§ 55. Теплотехнические испытания

При исследованиях теплотехнических качеств пассажирских вагонов определяют следующие параметры: средний коэффици­ент теплопередачи ограждений кузова; герметичность кузова; температурно-влажностный режим в кузове; теплотехнические характеристики; надежность отдельных систем и агрегатов.

Коэффициент теплопередачи ограждений определяют в стацио­нарных условиях в закрытом помещении. Наиболее удобно эти испытания проводить в специально оборудованных «климатиче­ских» камерах, где можно создать заданные температурные и другие условия, в том числе обдувание вагона воздушным пото­ком, имитирующим движение поезда с необходимой скоростью. В отдельных случаях эти испытания при благоприятных атмо­сферных условиях можно проводить и под открытым небом. Средним коэффициентом теплопередачи ограждающих конструк­ций вагона называют количество тепла, проходящее в среднем через 1 м² поверхности (пола, стен, крыши, окон и т. д.) вагона за 1 ч при разности температур воздуха внутри и снаружи вагона, равной 1°С. Для определения среднего коэффициента тепло­передачи воздух внутри вагона нагревают электропечами до установления постоянного перепада (разности) температур воз­духа внутри и снаружи вагона. За начало постоянного перепада температур принимают тот момент, при котором достигнутое максимальное значение перепада стабильно продержится не менее 4 ч.

Мощность электропечей, устанавливаемых в вагоне, выби­рают по данным расчета в зависимости от типа и размеров вагона, предполагаемого значения коэффициента теплопередачи и требу­емого перепада температур воздуха снаружи и внутри вагона. В практике отечественного вагоностроения принято проводить такие испытания при обеспечении перепада температур внутри и снаружи вагона не менее 25° С.

Температуру воздуха внутри и снаружи вагона измеряют дистанционными термометрами при использовании термостанции, располагаемой вне вагона. Расход электроэнергии на обогрев внутреннего объема вагона измеряют электросчетчиками. Термо­метры внутри вагона устанавливают обычно на трех уровнях

358

по высоте и в нескольких сечениях по его длине, примерно через каждые 5 м. Для измерения температуры наружного воздуха устанавливают по одному-двум термометрам около середины внешних поверхностей боковых и торцовых стен, пола и крыши на расстоянии —200 мм. После достижения постоянного пере­пада температур снаружи и внутри вагона проводят цикл изме­рений в течение расчетного периода. Для обеспечения достовер­ности результатов испытаний продолжительность их расчетного периода принимают равной не менее 8 ч для закрытых помеще­ний и 18 ч — для открытого воздуха.

Коэффициент теплопередачи, определяемый по средним ре­зультатам испытаний,

где W — расход электроэнергии на нагрев воздуха внутри ва­гона, кВт-ч; F—среднее геометрическое значение внутренней и наружной поверхностей вагона, м²; т — продолжительность расчетного периода испытаний, ч; t_a и t_H — средняя темпера­тура соответственно внутри и снаружи вагона, ° С.

Полученный коэффициент теплопередачи сопоставляют с тре­буемыми значениями, установленными стандартами и техничес­кой документацией.

Данная методика испытаний позволяет определить статиче-кий коэффициент теплопередачи, при котором воздухообмен внутреннего помещения вагона и окружающей среды через не­плотности незначителен. Однако в реальных условиях эксплуа­тации условия теплообмена вагона и окружающей среды изме­няются, причем влияние воздухообмена на тепловые потери ва­гона оказывается весьма существенным. Исследования ВНИИВ показали, что коэффициент теплопередачи пассажирских ваго­нов зависит от скорости их движения, т. е.

K_да = K{l+Cv),

где К_да — коэффициент теплопередачи в условиях движения со скоростью v; К — статический коэффициент теплопередачи; С — коэффициент пропорциональности; С = 0,003÷0,007 — в зависимости от степени герметичности кузова; v — скорость движения, км/ч.

Герметичность конструкции кузова вагона наиболее правильно определять, измеряя воздухообмен внутреннего объема вагона и окружающей среды. Однако из-за методических трудностей обычно используют косвенный метод оценки, определяя подпор воздуха во внутренних помещениях при работающей системе приточной вентиляции. Подпором воздуха называют избыточное давление относительно окружающей среды при работе системы приточной вентиляции. Подпор принято обозначить символом ∆р

359

и измерять в Паскалях или в мм вод. ст. (1 Па ^ 0,1 мм вод. ст.). Методика определения подпора воздуха в пассажирских вагонах регламентирована отраслевыми руководящими материалами.

