296-02 | Вихревые кондиционеры воздуха для кабин транспортных средств и производственных помещений

Главная страница        >> Каталог технологий        >> Машиностроение
 
 

 

 

В летний период температура воздуха в кабинах транспортных средств (автомобили, железнодорожные локомотивы, сельскохозяйственные машины), в спецмашинах связи, наведения и т.п., во многих производственных помещениях превышает установленные санитарные нормы. Использование вентиляторов не дает ощутимого эффекта. Отсутствие комфортных условий в рабочей зоне приводит к повышенной утомляемости, ухудшению внимания, снижению производительности труда и увеличивает вероятность ошибочных действий. Однако от состояния персонала зависит безопасность людей и сохранность материальных ценностей, поэтому кондиционирование воздуха в кабинах автомобилей, железнодорожных локомотивов и других транспортных средств, на рабочих местах операторов не только желательно, но и необходимо.

Кондиционирование воздуха во многих жилых и производственных помещениях успешно выполняют кондиционеры различных систем на основе холодильных агрегатов компрессионного типа. Кондиционеры, работающие в режиме полной рециркуляции, например сплит-системы, не обеспечивают подачу в помещение свежего воздуха. При этом в кондиционируемом помещении практически отсутствуют отрицательно заряженные ионы воздуха и снижается содержание кислорода, что приводит к дискомфорту и снижению работоспособности людей. Существует ряд объектов, на которых применение кондиционеров компрессионного типа невозможно из-за возможных утечек хладагента в процессе эксплуатации кондиционера.

Серьезной проблемой является создание надежных, недорогих и экологически безопасных кондиционеров воздуха для транспортных средств. Под воздействием толчков и вибраций в процессе эксплуатации транспортных средств надежность кондиционеров компрессионного типа снижается в несколько раз по сравнению с эксплуатацией в стационарных условиях, поэтому создание надежных и эффективных кондиционеров является актуальной задачей.

Кондиционеры воздуха на основе термоэлектрических холодильных агрегатов не нашли широкого применения в связи с малым коэффициентом полезного действия и высокой стоимостью. Кроме того, эффективность работы термоэлектрических кондиционеров сильно зависит от температуры окружающей среды.

В связи с изложенными соображениями проблема создания простых, надежных, экологически безопасных кондиционеров воздуха нового типа представляет значительный практический интерес. Как отмечено в ряде публикаций, холодильные агрегаты на основе компрессионных систем с фреоновыми хладагентами будут замещаться экологически безопасными и более надежными системами, реализующими несколько физических эффектов одновременно.

В 1996 году был разработан и изготовлен первый опытный образец вихревого кондиционера воздуха для кабины машиниста электровоза. В состав кондиционера входят: фильтры для очистки воздуха, подаваемого из питательной магистрали электровоза, вихревой энергоразделитель, глушитель шума и система распределения воздуха.

Основой вихревого кондиционера является вихревой энергоразделитель. Воздух под давлением 0,2 - 0,3 МПа направляется в цилиндрическую полость вихревого энергоразделителя, где образуются два вихревых потока, напоминающие природные смерчи (торнадо). В результате сложного взаимодействия вихревых потоков между ними происходит энергетический обмен, при котором температура периферийного потока возрастает, а внутреннего (осевого) снижается.

Ранее проведенные авторами исследования вихревых процессов позволили найти такие конструктивные решения и режимы работы, при которых температура осевого потока снижалась на 25 - 30°С относительно температуры воздуха на входе вихревого энергоразделителя. При этом доля охлажденного воздуха составляла 40 - 60% от объема, подаваемого в энергоразделитель. Найденные технические решения защищены двумя патентами Российской Федерации. Была разработана серия типоразмеров вихревых энергоразделителей, превосходящих по своим параметрам известные конструкции. Полученные результаты позволили применить вихревые энергоразделители в качестве основного холодильного агрегата для кондиционера воздуха.

Испытания проводились на электровозе типа ВЛ-10 локомотивного депо "Пенза-3". Контролировались давление и расход сжатого воздуха, подаваемого в кондиционер. Кондиционер запитывался сжатым воздухом давлением 0,2 - 0,3 МПа из питательной магистрали электровоза через редуктор давления. Расход сжатого воздуха из магистрали составлял 0,4-0,6 м3/мин. Охлажденный воздух направлялся непосредственно в кабину машиниста через глушитель шума. Проводились замеры температуры и чистоты, подаваемого в кабину кондиционированного воздуха, уровня шума в кабине. Установлено, что при работе кондиционера уровень шума в кабине и чистота воздуха соответствуют санитарным нормам, обеспечивается подача в кабину очищенного и охлажденного на 14 - 25°С воздуха в количестве до 100 м3/ч. Конструкция кондиционера позволяет использовать простейшие системы управления и регулирования.

Проблема создания благоприятных климатических условий в кабинах транспортных средств и на рабочих местах в производственных помещениях была решена более эффективно путем применения вихревых климатических систем. Климатические системы реализуют комплекс вихревых и испарительных процессов, обеспечивающих приемлемые параметры микроклимата на рабочих местах, высокую надежность и безопасность при эксплуатации.

Вихревая климатическая система работает следующим образом. Сжатый воздух, пройдя очистку, поступает через входной патрубок 2 в вихревую трубу 1, где он закручивается и разделяется на два потока: холодный и горячий. Струи холодного потока поворачивают к оси вихревой трубы 1 и выходят через диафрагму (на чертеже не обозначена) и патрубок 3 вывода холодного потока и поступают через трубопровод 4 в смесительно-распределительное устройство 5.

Торможение закрученного потока производится крестовидным тормозом 6 с втулкой для лучшего формирования холодной составляющей. За тормозом 6 установлена коническая диафрагма 7, через которую горячий поток отводится в камеру-газосборник 11, в котором происходит выравнивание давления воздуха.

