Будова та технічні дані системи кондиціонування повітря пасажирського вагону УКВ-31.
Завантажити конспект в форматі “docx” ви можете в кінці опису.
Встановлюється на пасажирських вагонах моделі 61-4179 виробництва ВАТ “Тверской вагоностроительный завод” різновидами є моделі УКВ-31-ТП, -ТС, та -МС., які виготовляються ЗАО “Остров”. Моноблочна установка кондиціонування повітря УКВ-31 (далі – установка) призначена для забезпечення і автоматичного підтримання потрібних значень температури повітря всередині пасажирських вагонів колії 1520 мм. Установка кондиціонування повітря представляє собою підвісний горизонтальний автономний кондиціонер з рециркуляцією і складається з парокомпресійної холодильної машини, повітропідігрівачів і вентиляційного обладнання. Принципова пневмогідравлічна схема установки представлена на рисунку 2.3.
Рисунок 2.3 – Принципова пневмогідравлічна схема установки УКВ-31: 1- Компресор гвинтовий; 2 – повітроохолоджувач (лівий); 3 – повітроохолоджувач (правий); 4 – конденсатор (лівий); 5 – конденсатор (правий); 6 – повітронагрівач водяний (лівий); 7 – повітронагрівач водяний (правий); 8 – терморегулюючий вентиль; 9 – корпус соленоїдного вентиля; 10 – котушка соленоїдного вентиля; 11 – оглядове скло; 12 – фільтр-осушувач; 13, 15 – запірний вентиль; 14 – зворотний клапан; 16 – реле тиску запобіжне 22,5/15,9 бар, з ніпельним клапаном; 17 – реле високого тиску 20/15 бар, з ніпельним клапаном;
18 – реле низького тиску 0,5/2 бар, з ніпельним клапаном; 19 – реле контроля тиску конденсації 9,5/12,5 бар, з ніпельним клапаном; 20 – манометр низького тиску, -1…10 бар; 21 – манометр високого тиску, 0…30 бар; 22 – датчик низького тиску, -0,5…7 бар; 23 – датчик високого тиску, 0…30 бар; 24 – датчик температури; 25 – датчик контроля витрати повітря; 26 – реле температури; 28 – штуцер з ніпельним клапаном; 29 – вентилятор центробіжний; 30 – вентилятор осьовий; 31 – фільтруючий осередок в зборі; 32 – електропривод повітряного клапана; 33 – тяга привода повітряного клапана (комплект); 34 – повітронагрівач електричний (лівий); 35 – повітронагрівач електричний (правий).
Всі перераховані засоби розміщені в одній горизонтальній площині, скомпоновані в єдиний автономний блок і закріплені на несучій рамі, котра обшита металічними листами (оцинкована бляха – товщиною 1,5 мм) з наклеєною на них з внутрішньої сторони звуко- і теплоізоляцією. Нижне дно установки двостінне, причому простір між стінами дна також заповнено звуко- і теплоізоляційним матеріалом. Корпус установки розділений перегородкою на два відсіки.
При цьому холодильний компресор, осьовий вентилятор та конденсатори установлені в одному відсіку, а центробіжний вентилятор і симетрично розміщені відносно нього клапани зовнішнього повітря, повітроохолоджувачі, водяні повітронагрівачі, фільтруючі елементи і електричні повітропідігрівачі в іншому. Елементи установки з’єднані трубопроводами. В корпусі виконані вікна для входу та виходу повітря. Установка розміщується в під даховому просторі робочого тамбура вагона і кріпиться до вагонних шпангоутів за допомогою чотирьох монтажних кронштейнів, закріплених на несучій рамі і вкомплектованих болтами М16 і пружними амортизаторами.
В якості холодильного агента парокомпресійної холодильної машини використовується хладон R134a (фріон R134a) – озонобезпечне, нетоксичне, незаймисте індивідуальне хімічне з’єднання сімейства гідрофторвуглецевих. Установка може використовуватись в пасажирських вагонах, які входять в рухомий склад на електричній, дизель-електричній і тепловозній тягах. Установка працездатна при швидкостях руху вагонів від 0 до 220 км/год і температурах зовнішнього повітря від +45 до +15 °С при роботі в режимі охолодження і від +15 до мінус 50 °С при роботі в режимах вентиляції і опалення [2]. Основні технічні характеристики приведені в таблиці 2.2.
