Начиная с 1960 г. пассажирский вагонный парк постоянно пополняется вагонами дальнего следования, оборудованными системой вентиляции с кондиционированием воздуха. Такие вагоны строились па отечественных вагоностроительных заводах, а также на заводах ГДР и ВНР.
Установка кондиционирования воздуха пассажирских цельнометаллических вагонов обеспечивает внутри вагона определенные климатические условия независимо от наружной температуры воздуха. Эта установка представляет собой комплекс агрегатов и состоит из систем отопления, вентиляции, охлаждения. В отличие от обычной системы приточно-вытяжной вентиляции система с кондиционированием воздуха дополнительно включает в себя холодильную установку, в которой охлаждается воздух, подаваемый в вагон летом, и устройства автоматического управления работой вентиляционного агрегата, холодильной установки и системы отопления.
В вагоне, оборудованном установкой кондиционирования, воздух из атмосферы забирается при помощи вентиляционного агрегата 9 (рис. 79) через решетку 10 с заслонкой, фильтр 11 и подается далее во все отделения вагона через компенсирующую вставку 8, калорифер 7, испаритель (воздухоохладитель) 6, диффузор 5, нагнетательный воздуховод 3 и решетку отвода 1. При этом около 75% воздуха, поступающего в воздуховод, забирается из вагона через рециркуляционный канал 4, заборная решетка которого находится в потолке коридора. Кроме того, вагон вентилируется через дефлекторы 2, установленные на крыше со стороны коридора и над туалетами.
Рис. 79. Система вентиляции с кондиционированием воздуха купированного вагона постройки завода им. Егорова 1966 г.
Рис. 77. Установка дефлектора
Холодильная установка состоит из компрессорного 13 и конденсаторного 12 агрегатов, воздухоохладителя, щита приборов, а также вспомогательной аппаратуры и приборов, соединенных между собой трубопроводами, по которым циркулирует хладагент фреон-12 (CF2C12 — дифтордихлорметан). При атмосферном давлении фреон кипит при температуре около —30° С. Удельный вес жидкого фреона около 1,4 г/см3. Газообразный фреон тяжелее воздуха. Хранится он и перевозится в жидком виде в стальных баллонах, окрашенных алюминиевой краской. Для организма человека газообразный фреон-12 безвреден, но, попадая на кожу в жидком виде, он может вызвать обморожение.
Хорошо очищенный фреон, газообразный и жидкий, бесцветен и запаха не имеет. Фреон не горит и не поддерживает горения. Пары фреона, попадая в зону открытого пламени в присутствии красной меди, окрашивают его в зеленый цвет (при незначительных утечках) или в синий (при больших утечках). Это свойство используется для обнаружения мест утечек с помощью галоидной лампы. Сухой фреон-12 не оказывает влияния на металлы, но при наличии влаги могут образоваться гидраты фреона, способные вызвать коррозию. Фреон-12 способен растворять в себе масло, поэтому оно попадает с фреоном во все элементы холодильной установки, смазывает трущиеся узлы компрессора и способствует созданию уплотнений в местах соединений.
К особым свойствам фреона следует также отнести его высокую текучесть в любом состоянии. Он проникает через малейшие неплотности соединений, порыв металле и т. и. Кроме того, фреон способен смывать с поверхности все, что с ней непрочно соединено, например окалину, формовочную землю. Загрязняющие примеси, циркулируя вместе с фреоном, могут нарушить нормальную работу установки. Поэтому перед сборкой при изготовлении и во время ремонта холодильной установки все трубопроводы тщательно продувают, а в процессе эксплуатации внимательно следят за герметичностью соединений.
