Системы вентиляции обитаемых объектов транспортных средств
Одним из основных элементов оборудования обитаемых объектов (кабины, кузова, контейнера и др.) ТС является система вентиляции.
Кузова ТС имеют ограниченные размеры: на каждого человека, находящегося в кузове, приходится 0,4… 1,2 м3 объема внутреннего помещения. При таком сравнительно малом объеме в отсутствие вентиляции быстро расходуется кислород и накапливаются продукты дыхания человека и вредные вещества (отработавшие газы, пары топлива и т.д.), повышаются влажность и температура воздуха. Основным условием хорошей вентиляции кузова является воздухообмен. Необходимость в интенсивном воздухообмене подтверждается данными, приведенными в таблице.
Таблица. Влияние характера работы водителя на воздухообмен в кузове
Объем, л | ||||
Характер работы водителя | Число дыхательных движений в минуту | потребляемого воздуха | кислорода 02 | выделенного углекислого газа С02 |
В состоянии покоя | 15 | 12 | 0,5 | 0,4 |
Легкая работа (движение по ровному малозагруженному шоссе) | 17 | 18 | 0,9 | 0,75 |
Работа средней тяжести (движение по пересеченной местности) | 19 | 32 | 1,6 | 1,5 |
Тяжелая работа (движение в условиях бездорожья) | 22 | 52 | 2,6 | 2,4 |
Очень тяжелая работа (движение в сложной обстановке в условиях бездорожья) | 01 | 60 | 3,0 | 3,0 |
Повышенное содержание С02 в воздухе приводит к нежелательным последствиям. Например, при 0,1%-ной концентрации С02 в воздухе в течение 2… 4 ч у водителя и пассажиров возникает ощущение духоты, а при 5%-ной — в течение 30 мин наступает состояние, опасное для жизни. Наличие большого количества паров бензина также оказывает отрицательное воздействие. Если их концентрация в течение рабочего дня составляет 0,5 %, то у водителя и пассажиров появляются головная боль, кашель, боль в области желудка и раздражение слизистой оболочки глаз. Воздействие в течение 1 ч паров бензина, концентрация которых составляет 40 %, может привести к смертельному исходу.
Таким образом, кузов должен быть надежно изолирован от попадания отработавших газов и паров бензина. Содержание в нем при закрытых окнах оксида углерода не должно превышать 0,01 мг/л, а углекислого газа —1,5 мг/л.
В системе вентиляции ТС, работающих в запыленной местности, а также двигающихся в колоннах, необходимо устанавливать специальные фильтры, очищающие воздух от пыли и ядовитых компонентов отработавших газов. При температуре окружающей среды, превышающей 35…40°С, воздух, поступающий в кузов, необходимо охлаждать с помощью кондиционеров. При понижении температуры окружающей среды воздух, поступающий в кузов, наоборот, необходимо подогревать с помощью теплообменника, расположенного в воздуховоде.
Вентиляция кузова может быть естественной, принудительной и комбинированной. Естественная вентиляция происходит при открытых окнах, люках или специальных воздухозаборниках. Ее эффективность во многом зависит от скорости движения. Учитывая, что ТС высокой проходимости в тяжелых условиях бездорожья двигаются с небольшими скоростями, рассчитывать на естественную вентиляцию при этом не приходится. Поэтому в настоящее время осуществляется либо принудительная, либо комбинированная вентиляция кузовов.
Для обеспечения подачи воздуха в салон и преодоления аэродинамического сопротивления воздуховодов и других элементов (теплообменник, фильтрующие элементы) используют вентиляторы осевого, радиального, диаметрального, диагонального и других типов. Наиболее широкое распространение получили двух- консольные радиальные вентиляторы, так как при сравнительно малых размерах они обеспечивают большую подачу.
Для привода вентиляторов применяют электродвигатели постоянного тока. Частоту вращения электродвигателя и соответственно рабочего колеса вентилятора регулируют с помощью двух- или трехступенчатого переменного резистора, включенного в электрическую цепь электродвигателя.
