Введение к работе
Актуальность темы. Жизненный уровень населения во многом определяется состоянием продовольственного товарообмена, основным звеном которого является специализированный транспорт. Именно от качества применяемых транспортных средств и высокоорганизованных технологий перевозок в них скоропортящихся грузов (СПГ), главным образом, зависит продовольственная безопасность любой страны.
Беспрецедентная дальность перевозок, недостаточная развитость сети автомобильных дорог, климатические особенности, затрудняющие использование водного транспорта, сделали железную дорогу стратегическим перевозчиком продовольственных грузов.
На железнодорожном транспорте для этих целей сформирована специальная инфраструктура, техническая база которой опирается на сеть рефрижераторных вагонных депо, эксплуатационных участков и погрузочно-разгрузочных региональных центров, а также на заводы по ремонту изотермических вагонов, пункты экипировки рефрижераторного подвижного состава и пункты технического обслуживания автономных рефрижераторных вагонов (АРВ). Непосредственно для перевозки СПГ используются сложные энергетические системы, состоящие из одиночных вагонов-термосов и многовагонных комплексов, включающих в себя служебный вагон с дизель-электростанцией и несколько теплоизолированных грузовых вагонов, оснащенных холодильно-отопительным и вентиляционным оборудованием. Работа оборудования, а также элементов регулирования и автоматики, теснейшим образом связана с процессами, происходящими в грузовом помещении (изменение температуры груза, биологическое тепловыделение, образование инея и т.д.) и тепломассообменом через ограждающие конструкции.
Сегодня железнодорожный хладотранспорт ежегодно перевозит около 13 млн. т. пищевых и скоропортящихся грузов.
Вместе с тем в настоящее время все существующие на железнодорожном рынке перевозок скоропортящихся грузов специализированные транспортные средства (СТС) морально устарели и физически изношены. Несоответствие современным рыночным условиям, в первую очередь, из-за избыточности грузовместимости, приводит к тому, что часть традиционных для железных дорог объемов перевозок СПГ переходит на малотоннажный, но более дорогой в эксплуатации автомобильный транспорт с соответствующим увеличением стоимости доставляемых населению продуктов питания.
Оценка качества используемых для перевозок скоропортящихся грузов СТС общепринятыми в мире методами, обязательными для выполнения и Российской Федерацией, в силу их продолжительности, не вписывающихся в технологические процессы ремонта вагонов, не производится. Это приводит к снижению качества доставляемых населению продовольственных грузов при одновременном повышении износа энергетического оборудования СТС.
Начиная с 1993 года, прекращена поставка специализированных вагонов на сеть железных дорог и их совершенствование.
С 2000 года в соответствии с принятыми решениями стран-участниц Монреальского протокола по веществам, разрушающим озоновый слой, а впоследствии и с ратификацией Российской Федерацией в 2005 году Киотского протокола, специализированные вагоны перестали соответствовать и экологическим критериям, оказывая негативное влияние на окружающую среду.
Сложившаяся ситуация на железнодорожном рынке перевозок СПГ определила необходимость исследования и разработки ускоренных методов оценки качества СТС, повышения их экологической безопасности и эффективности работы, формирования новой постановки проблемы в этой области, связанной с разработкой и созданием малотоннажных контейнерных систем и совершенствованием в связи с этим железнодорожной инфраструктуры.
Цель диссертационной работы – разработка и исследование СТС для железнодорожных перевозок скоропортящихся грузов с учетом требований современной рыночной ситуации.
Задачи исследования, которые поставлены и решены в работе для достижения цели:
выполнен анализ конструктивных особенностей СТС, а также объемов и направлений перевозок в них скоропортящихся грузов по железным дорогам;
сформированы теплотехнические и экологические требования к СТС;
выполнен анализ применяющихся методов оценки теплотехнических свойств СТС, предназначенных для перевозок СПГ, и разработаны на их основе экспресс-методы;
разработаны способы повышения экологической безопасности и эффективности работы СТС с учетом современных международных требований по экологии и ресурсосбережению, а также действующей на железных дорогах системы технического обслуживания и ремонта;
разработаны основные технические положения концепции последовательного перехода на сети железных дорог к перевозкам СПГ в специализированных контейнерных комплексах;
разработаны и созданы СТС на базе крупнотоннажных изотермических и рефрижераторных контейнеров, отвечающих современной рыночной ситуации, теплотехническим и экологическим требованиям, а также условиям железнодорожной инфраструктуры;
проведен комплекс стационарных и эксплуатационных испытаний разработанных СТС, как в целом, так и отдельных узлов;
выполнена оценка технико-экономической эффективности от внедрения предложенных в работе технических и технологических решений.