Принцип действия холодильной установки следующий. Теплый воздух, подаваемый вентилятором на поверхность воздухоохладителя (испарителя) 8 (рис. 80), отдает тепло хладагенту — газообразному фреону, который находится в испарителе; поглощая тепло, фреон кипит. Пары фреона отсасываются в компрессор 3, сжимаются там до 12—15 кГ/см2 (давление конденсации) и нагнетаются в конденсатор 7. Здесь пары фреона конденсируются за счет охлаждения их воздухом, продуваемым через батарею конденсатора вентиляторами 6. Жидкий фреон собирается в ресивере 4 и по трубопроводу поступает в фильтроосушительный аппарат 1, после фильтроосушительного аппарата жидкий фреон направляется в воздухоохладитель через дросселирующее устройство, за которым давление фреона понижается до давления испарения. Затем цикл работы холодильной установки повторяется.
Чем ниже температура жидкого фреона перед дросселирующим устройством по сравнению с температурой конденсации, т. е. чем больше переохлаждена жидкость, тем меньше паров образуется при дросселировании и тем больше остается жидкого фреона, способного поглощать тепло от охлаждаемого воздуха. Жидкий фреон подводится к дросселирующему устройству по двум трубопроводам через два соленоидных вентиля 10 и 11.
Рис. 80. Принципиальная схема холодильной установки для кондиционирования воздуха:
1 — теплообменный фильтроосушительный аппарат; 2 — щит приборов; 3 — компрессор; 4 — ресивер; 5 электродвигатель; 6 — вентилятор; 7 — конденсатор;
8 — испаритель; 9 — терморегулирующий вентиль; 10,
11 — соленоидные вентили; 12 — запорный вентиль
Во время работы двигателя компрессора с максимальной или средней скоростью вращения оба соленоидных вентиля открыты, жидкий фреон поступает в воздухоохладитель через терморегулирующий вентиль 9. При этом включены оба вентилятора 6, обдувающих конденсатор. При переводе двигателя компрессора холодильной установки на низкую скорость вращения соленоидный вентиль 11 закрывается. Теперь фреон поступает в воздухоохладитель через соленоидный вентиль 10 и вентиль 9. Одновременно выключается и один из вентиляторов конденсатора. В воздухоохладителе происходит и осушение воздуха за счет того, что при контакте теплого воздуха с холодными трубами и ребрами содержащаяся в нем влага осаждается на их стенках.
Соленоидные вентили открываются для прохода жидкого фреона на большую или меньшую величину в зависимости от степени перегрева паров на выходе из воздухоохладителя.
Управление действием холодильной установки осуществляется с помощью ртутных контактных термометров, отрегулированных на максимальную и минимальную температуру в вагоне, а также путем постановки режимных переключателей, расположенных на щите управления, в соответствующие положения в зависимости от времени года, температуры наружного воздуха и др.
Пассажирские вагоны с кондиционированием воздуха оборудуются холодильными установками типов КЖ-25, КЖ-25П, КЖВК-25, МАБ-I, МАБ-II и «Стоун-Кэрриер».
Холодильная установка типа КЖ-25 установлена на вагонах межобластного сообщения постройки Калининского завода и мягких с двух- и четырехместными купе постройки завода им. Егорова, предназначенных для включения в поезда с централизованным энергоснабжением переменным током напряжением 380/220 в.
Рис. 81. Компрессорный агрегат установки типа КЖ-25
Холодильная установка типа КЖ-25 имеет ступенчатое регулирование холодопроизводительности в размерах 100; 75 и 50% от номинальной, равной 25000 ккал/ч, за счет применения в компрессорном агрегате трехскоростного электродвигателя. Принципиальная схема этой холодильной установки такая же, как показана на рис. 80. Установленная мощность ее (без вагонного вентилятора) равна 13,4 кВт.
Компрессорный агрегат установки представляет собой компрессор 2 (рис. 81) ФУБС-15 со встроенным трехскоростным электродвигателем, смонтированный на сварной раме 1.
Компрессор ФУБС-15 — поршневой, V-образный с углом развала цилиндров 90°, четырехцилиндровый, одноступенчатого сжатия, непрямоточный, бессальниковый, полугерметичный. Вес агрегата вместе с рамой составляет 365 кг. Для смазки компрессора применяется фреоновое масло марки ХФ-12 (ГОСТ 8501—57). Оно очень гигроскопично, поэтому при хранении его надо оберегать от попадания влаги.