Горячий воздух из камеры-газосборника 11 поступает по трубопроводу 12 на вход диспергатора 13. В процессе своей работы диспергатор 13 засасывает воду, находящуюся на дне камеры охлаждения. Через форсунки часть воды выбрызгивается в камеру, где происходит процесс испарения и конденсации, в результате корпус вихревой трубы охлаждается. Температура воды из форсунки диспергатора 13 не поднимается выше 25°С, что позволяет осуществлять рециркуляцию.

Кроме того, воздух, поступающий в диспергатор 13, насыщается мелкодисперсной влагой. В результате увлажнения воздуха его температура падает. Воздух из диспергатора 13 имеет температуру ниже, чем на входе. По трубопроводу 14 увлажненный воздух поступает в смесительно-распределительное устройство 5, где он перераспределяется через перфорации по всему объему и перемешивается с поступающим из вихревой трубы 1 по трубопроводу 4 холодным потоком, и далее поступает к потребителю в нужном направлении через перфорации на торцевой стороне смесительно-распределительного устройства 5.

Температура воздуха из смесительно-распределительного устройства ниже температуры воздуха, подаваемого на вход вихревой трубы. Перепад температуры составляет 8-15°С.

Сочетание охлажденного воздуха, подаваемого из вихревого энергоразделителя, с увлажненным и охлажденным воздухом из вихревого распылителя позволяет регулировать температуру и влажность воздуха в кондиционируемом помещении. При этом полностью используется весь объем сжатого воздуха, подаваемого для питания вихревого энергоразделителя, что значительно повышает эффективность работы климатической системы. Данное техническое решение защищено патентом Российской Федерации.

Разработан, изготовлен и испытан опытный образец вихревой климатической системы. Для ее работы необходим только чистый сжатый воздух, который можно получать из пневмосети предприятия после соответствующей очистки или от автономного нагнетателя воздуха.

Для проведения испытаний в максимально жестких условиях был изготовлен макет кабины железнодорожного локомотива. С целью создания условий испытаний, приближенных к реальным, в кабине были установлены электронагреватели мощностью до 3,5 кВт, имитирующие солнечное излучение и тепловыделение от работающего в кабине оборудования и персонала. Для испытаний использовали подогретый до 40°С сжатый воздух из пневмосети предприятия.

Климатическая установка обеспечивала снижение температуры воздуха в кабине на 10-12°С относительно температуры окружающей среды при самых жестких условиях испытаний. Относительная влажность воздуха поддерживалась в пределах 50-60% с помощью вихревого распылителя жидкости. Полученные характеристики климатической установки обеспечивают выполнение требований к климатическим параметрам кабины машиниста железнодорожного локомотива по ГОСТ 12.2.056-81.

Использование автономного нагнетателя воздуха производительностью 100-150 м3/ч при давлении 0,15-0,25 МПа обеспечит работу климатической установки в режимах полной или частичной рециркуляции воздуха или без нее. Работа в режиме рециркуляции позволит существенно повысить эффективность кондиционирования воздуха. Существующие нагнетатели воздуха зарубежных производителей могут обеспечить работу вихревой климатической установки в наиболее жестких климатических условиях.

Вихревые климатические системы в отличие от традиционных систем компрессионного типа обладают рядом преимуществ:

  • система не просто охлаждает воздух в помещении, а замещает его свежим, чистым, прохладным воздухом;
  • имеется возможность регулирования влажности кондиционируемого воздуха;
  • высокая надежность в работе, обеспеченная предельной простотой конструкции и отсутствием движущихся и изнашивающихся частей;
  • полная экологическая и пожарная безопасность;
  • малые масса и габариты, модульное исполнение конструкции позволяют размещать климатическую установку в труднодоступных местах или встраивать в существующие системы отопления и вентиляции транспортных средств.

В настоящее время ведется подготовка к серийному производству вихревых кондиционеров воздуха для производственных помещений.

Проведенные маркетинговые исследования показали, что вихревые климатические системы составят конкуренцию многим известным типам кондиционеров по параметрам надежности, безопасности и цены. На их основе возможна разработка кондиционеров для всех видов транспортных средств: автомобильного, железнодорожного, сельскохозяйственных машин, мобильных установок с электронной аппаратурой гражданского и двойного назначения (аэродромных навигационных систем, мобильных систем наведения, передвижных командных пунктов, бронетехники и т.п.).

При создании "народного" кондиционера (недорогого, надежного и безопасного) для использования в бытовых условиях появится огромный рынок сбыта, так как имеющиеся в продаже кондиционеры компрессионного типа недоступны по цене большинству слоев населения. Вихревой кондиционер с автономным нагнетателем воздуха будет доступен практически каждой семье.

Освоение производства вихревых кондиционеров для салонов легковых автомобилей позволит поднять уровень комфортности отечественных автомобилей любых типов. Простота, малые габариты и энергопотребление вихревых кондиционеров позволит выполнить их установку без существенных изменений конструкции автомобиля. На первом этапе установку кондиционеров могут освоить тюнинговые фирмы, действующие при автозаводах.

Таким образом, проблема создания благоприятных условий на рабочих местах в производственных помещениях, в кабинах транспортных средств и других мобильных установок может быть решена путем применения вихревых климатических систем. Данные изделия получили патентную защиту, имеют обширные рынки сбыта и решают задачу замещения импортной продукции отечественной. Для дальнейшей работы по привязке вихревых климатических систем к конкретным условиям и местам эксплуатации, по освоению промышленного производства и продвижению на внутренний и внешний рынки новой продукции, приглашаются все заинтересованные стороны.


 
 
Главная страница        >> Каталог технологий        >> Машиностроение

Наверх