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

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

Таблица. Дисперсный состав пыли

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.