Забор воздуха осуществляется снаружи кузова из наименее запыленной зоны с максимальным давлением, возникающим при движении. Обычно воздухозаборник располагают на крыше кабины. В нем устанавливают водоотражательные перегородки на случай дождя, жалюзи и крышки, приводимые в действие из кабины.
Воздуховоды являются важным элементом системы вентиляции. От исполнения воздуховодов зависят многие параметры системы (масса, шумность, комфортность салона и т.д.). Их изготавливают из тонколистовой стали, алюминия, резиновых шлангов или пластмассовых труб. В качестве воздуховодов желательно использовать коробчатые элементы кузова. Металлические стенки воздуховодов покрывают шумоизолирующими материалами. Размеры и длина воздуховодов определяются формой и размерами салона, а также числом находящихся в нем людей. Сечение воздуховодов зависит от их протяженности (его площадь примерно 500 мм2 на 1 м длины).
Эффективное распределение воздуха в салоне кузова обеспечивается воздухораспределителями. Насадки воздухораспределителей имеют различную форму (круглая, щелевидная и др.) в зависимости от их расположения (у панели приборов, стекла ветрового окна, ног водителя и т.д.). В насадках устанавливают заслонки, поворотные жалюзи, и направляющие пластины.
Для нормального функционирование вентиляции в кузове должны быть предусмотрены выходы воздуха. Их располагают в местах наименьшего давления обтекающего потока воздуха на внешней поверхности кузова, а также с учетом организации движения потока воздуха в салоне, чтобы исключить сквозняки.
Скорость потока воздуха не должна превышать, 0,3 м/с при температурах ниже 10 °С и 1,5 м/с — при температурах выше 10 °С.
Технико-экономические показатели системы вентиляции существенно зависят от аэродинамических параметров вентилятора.
Воздух, поступающий в кузов ТС, может быть засорен пылью. Запыленность воздуха вокруг движущейся машины — переменная величина, зависящая от типа и состояния почвы, количества пыли на дорожном покрытии, влажности, температуры и скорости движения воздуха, скорости и числа двигающихся машин и т.д.
Основными характеристиками пыли являются ее плотность, химический и дисперсный состав.
Таблица. Химический состав пыли
Тип почвы | Размер частиц, мкм | Массовая доля вещества, % | |||
С02 | Si02 | AI2O3C Fe02 | CaO | ||
Лессовая | Менее 1 | 10,11 | 38,98 | 24,85 | 14,09 |
5… 10 | 5,29 | 62,21 | 17,34 | 7,05 | |
10…250 | 3,12 | 77,42 | 10,68 | 4,81 | |
Подзолистая | Менее 1 | 0,03 | 56,66 | 32,19 | 3,44 |
5… 10 | — | 79,12 | 12,29 | 1,23 | |
10…250 | — | 89,36 | — | 1,13 |
Таблица. Дисперсный состав пыли
Тип почвы | Массовое содержание частиц, %, размером, мкм | ||
менее 5 | 5…50 | более 50 | |
Суглинистый чернозем | 37 | 53 | 10 |
Суглинистая | 28 | 32 | 40 |
Песчаная | Менее 10 | Менее 15 | Менее 87 |
Химический состав пыли определяет характер ее влияния на организм человека. Основную массу дорожной пыли составляет диоксид кремния. В мелких фракциях пыли его заметно меньше. В мелкодисперсную пыль легко превращаются сухие лессовые почвы. Такая пыль, поднятая машинами в воздух, долго не оседает.
Запыленность воздуха зависит также от времени года и природно-климатических условий, в которых эксплуатируется ТС. Например, при высокой температуре воздуха и его низкой влажности верхний слой почвы без твердого покрытия пересыхает. При этом на уровне капота концентрация пыли может достигать 200 мг/м3 (при концентрации пыли 300 мг/м3 видимость дороги составляет 5…8 м, а при 1200 мг/м3 теряется полностью). С увеличением расстояния от поверхности дороги запыленность резко уменьшается. Так, на уровне крыши кабины грузовой машины концентрация пыли составляет 1/3 концентрации на уровне буфера.