Таблиця 2.2 – Основні технічні характеристики установки УКВ-31
Найменування характеристики Величина
Номінальна холодопродуктивність при роботі в режимі охолодження, кВт* 28
Сумарна потужність двох електричних повітропідігрівачів, кВт 2-3,0
Сумарна потужність двох водяних повітропідігрівачів, кВт 2-10,0
Температура води на вході в водяні повітропідігрівачі,°С, не менше 90
Витрата води через водяні повітропідігрівачі, м3/год, не менше 1,8
Витрата повітря на виході з установки, яка забезпечується центробіжним вентилятором повітроохолоджувачів, м3/год, не менше 4000+20%
Збитковий тиск на виході з установки, який створюється центробіжним вентилятором повітроохолоджувачів, Па, не менше 300
Маса холодоагенту який заправляється в холодильну машину, кг, не більше 10
Габаритні розміри установки, мм 2160×1700×590(h)
Маса, кг, не більше 760
*Примітка: холодопродуктивність вказана при температурі зовнішнього повітря t з =+40±2°C і відносній вологості ϕз =30%±3%, або при температурі зовнішнього повітря t з =+32±2°C і відносній вологості ϕз =70%±3%.
В процесі експлуатації установка може працювати в слідуючих режимах:
– охолодження повітря всередині вагона;
– вентиляція внутрішнього простору вагона;
– підігрів повітря всередині вагона (опалення).
При роботі в режимі охолодження задіюються холодильна машина і вентиляційне обладнання. Водяні і електричні повітронагрівачі в цьому випадку відключені. Охолодження повітря всередині вагона виконується наступним чином (див. рис. 2.3). При включеній холодильній машині під дією розрідження, створюємого центробіжним вентилятором 29, в установку через отвори повітроприймачів внутрішнього повітря надходить ре циркулююче повітря з вагона. Одночасно через отвори повітроприймачів зовнішнього повітря всмоктується зовнішнє повітря. При цьому витрати зовнішнього повітря можуть регулюватися за допомогою повітряних клапанів з електроприводом 32. Потоки внутрішнього і зовнішнього повітря перемішуються в камерах змішування і змішаний потік, пройшовши через фільтруючі осередки 31 надходить в повітроохолоджувачі 2 і 3, після чого нагнітається всередину вагона за допомогою вентилятора 29 через отвори повітророзподільника.
Частина поданого до вагону повітря, після його проходження по вагону, знову повертається в установку (ре циркулююче повітря), а частина повітря виходить назовні за рахунок негерметичності конструкції вагона. Необхідна температура поверхні повітроохолоджувачів 2 і 3 під час роботи в режимі охолодження забезпечується наступним чином. Компресор 1 холодильної машини (рис. 2.5) стискує і нагнітає пари холодоагенту через зворотний клапан 14 в конденсатори з повітряним охолодженням 4 і 5. В конденсаторах холодоагент охолоджується потоком зовнішнього повітря. Зовнішнє повітря всмоктується через отвори повітроприймачів зовнішнього повітря і за допомогою осьового вентилятора 30 і через отвори повітровитяжного пристрою викидається в атмосферу.
Охолоджувані в конденсаторах пари холодоагента переходять в рідкий стан і рідкий холодоагент через відкриті запірні вентилі 15, фільтр-осушувач 12, оглядове скло 11 з індикатором вологи, відкриті соленоїдні вентилі 10 надходить на вхід в терморегулюючі вентилі 8 повітроохолоджувачів. В терморегулюючих вентилях відбувається дроселювання холодоагента і його тиск падає від тиску конденсації (нагнітання) до тиску кипіння (всмоктування), після чого холодоагент надходить в повітроохолоджувачі. В повітроохолоджувачах рідкий холодоагент кипить в трубках, відводячи тепло від їх поверхні, як наслідок, від охолоджуємого повітря. Під час охолодження повітря частина вологи, яка знаходиться в ньому, конденсується на зовнішній поверхні трубок і ребер повітроохолоджувачів. Конденсат який створюється при цьому збирається в піддонах повітроохолоджувачів і зливається через отвори в нижньому днищі установки.
