Введение к работе
Актуальность работы В условиях современного развития железнодорожного транспорта, ужесточения требований к безопасности движения поездов, в программных документах ОАО «РЖД» сформулирована концепция безотказной работы пневматических систем подвижного состава В рамках этой концепции важная роль в обеспечении безопасности движения отводится повышению качества сжатого воздуха (СВ), являющегося рабочим телом пневматических систем
Сжатый воздух, подготавливаемый поршневыми компрессорами, эксплуатирующимися как на локомотивах, так и на предприятиях ОАО «РЖД, содержит масло и влагу в парообразном и капельно-дисперсном состояниях Возникающая в результате конденсации при охлаждении сжатого воздуха свободная влага вызывает интенсивное ржавление трубопроводов, а в осенне-зимний период приводит к образованию ледяных пробок в тормозных магистралях поездов, отказам в работе воздухораспределителей и других тормозных приборов, что часто становится причиной простоя поездов, нарушения их графика движения, снижения безопасности движения
В этой связи для эффективной организации безлокомотивной обработки составов сжатым воздухом возрастает роль устройств зарядки и опробования тормозов (УЗОТ) в пунктах технического обслуживания (ПТО) вагонных депо Именно здесь изначально тормозные магистрали заполняются сжатым воздухом низкого качества, содержащим значительное количество водяных паров В пути следования, при понижении температуры окружающей среды, влага, попавшая в тормозные магистрали и приборы в процессе зарядки и опробования тормозов, конденсируется и замерзает, закупоривая калиброванные отверстия воздухораспределителей и образуя ледяные пробки в тормозных магистралях и под золотником крана машиниста
Основными причинами попадания влаги в магистраль поезда при безлокомотивной обработке составов являются - повышенная относительная влажность наружного воздуха, - высокая температура воздуха после второй ступени сжатия в компрессоре, - отсутствие достаточной величины поверхности охлаждения и осаждения влаги в пневмосистеме, - недостаточно эффективная работа влагомаслооотделителей, - высокая степень износа компрессоров
Таким образом, совершенствование технологии подготовки (осушки) сжатого воздуха в УЗОТ, отвечающей критериям эффективности, надежности, экономичности, экологичности, а также минимизирующей влияние человеческого фактора (ошибок персонала), является назревшей необходимостью, которая отражена в стратегической программе развития ОАО «РЖД» и подтверждена статистикой отказов тормозного оборудования подвижного состава
Целью исследования является установление теоретических и экспериментальных закономерностей реализации тепловлажностных режимов функционирования пневмосистем УЗОТ, позволяющее усовершенствовать
технологию подготовки сжатого воздуха с использованием эффекта адиабатического расширения с последующим осаждением, отводом, очисткой и возвратом конденсата в систему оборотного водоснабжения вагонных депо В соответствии с поставленной целью необходимо решить задачи
определить критерии выбора технологии осушки сжатого воздуха для УЗОТ пунктов технического обслуживания вагонов,
разработать математическую модель теплового функционирования пневмосистем (ТФП) УЗОТ, позволяющую определить рациональную структуру его пневмосистемы с учетом изменения влагосодержания воздуха при различных атмосферных условиях и режимах работы,
на основе созданной модели подобрать схему адиабатического расширения сжатого воздуха для получения требуемого запаса по температуре точки росы,
выполнить расчеты по определению влагосодержания сжатого воздуха в различных элементах пневмосистемы и на выходе из УЗОТ при заданных перепадах давления в системе, оценив степень влияния элементов на количественные характеристики осаждаемой в них влаги,
провести экспериментальные исследования (эксплуатационные испытания) ТФП УЗОТ в режимах реального времени,
на основе системного анализа разработать план реализации выбранной технологии подготовки сжатого воздуха,
провести обоснование предлагаемой технологии подготовки сжатого воздуха с позиций ресурсосбережения и эколого-экономической целесообразности
Методы исследования и достоверность полученных результатов Методологической основой работы являются методы газовой динамики, тепломассобмена, теории подобия и математической статистики Достоверность полученных результатов подтверждается
достаточной сходимостью результатов математического моделирования с данными экспериментальных исследований и эксплуатационных испытаний,
критическим обсуждением результатов работы с экспертами - ведущими специалистами ВНИИЖТа, ВЭлНИИ, ВНИКТИ, АСТО, НПО ДЭВЗ и ВНУ им В Даля (г Луганск, Украина)
Научная новизна
определена степень влияния внешних и внутренних факторов на режимы ТФП УЗОТ,
получены численные значения переменных, учитывающих влияние внешних и внутренних факторов на режимы ТФП УЗОТ,
создана математическая модель ТФП УЗОТ, позволившая получить инженерную формулу для расчетов влагосодержания сжатого воздуха,
теоретически обоснована и экспериментально подтверждена правомерность использования эффекта дросселирования для управления процессами конденсации влаги в пневмосистемах УЗОТ,
предложена технология осушки воздуха с использованием адиабатического расширения сжатого воздуха в управляемом дросселе с последующей механической сепарацией влаги,
проведено обоснование предложенной технологии подготовки сжатого воздуха с позиций эколого-экономической эффективности и ресурсосбережения
Практическая ченностъ
предложенная математическая модель ТФП УЗОТ может быть использована при решении конкретных задач проектирования, модернизации и эксплуатации пневмосистем УЗОТ ПТО вагонных депо, впервые на практике применена технология осушки сжаюго воздуха на основе адиабатического расширения в управляемом дросселе с последующей сепарацией и локализацией влаги в устройствах механической осушки (жалюзийных сепараторах),
разработанная технология имеет промышленное внедрение и
положительный опыт эксплуатации на УЗОТ ПТО «Север» и «Юг»
вагонного депо станции Батайск, УЗОТ ПТО вагонного депо станции
Лихая, что подтверждено соответствующими актами внедрения,
предложенная схема очистки и возврата в оборотное водоснабжение
сконденсированной из сжатого воздуха влаги повышает экологичность и
ресурсосбережение в системах технического обслуживания вагонов,
определен экономической эффект от ликвидации простоев и внеплановых
ремонтов по причине перемерзання приборов и магистралей, а также
возврата очищенного конденсата в систему оборотного водоснабжения
вагонного депо,
- результаты научных исследований внедрены в учебный процесс РГУПС
Апробация работы Основные положения и результаты диссертации
докладывались на заседании кафедр «Вагоны и вагонное хозяйство»,
«Локомотивы и локомотивное хозяйство», «Электрический подвижной состав»
РГУПС, на ежегодных международных научно-технических конференциях
«Проблемы рельсового транспорта» (г Луганск, Восточно-украинский
национальный университет им В Даля, 2003, 2004, 2005, 2006 г г),
Всероссийской научно-практической конференции «Транспорт — 2005»
(Ростов-на-Дону, РГУПС), на международной научно-практической
конференции «Проблемы и перспективы развития железнодорожного
транспорта» (г Днепропетровск, Днепропетровский национальный университет
железнодорожного транспорта им академика В Лазаряна), на IV
Международной научной студенческой конференции "Trans-Mech-Art-Chem"
(г Москва, МГУПС, 2006 г), на научно-техническом совете АСТО (завод
«ТрансМаш», г Москва, 2006 г)
Публикации По теме диссертации опубликовано 13 печатных работ Материалы диссератционных исследований включены в отчеты по научно-исследовательским работам
Структура и объем работы Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованных источников, содержащего 128
наименований, и двух приложений Общий объем диссертации составляет 189 страниц (9 таблиц, 58 рисунков)