Конденсаторный агрегат состоит из установленных на раме 1 (рис. 82) конденсатора 4, ресивера 3, двух электродвигателей 5 мощностью по 1,7 кВт с насаженными на их валы четырехлопастными вентиляторами 2 общей производительностью 16 000 м3/ч. Конденсатор представляет собой ребристую батарею с общей поверхностью 150 м2.
Рис. 82. Конденсаторный агрегат установки типа КЖ-25
Батарея составлена из медных труб, на которые насажены ребра из дюралюминия. Она разделена коллектором на две части. Пары фреона поступают в горизонтальный газовый коллектор и оттуда расходятся в три вертикальные секции, где происходит устранение перегрева и частичная конденсация паров. Вес агрегата 430 кг.
Ресивер емкостью 25 л изготовлен из стальной трубы. На нем установлены вентили для подвода и отвода жидкого фреона. В верхней части ресивера размещены клапаны предохранительный и для выпуска воздуха из системы.
Воздухоохладитель представляет собой батарею, выполненную из ребристых медных труб. Жидкий фреон через терморегулирующий вентиль попадает в трубки воздухоохладителя. По конструкции воздухоохладитель аналогичен конденсатору и состоит из двух секций, расположенных одна над другой. Общая теплопередающая поверхность воздухоохладителя равна 100 м2. Каждая секция имеет свой терморегулирующий вентиль, а на входе в нижнюю секцию, кроме того, установлен соленоидный вентиль, который прекращает поступление фреона в эту секцию при работе установки на режиме с низкой производительностью. Вес воздухоохладителя 312 кг.
Щит приборов представляет собой панель, на которой смонтированы мановакуумметры, показывающие давление паров фреона на сторонах всасывания и нагнетания у компрессора, манометр, показывающий давление масла в системе смазки компрессора, реле давления, обеспечивающее защиту компрессора высокого и низкого давления. Вес щита 50 кг.
Автоматическое управление установкой осуществляется по импульсам ртутноконтактных термометров, распределенных на три группы. В зависимости от времени года установка может работать на режиме «отопление» или на режиме «охлаждение», для чего на распределительном щите предусмотрен специальный пакетный переключатель. Кроме того, на щите имеется^ переключатель на три положения «прохладно — нормально—тепло», каждое из которых соответствует включению одной из трех групп ртутноконтактных термометров.
Холодильная установка типа КЖ-25П монтируется в мягких вагонах с двух- и четырехместными купе с автономным энергоснабжением постоянным током напряжением 110 в, построенных заводом им. Егорова. Как и установка КЖ-25, КЖ-25П имеет номинальную холодопроизводительность 25 000 ккал/ч. Установленная мощность ее 13,2 кВт. Компрессорный и конденсаторный агрегаты расположены под рамой вагона, а воздухоохладитель (испаритель) вмонтирован в канал системы вентиляции со стороны некотлового конца вагона. Все агрегаты соединены между собой медными трубами, часть из которых (между воздухоохладителем и теплообменником) покрыта теплоизоляцией.
Компрессорный агрегат (рис. 83) объединяет четырехцилиндровый компрессор ФУ-15 и в отличие от установки КЖ-25 имеет электродвигатель постоянного тока напряжением 110 в мощностью 12 кВт.
Холодопроизводительность можно регулировать в сторону понижения за счет уменьшения числа оборотов вала электродвигателя. Конденсат торный агрегат, воздухоохладитель, теплообменник по конструкции и характеристике в основном такие же, как в холодильной установке типа КЖ-25.
Холодильная установка типа КЖВК-25 (рис. 84), представляющая собой модификацию холодильной установки КЖ-25, применена на двухэтажном вагоне с куполом для обозрения местности.