Перед испытаниями выполняют следующие подготовительные работы: проверяют исправность системы вентиляции и ее соот­ветствие паспортным данным; контролируют исправность всех дверей, окон, дефлекторов, люков и т. д. Двери, окна и другие устройства, через которые происходит сообщение воздуха внутри вагона с окружающей средой, после проверки плотно закрывают. Избыточное давление (или разрежение) внутри вагона измеряют мембранным микроманометром, например тягонапоромером ТНМ-П1 (модель 2007). В стационарных условиях можно ис­пользовать жидкостные микроманометры. Во время испытаний оператор с прибором находится внутри исследуемого вагона. Измерения выполняют при режимах работы системы вентиляции, установленных программой испытаний. Замеры проводят на стоянке и при движении вагона с различными скоростями — вплоть до конструкционной скорости (измерения при скоро­сти 120 км/ч обязательны). Значение подпора при каждом режиме испытаний рассчитывают как среднее арифметическое получен­ных результатов. Для обеспечения необходимой статистической достоверности опытных данных количество измерений при каждом режиме не должно быть менее 10.

Экспериментальное определение температурно-влажностного режима среды внутри пассажирского вагона является одним из способов проверки теплотехнических и климатических ком­фортных условий проезда пассажиров. С этой целью измеряют температуру, влажность и скорость движения воздуха в опре­деленных точках помещений вагона в различных зонах по их длине, ширине и высоте.

Параметры температурно-влажностного режима в вагоне сле­дующие: температура воздуха в пассажирских и служебных помещениях; разность температур воздуха в помещениях по высоте и длине вагона; температура подаваемого в вагон воздуха на выходе из вентиляционных выпусков; температура внутренних поверхностей ограждений помещений вагона; температура по­верхности кожухов отопительных приборов; относительная влаж­ность воздуха в вагоне; скорость движения воздуха в пассажир­ском помещении.

Температуру воздуха, как правило, измеряют в трех сечениях по длине вагона и на трех уровнях по высоте в каждом сечении (100, 1000 и 1700 мм от пола). Относительную влажность воздуха измеряют во всех сечениях в их средней зоне по высоте. Темпера­туру измеряют термометрами сопротивления (терморезисторами и термисторами), а влажность — аспирационными психрометрами (психрометрами Ассмана) или гигрометрами. Для регистрации показаний термометров сопротивления применяют термостан­ции или электронные автоматические мосты. Скорости движения

360

воздуха измеряют непосредственно анемометрами или по дина­мическому давлению (напору) при помощи микроманометров. Количество и расположение точек измерения, а также последо­вательность измерений температуры, скорости и влажности воз­духа устанавливают в программе испытаний. На основании ре­зультатов испытаний оценивают общую эффективность систем обогрева и охлаждения воздуха и проверяют обеспеченность в ва­гоне заданных в технической документации температурно-ком-фортных условий.

В комплекс теплотехнических испытаний пассажирского ва­гона входят работы по исследованию и определению теплотех­нических характеристик и режимов работы его отдельных систем и агрегатов оборудования. Такие работы включают определение следующих параметров: производительности системы вентиляции при различных условиях и режимах ее работы по скорости воз­душного потока в воздуховоде; теплопроизводительности кало­рифера измерением температуры воздуха до и после калорифера; теплопроизводительности водяного отопления измерением тем­пературы воды в характерных точках разводящей системы труб, температуры воздуха вблизи труб и расхода воды; теплопроизво­дительности электрического отопления замером расхода электро­энергии; холодопроизводительности холодильной установки из­мерением температуры воздуха до и после ее испарителя или замером параметров хладагента (температуры и давления) в ха­рактерных точках системы; скорости и точности регулирования автоматическими устройствами теплового режима в вагоне.

Описанные разновидности теплотехнических испытаний ха­рактерны также для вагонов городского рельсового транспорта, рефрижераторного подвижного состава и некоторых специализи­рованных грузовых вагонов.