Пари холодоагенту із випарників надходять на вхід в компресор і цикл роботи холодильної машини повторюється. Процес контролюється манометрами низького 20 і високого 21 тиску, датчиками низького і високого тиску 22 і 23, реле високого і низького тисків 17 і 18, реле тиску конденсації 19 і запобіжним реле тиску 16. Один з основних елементів системи охолодження повітря є компресор. В даній системі використовують компресори німецької компанії BITZER, серії VSK (рис. 2.4.) , а саме VSK-31. Створені в 1985-1988 рр., серійні герметичні середньотемпературні компактні гвинтові компресори серії VSK, призначені для роботи на холодоагенті R134a і по сьогодні є унікальними. Це найменші двохроторні гвинтові компресори з усіх будь-ким вироблених. При цьому гвинтові компресори серії VSK являються компактними, тобто нагнітання газу і масловідділення в цьому компресорі здійснюється в одному спільному корпусі.
Рисунок 2.4 – Гвинтовий компресор типу VSK в розрізі
Відносно легкі компресори серії VSK, які мають тонкостінний сталевий корпус, завдяки своїй тихій роботі і низькому рівню вібрації дуже добре підійшли для вбудовування в вагонні кондиціонерні агрегати. Крім того, гвинтовий компресор дуже добре підходив для реалізованого в тих агрегатах високотехнологічного частотного інверторного регулювання продуктивності. Такий спосіб дозволив оснастити кондиціонерний агрегат всього одним компактним компресором, регулювання продуктивності якого здійснюється в досить широкому діапазоні за рахунок зміни частоти живлення від 20 до 87 Гц. Герметичні гвинтові компресори типу VSK мають два ротори з розміщеними на них поверхнями нового геометричного профілю (відношення зубів 5: 6 або 5: 7).
Основними частинами цих компресорів є два ротори (ведучий і ведений) котрі вставлені в закритий корпус (рис. 2.5). На роторах з обох кінців розміщені підшипники кочення (радіальні і упорні), котрі в з’єднанні з розумними розмірами маслозабезпечуючих порожнин, забезпечують оптимальні енергетичні характеристики обертання. Запобіжний вентиль на перепад тиску встановлюється як захист від розриву. Гвинтові компресори можуть обертатися тільки в одному направленні. Компресор приводиться в обертання від трьохфазного асинхронного двигуна який вбудований в корпус компресора. Ротор двигуна являється валом ведучого гвинтового ротора.
Рисунок 2.5 – Герметичний гвинтовий компресор VSK-31: 1 – ведучий ротор; 2 – ведений ротор; 3 – підшипники кочення; 4 – зворотний клапан; 5 – регулятор продуктивності/ розвантаження під час пуску; 5а – виконавчий механізм для позиції 5; 6 – диференціальний запобіжний клапан; 7 – відділював масла; 8 – масляний фільтр; 9 – вбудований двигун; 10 – коробка управління; 11 – захист двигуна (не показано)
Охолодження виконується холодними парами холодоагенту, які в основному проходять через отвір в роторі двигуна. В додаток до ефекту охолодження ця конструктивна особливість використовується як центробіжний відділював рідини. Стиск в гвинтовому компресорі відбувається в одному направленні. Порожнини роторів відсікають робочий об’єм, котрий зменшується по мірі руху в осьовому направленні. Холодильний агент набирається на всмоктуючій стороні і стискається в відсічених умовах. Як тільки торці зуб’ів роторів звільнюються на вихідній стороні, пар стиснений до тиску високої сторони і нагнітається в масловідділювач або конденсатор. Дуже малі зазори (декілька мікрон) між роторами і корпусом динамічно ущільнюються маслом, котре безпосередньо впорскується в простір профілів. Частина масла використовується для живлення підшипників кочення.
Для серії VSK розроблена нова система регулювання. Основа відповідає принципу регулювання золотником у великих промислових компресорів. Таким чином частина газу який перекачується тече назад на всмоктування за рахунок руху всмоктуючої частини ущільнюючого контуру. У відмінності від компресорів великої продуктивності це не знижує надійності корпусу компресора. Зазор між роторами і корпусом зберігається в жорстких межах, навіть при високих температурах. В ролі регулюючого елементу тут слугує гідродинамічно активний поршень для ведучого ротору, який сидить абсолютно щільно з торцем стінки корпуса при роботі компресора на повну потужність. Система циркуляції масла спроектована як типова для гвинтових компресорів. Ресивер масла для такої форми конструкції знаходиться в посудині з компресорним агрегатом і який виконує функції масловідділювача. Циркуляція масла досягається за рахунок різності тисків в точці впорскування, де тиск посудини незначно вище тиску всмоктування.