Две такие установки холодопроизводительностью 25 000 ккал/ч каждая размещаются в отведенных под них камерах нижнего этажа и работают независимо друг от друга, обеспечивая раздельное охлаждение воздуха на нижнем этаже и в салоне вагона. Установленная мощность одной установки 15,6 кВт. Принцип действия и конструкция компрессора, теплообменных аппаратов и энергоснабжение холодильной установки КЖВК-25 такие же, как и у КЖ-25. Отличается эта установка расположением агрегатов в вагоне. Так, компрессорный и конденсаторный агрегаты расположены в общей камере внутри вагона, а в установке КЖ-25 они располагаются раздельно под вагоном.
Установка кондиционирования воздуха в вагоне с куполом для обозрения работает автоматически в зависимости от принятого режима — зимнего или летнего. Режим задается соответствующими переключателями на распределительном щите отдельно для нижнего этажа и для салона.
Холодильными установками типа МАБ -I (рис. 85) оборудованы жесткие купированные вагоны, поставленные в СССР из ГДР (Амендорф) в 1963—1965 гг. и имеющие автономную систему энергоснабжения от подвагонного генератора постоянного тока напряжением 110 в.
Рис. 83. Компрессорный агрегат установки КЖ-25П:
1 — компрессор; 2 — электродвигатель; 3 — рама
Рис. 84. Агрегаты холодильной установки КЖВК-25 в камере вагона:
1 — теплообменник; 2 — конденсаторный агрегат; 3 — щит приборов; 4 — ресивер; 5 — компрессор; 6 — решетка для выброса воздуха
Холодопроизводительность установки 2 400 ккал/ч при установленной мощности 14,2 кВт. Особенностью этой установки является возможность регулирования температуры воздуха в каждом купе самими пассажирами по их желанию, в то время как в других вагонах с кондиционированием температура регулируется одновременно во всех помещениях вагона от одного ртутноконтактного термометра.
Рис. 85. Схема холодильной установки типа МАБ-I жесткого купированного вагона постройки заводов ГДР:
1 — вентиляторы; 2 — испаритель-воздухоохладитель; 3 — каплеотделитель; 4 — электро- калорифер; 5 — реле максимального давления; 6 — манометр стороны нагнетания; 7 — реле разности давлений; 8 — манометр стороны всасывания; 9 — манометр давления масла; 10 — компрессор; 11 — магнитный клапан; 12 — гибкие трубопроводы; 13 — фильтр осушитель; 14 — ресивер; 15 — конденсатор; 16 — фильтры; 17 — барорегулирующий вентиль
Компрессор 4 (рис. 86) с электродвигателем типа «5» смонтированы на раме, которая опирается через резиновые амортизаторы на несущую раму. Компрессор, как и описанный выше компрессор ФУБС-15, имеет четыре цилиндра, объединенных по два в одном блоке с V-образным под углом 60° расположением. Корпус компрессора отлит из алюминиевого сплава и для герметичности пропитан искусственной смолой, которая служит также защитой от коррозии. Холодопроизводительность компрессора регулируется путем отключения одного или другого цилиндра за счет открытия клапанов сжатия и нагнетания.
Конденсаторный агрегат объединяет конденсатор с 1 поверхностью 185 м2, состоящий из восьми последовательно расположенных рядов ребристых оцинкованных труб, и осевой вентилятор производительностью 16 700 м3/ч, насаженный на вал электродвигателя 2 постоянного тока мощностью 1,7 кВт. На раме конденсаторного агрегата смонтирован ресивер 3 емкостью 34 л, имеющий два смотровых стекла- указателя наивысшего и наинизшего уровня хладагента.
Воздухоохладитель изготовлен из последовательно расположенных ребристых оцинкованных труб. Отводы труб хорошо изолированы, что позволяет значительно снизить образование конденсатора. Перед воздухоохладителем установлен барорегулирующий вентиль 17 (см. рис. 85), который поддерживает постоянное давление испарения с помощью прессостата. В отличие от применяемых в отечественных установках терморегулирующих вентилей, работающих в зависимости от температуры паров фреона на выходе из испарителя, этот вентиль открывается или закрывается в зависимости от разности давления фреона на выходе из ресивера 14 и на входе в испаритель 2.
