Введение к работе
Актуальность работы. Одним из путей повышения эффективности изотермических вагонов является использование инертной газовой среды для транспортировки скоропортящейся продукции. Известно, что величина общих потерь этих грузов в единой холодильной цепи от производителя продукции до потребителя достигает 30-40%.
Изотермический вагон может оснащаться жидкоазотной системой охлаждения (ЖАСО), которая не наносит вреда озоновому слою Земли. Эта система позволяет снизить температуру в грузовом помещении вагона, одновременно создавая инертную газовую среду, оказывающую благоприятное воздействие на транспортируемую продукцию. Использование жидкого азота при температуре кипения 77 К в качестве хладагента ставит ряд технических проблем, одна из которых -недопущение подмораживания перевозимых грузов, близко расположенных к элементам азотной системы охлаждения.
Равномерность температурного поля в грузовом помещении вагона зависит от совершенства конструкции устройств распределения и циркуляции азотовоздушной смеси. Поддержание точной температуры во всем объеме рефрижератора является важной задачей не только для вагонов, но и авторефрижераторов и изотермических контейнеров.
Анализ существующих конструкций транспортных рефрижераторов с ЖАСО показывает, что за основу устройств распределения и циркуляции были взяты системы распределения и циркуляции рефрижераторов с компрессионной холодильной машиной (фреоновой или аммиачной), которые имеют достаточно мощную энергосиловую установку, позволяющую использовать для принудительной циркуляции воздуха мощные вентиляторы с электроприводом. Естественному гравитационному
движению термообработанного воздуха уделяется недостаточное внимание,что приводит к образованию нерациональных циркуляционных контуров в грузовом помещении.
Несовершенство систем газораспределения приводит к образованию нерациональных циркуляционных контуров в грузовом помещении вагона. В связи с этим разработка устройств распределения и циркуляции азотовоздушнои газовой смеси в грузовом помещении изотермического вагона, позволяющих организовать рациональное движение хладагента, является актуальной задачей.
Цель работы. Разработка устройств системы распределения,
циркуляции и сброса (СРЦС) отработанного хладагента, повышающих
эффективность термостатирования грузового помещения
изотермического вагона, охлаждаемого жидким азотом (автономный жидкоазотный вагон - АЖВ).
Методика исследований. Включает теоретические и экспериментальные методы. Выполнен анализ существующих способов расчета систем воздухораспределения и устройств распределения хладагента, на основе которого предложена математическая модель процесса охлаждения груза в грузовом помещении вагона.
Выполнено моделирование процесса истечения неизотермической струи хладагента в свободном и ограниченном пространстве .
Для проведения эксплуатационных испытаний разработана комплексная методика, учитывающая эффективность работы системы охлаждения вагона, контроль параметров перевозки, а также качество перевозимого груза. Для обработки результатов опытных перевозок применены методы математической статистики.
Научная новизна состоит в следующем:
-разработана математическая модель процесса охлаждения штабеля груза в грузовом помещении вагона и выполнен ее расчет для изотермического вагона с жидкоазотной системой охлаждения (ЖАСО);
-определены температурные и скоростные поля струи хладагента при истечении в свободное пространство;
-получены поля скоростей струи хладагента при истечении в ограниченное пространство;
-на основании полученных экспериментальных данных составлено уравнение оси неизотермической струи хладагента при истечении в свободное и ограниченное пространство;
-предложены способы конструктивного решения узлов системы распределения, циркуляции и сброса азотовоздушной смеси в изотермическом вагоне;
-исследованы закономерности формирования температурного поля в грузовом помещении вагона;
-дан анализ распределения температуры в сечениях и уровнях грузового помещения изотермического вагона с ЖАСО в течении всего периода охлаждения груза в эксплуатационных условиях.
Практическая ценность. Полученное эмпирическое уравнение оси неизотермической струи, истекающей в ограниченное пространство позволяет выбрать рациональный угол наклона оси форсунки, что обеспечивает максимальную скорость хладагента на выходе из щели газораспределительного канала грузового помещения вагона.
Разработанными устройствами СРЦС оборудован опытный образец АЖВ, построенный ПО Брянский машиностроительный завод (БМЗ). Проектно-консрукторским бюро Главного управления
вагонного хозяйства (ПКБ ЦВ) МПС разработана конструкторская документация на размещение распределительного коллектора и системы газосброса в вагоне-термосе. Усовершенствованные устройства позволяют упростить конструкцию жидкоазотной системы охлаждения за счет отказа от теплообменников, сокращения количества регуляторов температуры и запорно - регулирующей арматуры.
Представленный способ обработки показаний термодатчиков позволяет более эффективно оценить работу ЖАСО и равномерность температурного поля в течение всего времени транспортировки.
Результаты эксплуатационных испытаний АЖВ были использованы при разработке "Временной инструкции по эксплуатации и техническому обслуживанию опытных вагонов с жидкоазотным охлаждением" №543-89 ПКБ ЦВ.
Апробация работы. Основные положения работы докладывались, обсуждались и получили положительную оценку на зональной научно-технической конференции "Автоматизация технологических процессов в приборостроении и машиностроении средствами пневмоавтоматики" (г. Пенза 10 -11 апреля 1986 г.), на общесетевом XXIV совещании "Совершенствование эксплуатационной работы железных дорог с применением ЭВМ", МИИТ, 1988 г., на научно-технической конференции РГУПС (г.Ростов-на-Дону 1994,1996 г.г.), в Центре физико-технических проблем транспорта МПС (г.Ростов-на-Дону, 1996 г.)
Публикации. По теме диссертации опубликовано (в соавторстве) 12 печатных работ, в том числе 4 авторских свидетельства на изобретения.
Об-ьем работы. Диссертация содержит введение, пять глав, общие выводы и список использованной литературы. Состоит из 192 страниц машинописного текста, из 44 рисунков, 17 таблиц и 108 наименований литературы, приложений на 40 страницах.