При роботі в режимі вентиляції холодильна машина і повітропідігрівачі вимкнені і задіяний тільки центробіжний вентилятор 29 і приводи заслінок повітряних клапанів 32, які в цьому випадку забезпечують регулює мий повітрообмін в вагоні, але без термодинамічної обробки повітря. При роботі в режимі опалення можуть бути задіяні як електричні 34,35, так і водяні 6,7 повітропідігрівачі. Регульований повітрообмін забезпечується за допомогою повітряних клапанів 32, обладнаних засовками з електроприводом, при цьому повітря нагнітається в середину вагона за допомогою центробіжного вентилятора 29, тільки замість охолодження повітря виконується його нагрів в повітропідігрівачах 6, 7, 34, 35.
Вибір режимів роботи установки (ручний або автоматичний), зміна тепло- і холодопродуктивності, завдання і контроль температури повітря всередині вагона і інтенсивність повітрообміну, контроль часу напрацювання устаткування, фіксація і видача інформації про поточні значення температур повітря всередині вагона і ззовні, температури повітря на виході з установки і температури води в опалювальному котлі, а також видача інформації про можливі несправності, які виникають в процесі роботи установки, забезпечується системою управління (СУ), яка є самостійним виробом і в склад установки не входить. Управління роботою установки кондиціонування здійснюється в автоматичному режимі блоком керування по сигналам датчиків температури: – всередині вагона; – зовнішнього повітря; – в повітроводі. Режим задається з дисплею блока керування.
В режимі “ВЕНТИЛЯЦИЯ” може працювати тільки припливний вентилятор з частотою живлення 35 Гц. В режимі “ОХЛАЖДЕНИЕ” і “ПРЕД. ОХЛАЖД.” може працювати кондиціонер або електрокалорифер і допоміжне опалення. В режимі “ПРЕД. ОХЛАЖД.” Кондиціонер працює з закритими заслінками при повній холодопродуктивності компресора і частотою живлення припливного вентилятора 50 Гц[8]. Для регулювання необхідного кута повороту заслінок на входи приводів заслінок подається аналоговий сигнал (від 2 до 10 В) з блока керування заслінками в залежності від необхідного кута повороту.
Кут повороту задається з блоку керування в залежності від температури зовнішнього повітря в автоматичному режимі або перемикачем “УПРАВЛЕНИЕ ЗАСЛОНКАМИ РУЧНОЕ” в положеннях: “0” – повністю закриті, “1” – відкриті на 9°, “2” – відкриті на 18°, “3” – відкриті повністю (30°)[8]. Положення встановлюються в залежності від температури зовнішнього повітря: “1” – нижче мінус 20°С; “2” – від мінус 20 до мінус 5°С; “3” – від мінус 5 до + 26°С; “2” – вище + 26°С. Положення “0” встановлюють при попередньому охолодженні вагона. В усіх режимах, крім попереднього охолодження, припливний вентилятор працює на частоті 35 Гц. В режимі попереднього охолодження блок керування видає сигнал на включення реле, котре контактом видає сигнал в перетворювач про необхідність живлення припливного вентилятора частотою 50Гц.
При відсутності повітряного потоку або при сильному забрудненні повітряних фільтрів спрацьовує реле тиску, котре контактом вимикає реле, а іншим контактом вмикає світлодіод “ПОТОК ВОЗДУХА”, та контактом реле вмикає світлодіод “ВЕНТИЛЯТОР” червоним кольором. В екрані дисплея “УСТАНОВКА ТЕМПЕРАТУРЫ” можна встановити температуру в вагоні в межах від 20 до 26°С. На екрані дисплея “ПАРАМЕТРЫ СИСТЕМЫ” відображаються дані про поточний режим, показники датчиків температур, датчиків тиску, значення встановленої температури установки, перелік включеного в даний момент обладнання і положення заслінок. Приточний вентилятор і кондиціонер можна вмикати вручну перемикачами “ВЕНТ.РУЧН.” і “КОНДИЦ. РУЧН.”.