Рис. 86. Компрессорный и конденсаторный агрегаты холодильной установки МАБ-1
Рис. 87. Компрессорный агрегат установки «Стоун-Кэрриер»
Для задержки влаги, которая подхватывается воздухом и может попасть в пассажирские помещения, за воздухоохладителем установлен каплеотделитель 3. Он состоит из 40 вертикально расположенных волнообразных пластинок, на которых водяные капли задерживаются и затем по желобу отводятся в ванну.
Реле давления 5 и 7, контакты и сопротивления электродвигателей компрессора и конденсатора установлены в ящике под вагоном.
Система автоматического регулирования поддерживает заданные температуры в вагоне при работе системы охлаждения и электроподогрева. На распределительном щите в служебном отделении вагона имеется главный переключатель с четырьмя положениями «выключено — водяное отопление — электроподогрев — охлаждение». Автоматическая регулировка температур в зависимости от положения режимного переключателя осуществляется одной из трех групп ртутноконтактных термометров, установленных в нагнетательном воздуховоде в средней части вагона. В этом существенное отличие данной установки от установки «Стоун-Кэрриера, где имеется всего одна группа термометров. В настоящее время вагоны с установками МАБ-I не строятся, так как имеют недостаточную холодопроизводительность. Взамен их с 1966 г. поставляются вагоны с холодильными установками типа МАБ-II.
Холодильная установка типа МАБ- II имеет холодопроизводительность 27 000 ккал/ч при температуре испарения 3—5° С и температуре конденсации 55° С. Ее компрессорный и конденсаторный агрегаты и ресивер расположены под вагоном, а двухсекционный воздухоохладитель, регулирующий вентиль и каплеотделитель, установлены под крышей вагона в нагнетательном воздуховоде.
Установкой фирмы «Стоун-Кэрриер» (Англия) оборудованы купейные и мягко-жесткие (МИКС Г) вагоны, поставленные в СССР заводом им. Вильгельма Пика (ВНР) и имеющие автономное энергоснабжение постоянного тока напряжением 110 в.
Система охлаждения в этих вагонах состоит из холодильной установки холодопроизводительностью 22 000 ккал/ч при температуре испарения фреона 2—3° С и установленной мощностью 10,6 кВт. Компрессорный и конденсаторный агрегаты расположены под вагоном, воздухоохладитель установлен в вентиляционном агрегате. Приборы управления холодильной установкой и контроля за ней находятся в котельном отделении вагона. К ним относятся регулирующее устройство и манометры высокого и низкого давления.
Компрессорный агрегат состоит из четырехцилиндрового компрессора 1 ( рис. 87) типа 5F-40, соединенного через упругую муфту 2 с электродвигателем 3 закрытого типа мощностью 11 кет. Агрегат подвешен к поперечным балкам рамы вагона на специальном каркасе с амортизирующими прокладками.
Конденсаторный агрегат объединяет конденсатор, установленный в металлическом корпусе 1 (рис. 88), и два осевых восьмилопастных вентилятора 2, приводимых во вращение электродвигателем 3 постоянного тока мощностью 1,34 кВт через клиноременную передачу. В одном каркасе с конденсатором размещается ресивер и фильтр-осушитель.
Рис. 88. Конденсаторный агрегат
Воздухоохладитель, расположенный в вентиляционном агрегате, состоит из оребренной батареи, терморегулирующего вентиля и распределителя фреона. Под воздухоохладителем имеется поддон с трубкой для спуска влаги, конденсирующейся на его поверхности, за ним — каплеотделитель для улавливания влаги, увлекаемой воздухом. Установка не имеет ручного управления и работает автоматически в одном из режимов в соответствии с положением главного переключателя. Контроль за работой агрегатов (вентилятора, калорифера, компрессора) осуществляется по сигнальным лампам, расположенным в верхней части распределительного щита, где установлен также амперметр, подключенный к аккумуляторной батарее.