Методы исследований. В диссертации применялись: методы математического и физического моделирования, общие принципы технической термодинамики и теории подобия, методы статистической обработки эмпирических данных.
Достоверность результатов сформулированных в диссертации теоретических положений, расчетов и экспериментальных данных подтверждается их совпадением, а также высокой согласованностью с общими результатами исследований, выполненных в разные годы ведущими причастными научными и производственными коллективами, такими как: ВНИИЖТ, ГосНИИВ, НИИАС, филиал ОАО «Российские железные дороги» - Рефсервис и другими организациями при стендовых испытаниях, испытаниях на экспериментальных полигонах и в условиях эксплуатации.
Научная новизна. Новизна научных результатов, полученных в диссертации, заключается в том, что:
разработаны новые экспресс-методы оценки качества предназначенных для перевозок скоропортящихся грузов СТС, впервые открывающие возможность их практического применения в действующих технологиях ремонта;
разработаны технологии по снижению вредного воздействия СТС на окружающую среду и повышению эффективности их работы при перевозке скоропортящихся грузов;
концептуально сформулированы основные технические положения новой постановки проблемы перевозок скоропортящихся грузов по железным дорогам с использованием энергетических систем на базе крупнотоннажных специализированных контейнерных комплексов;
впервые разработаны, изготовлены и адаптированы на сети железных дорог перспективные конструкции СТС, отвечающие современной рыночной ситуации, теплотехническим и экологическим требованиям, а также условиям железнодорожной инфраструктуры;
исследовано влияние технических и технологических решений, использованных при совершенствовании железнодорожной инфраструктуры, а также создании СТС на базе вагонных и контейнерных энергетических систем на их финансово-экономические и инвестиционные показатели.
Практическая значимость работы состоит в том, что новые экспресс-методы оценки качества предназначенных для перевозок скоропортящихся грузов СТС дали возможность рекомендовать их вагоноремонтным предприятиям для использования в технологических процессах;
новые технические решения и технологии повышения эффективности и экологической безопасности СТС, применяющихся для перевозок скоропортящихся грузов, позволили обеспечить их бесперебойную эксплуатацию и снижение вредного воздействия на окружающую среду вплоть до окончания срока службы;
технические положения новой постановки проблемы перевозок скоропортящихся грузов по железным дорогам с использованием СТС на базе специализированных контейнерных комплексов, отвечающих современной рыночной ситуации, теплотехническим и экологическим требованиям, а также условиям железнодорожной инфраструктуры, позволила начать их промышленное освоение предприятиями ОАО «РЖД» и модернизировать элементы инфраструктуры;
разработанные и созданные перспективные конструкции специализированных контейнерных комплексов дали возможность получения новых знаний, полезных, как для использования в учебном процессе высшей школы, так и для создания в дальнейшем СТС нового поколения.
Реализация работы.
Разработанные технические решения и технологии реализованы на сети железных дорог Российской Федерации и в ряде независимых государств.
Результаты исследования использованы:
1) в руководящих документах МПС России, ОАО «РЖД» и правительства Москвы:
программа создания и испытаний опытной партии отечественных крупнотоннажных рефрижераторных контейнеров типа 1АА (МПС России, 1999 г.);
энергетическая стратегия ОАО «РЖД» на период до 2010 г. и на перспективу до 2020 г. (ОАО «РЖД», 2003 г.);
актуализация энергетической стратегии ОАО «РЖД» на период до 2015 г. и на перспективу до 2030 г. (ОАО «РЖД», 2008 г.);
целевая среднесрочная программа города Москвы «Продовольственный холод 2004-2006 гг.» (постановление правительства Москвы от 07.10.03 г. № 834-ПП).
