабораторного стенда для определения основных характеристик системы с водо-воздушным вакуумным косвенно-испарительным циклом охлаждения и изучения принципов и эффективности работы ее отдельных элементов. 2. Проверить экспериментальным путем работоспособность установки и возможность управления ее рабочими процессами. 3. Отработать методики измерения отдельных экспериментальных параметров. 4. Отработать проведение комплексных измерений, скорректировать, в случае необходимости, методику экспериментальных исследований. 5. Провести экспериментальные исследования по определению основных характеристик системы на заданном режиме. 6. Обработать результаты измерений, определить их погрешности, сделать выводы. В случае необходимости внести изменения в конструкцию стенда, скорректировать методики исследования. В качестве рабочего цикла экспериментальной установки выбран регенеративный вакуумный косвенно-испарительный цикл, позволяющий исследовать водо-испарительное охлаждение воздуха, как при атмосферном, так и при пониженном давлении в охлаждающем, вспомогательном потоке [79]. Принципиальная схема стенда представлена на рис. 4.1, а его внешний вид - на рис. 4.2. Стенд позволяет моделировать различные режимы работы кондиционера благодаря регулированию расходов охлаждаемого основного и охлаждающего вспомогательного воздушных потоков, давления во вспомогательном потоке, расхода воды, поступающей в увлажнитель, а также позволяет изменять параметры воздуха, подаваемого в установку для охлаждения. Система работает следующим образом. Воздух общего потока в количестве вобщ (рис. 4.1) поступает через заборный воздуховод ЗВ, механический фильтр Ф1 в двухсекционный рекуперативный косвенно-испарительный тепломассообменник КИТМО (теплообменник) - последовательно в секции КИТМ01.2 и КИТМО 1.1, в котором охлаждается в результате теплообмена со вспомогательным потоком, в котором происходит испарение воды при определенном устанавливаемом давлении. После теплообменника общий поток воздуха разделяется на два потока - основной в количестве GOCH и вспомогательный в количестве GBcn. Основной поток подается вентилятором В в помещение лаборатории через вертикальный воздуховод с успокоительными сетками СУ1 и СУ2 и выходной защитной сеткой-фильтром Ф2. Расход основного потока воздуха может регулироваться поворотом заслонки шибера Ш, установленной в потоке перед вентилятором В.