Запыленность воздуха в кабине ТС, не имеющего системы обеспыливания воздуха, колеблется в широких пределах и зависит от герметичности кабины, места установки воздухозаборника, системы вентиляции и других факторов. Уменьшить попадание пыли в кабину можно, повышая ее герметичность, поднимая как можно выше воздухозаборник и применяя пылеулавливание. Эффективность пылеулавливания оценивается отношением массы уловленной пыли к ее общей массе в воздухе, подаваемом в кабину.
Самым распространенным способом очистки воздуха является его фильтрация. Фильтры изготавливают из картона, синтетических волокон и пенопластов. Однако, учитывая, что такие фильтры отличаются малой пылеемкостью, воздух, подаваемый в них, нужно предварительно очищать, например инерционными пылеотделителями.
Инерционное осаждение частиц пыли происходит при криволинейном движении запыленного воздуха под действием центробежных и кориолисовых сил. При этом на поверхность осаждения отбрасываются потоком воздуха частицы, масса или скорость которых велика.
На эффективность жалюзийного пыле отделителя значительное влияние оказывают скорость запыленного воздуха перед пластинами, размер и плотность вещества частиц, направление отсоса пыли из пылесборника, конструкция решетки и пылесборника. Эффективность пылеулавливания не превышает 0,8 при скорости запыленного воздуха в воздухозаборнике до 20 м/с и расходе воздуха на выброс пыли не менее 9… 10 % общего расхода. Дальнейшее увеличение скорости воздуха в воздухозаборнике приводит к существенному росту аэродинамического сопротивления при незначительном повышении эффективности.
На эффективность пылеулавливания жалюзийных пылеотделителей влияет степень раскрытия пластин (расстояние между ними), которая обычно составляет 4…6 мм. Снижение степени раскрытия приводит к возрастанию аэродинамического сопротивления. Применение решеток с переменным шагом, уменьшающимся по ходу движения воздуха, повышает эффективность пылеотделения.
С ростом, количества отсасываемого с пылью воздуха эффективность пылеотделения повышается, но при этом возрастает расход энергии на привод вспомогательного вентилятора, отсасывающего пыль. Скорость воздуха, удаляемого из пылесборника, должна составлять не ниже 60… 70 % скорости воздуха на входе в пылеотделитель. Отсасывать пьщь из полости пылесборника можно эжектором, использующим энергию отработавших газов двигателя машины, а также вентилятором с электроприводом.
Из всего многообразия фильтрующих материалов, применяемых в системах обеспыливания, можно выделить три группы: тканевые (из натуральных, синтетических и минеральных волокон), нетканые (войлок, бумага, картон, иглопробивные материалы) и ячеистые (пенопласт, губчатая резина). Существенным недостатком фильтра любого типа является необходимость его замены или восстановления (регенерации).
Органические материалы естественного происхождения (хлопок, шерсть и др.) малопригодны для изготовления фильтрующих элементов, так как отличаются низкой теплостойкостью, высокой влагоемкостью и склонностью к гниению. Искусственные синтетические материалы (волокна из капрона, нитрона, лавсана и др.), а также неорганические материалы искусственного происхождения (стеклянные, углеродные) обладают большей теплостойкостью (до температур не ниже 120 °С), водостойкостью (кроме лавсана), устойчивостью к истиранию, высокой, эффективностью пылеу-лавливания (0,9 и более), стойкостью к воздействию грибков и бактерий. Из ячеистых материалов следует выделить пенополиуретан (с сообщающимися ячейками). Фильтры на его основе обеспечивают эффективность пылеулавливания 0,7…0,8.
Конструкции воздухоочистителей, устанавливаемых на автотранспортных средствах, отличаются многообразием. Наиболее перспективный воздухоочиститель с картонным фильтрующим элементом применяется все чаще, так как он эффективен в любых условиях работы и задерживает более 99 % частиц размером свыше 2 мкм. Наилучших результатов по очистке воздуха от пыли можно достичь при использовании не гладкого, а рифленого картона с глубиной рифления 0,25 …0,3 мм. Картон в фильтре складывается «гармошкой» и образует чаще всего «многолучевую звезду», вписанную в кольцо.
Добавить комментарий