2) в нормативно-методических документах:
технология перекачки, заправки и эксплуатации холодильного оборудования рефрижераторного подвижного состава, переведенного на оптимизированный состав хладагента С10М1 (Рефсервис МПС, 2003 г.);
3) в проектно-технологической документации:
паспорт «Поезд контейнерный 17-ти вагонный» (МПС России, 2000 г.);
система энергоснабжения 9-ти вагонного контейнерного поезда (ОАО «РЖД», 2003 г.);
система управления рефрижераторного контейнера «Квазар-2» (МПС России, 2002 г.);
теплоизолированный корпус изотермического отапливаемого контейнера типа СКР-5-40-1АА (МПС России, 2000 г.);
холодильно-отопительная установка типа РК-45 для рефрижераторного контейнера. ТУ 32 ЦВ-2483-99 (МПС России, 1999 г.);
отопительный агрегат холодильно-отопительной установки типа РК-45 для рефрижераторного контейнера. ТУ 32 ЦВ-2483-99 ДТУ (МПС России, 2000 г.);
электроснабжение крупнотоннажных рефрижераторных контейнеров типа 1АА на станции Краснодар-Сортировочная (ОАО «Кубаньэнергопроект», 2001 г.)
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертации обсуждались и были одобрены:
1) на международных научно-технических семинарах: «Съвременните технологии в руския жп транспорт» (Болгария, г.София, 2007 г.), «Контейнеры и грузы» (г.С-Петербург, 2003–2005 гг.), «Современные технологии на железнодорожном транспорте России» (Польша, г.Варшава, 2004 г.), «Проблемы перехода сервисного обслуживания холодильной техники на озонобезопасные хладагенты» (г.Москва, 1998 г.).
2) на всероссийских и международных научно-технических конференциях и сессиях: «ВНИИЖТ - транспорту. Научные проблемы технического развития железнодорожного транспорта» (г.Москва, ВНИИЖТ, 2008 г.), «Объединенная научная сессия советов РАН по проблемам «Тепловые режимы машин и аппаратов», «Теплофизика и теплоэнергетика», «Химико-физические проблемы энергетики»» (г.Москва, МИИТ, 2007г.), «Экологическая безопасность и энергосбережение на транспорте» (Белоруссия, г.Гомель, БелГУТ, 2006 г.), «Инновации ОАО «РЖД»-2004» (г.Щербинка, Экспериментальное кольцо ВНИИЖТ, 2004 г.), «Sasn problmy v koajovch vozidlch» (Словакия, г.Жилина, 2003 г.), «Транссибирская магистраль на рубеже XX-XXI веков: Пути повышения эффективности использования перевозочного потенциала» (г.Москва, МИИТ, 2003г.), «Охрана окружающей среды на транспорте и в промышленности» (Белоруссия, г.Гомель, БелГУТ, 2001 г.), «Экономия ТЭР на железных дорогах – текущие и перспективные задачи» (г.Щербинка, Экспериментальное кольцо ВНИИЖТ, 2000 г.), «Проблемы безопасности на транспорте» (Белоруссия, г.Гомель, БелГУТ, 2000 г.), «Актуальные проблемы и перспективы развития железнодорожного транспорта» (г.Москва, РГОТУПС, 2000 г.), «Актуальные проблемы развития железнодорожного транспорта и роль молодых ученых в их решении» (г.Ростов на Дону, ДИИТ, 1998 г.).
3) на 59-, 60- и 62-й сессиях ЕЭК ООН комитета по внутреннему транспорту (Швейцария, г.Женева, 2003, 2004, 2006 гг.), на заседаниях межведомственной комиссии по охране озонового слоя (г.Москва, Госкомэкология России, 1996–2000 гг.).
4) на расширенных заседаниях кафедры «Теплоэнергетика железнодорожного транспорта» (г.Москва, МИИТ, 2006–2008 гг.), на научно-технических совещаниях комплексных отделений «Тяга поездов и экономия топливно-энергетических ресурсов» и «Вагоны и вагонное хозяйство» (г.Москва, ФГУП ВНИИЖТ МПС России, 1996–2007 гг.) и отделения «Электрификация и энергоснабжение железных дорог» (г.Москва, ОАО «ВНИИЖТ» 2007–2008 гг.).
Публикации
Основное содержание диссертации отражено в 51 печатной работе, включая 18 патентов.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, общих выводов и предложений, списка литературы из 142 наименований и приложений. Работа изложена на 260 с., проиллюстрировано 51 рис. и 48 табл. Приложения на 200 с.
