Содержание к диссертации
Введение
1.Состояние вопроса. постановка задачи .13
1.1 Анализ теоретических разработок в области течения сжатого газа в цилиндрических трубах. 13
1.2 Анализ методов подготовки сжатого воздуха .16
1.3 Механические способы сепарации влаги из потока сжатого воздуха 17
1.4 Конструктивные решения механического способа сепарации влаги 18
1.5 Способ интенсификации процесса осаждения влаги методом звуковой коагуляции (укрупнения) аэрозольных частиц 24
1.6 Применение антифризов для понижения температуры точки росы 26
1.7 Применение адсорбционного способа осушки 28
1.7.1 Зарубежные адсорбционные установки 28
1.7.2 Отечественные адсорбционные установки сжатого воздуха 33
1.8 Обоснование выбора механического способа осушки 40
1.9 Обоснование численности экспертов 41
1.10 Обработка данных анкет.. 42
Выводы по главе 1 46
2. Математическая модель течения газа в цилиндрической трубе 48
2.1 Основные уравнения движения и граничные условия 48
2.2 Установившееся изотермическое течение газа в цилиндрической трубе .52
2.3 Решение уравнений нулевого приближения 55
2.4 Решение уравнений первого приближения 56
2.5 Изотермическое нестационарное движение газа в круглой трубе 61
2.6 Неизотермическое установившееся течение вязкого газа в цилиндрической трубе 68
2.7 Решение уравнений первого приближения 74
2.8 Неустановившееся неизотермическое течение вязкого газа в цилиндрической трубе 83
Выводы по главе 2 86
3. Разработка конструкции жалюзииных сепараторов на основе теоретического обоснования величины теплопроводящей поверхности 87
3.1 Аналитическое выражение для определения поля температур в пневмосистемах локомотивов в функции величины теплопроводящей поверхности 87
3.2 Теоретические исследования температурного режима пневмосистем локомотивов для полых главных резервуаров 89
3.3. Определение необходимой величины дополнительной поверхности охлаждения в пневмосистемах локомотивов 99
3.4 Разработка конструкций жалюзййных сепараторов.. 102
3.5 Усовершенствование конструкции змеевика и режимов его продувки в рамках создания технологии механической осушки сжатого воздуха 111
3.6.Теоретические исследования температурного режима пневмосистемы локомотива с жалюзийными сепараторами 113
3.7.Теоретические исследования температурного режима пневмосистемы локомотива ВЛ80К. Определение необходимой поверхности охлаждения 118
Выводы по главе 3 132
4. Экспериментальные исследования температурных режимов и влагоосаждающей способности пневмосистем локомотивов 133
4.1 Лабораторная база и методика проведения исследований 133
4.2 Комплекс измерительной и регистрирующей аппаратуры 135
4.3 Методика обработки результатов испытаний. 146
4.4 Исследование теплового режима работы напорной и питательной магистралей с различными конструкциями главных резервуаров 147
4.4.1 Расчет доверительной оценки измерений 147
4.4.2 Исследование способности полых главных резервуаров и с жалюзииными сепараторами к охлаждению сжатого воздуха 149
4.5 Определение координат начальной точки конденсацииля схем локомотива ДЭ1 157
4.6 Исследование способности различных вариантов пневмосистем к влагоотделению 176
4.7 Определение интегрального процента осаждения влаги различными пневмосистемами локомотива 202
Выводы по главе 4 205
5. Анализ экологичности и ресурсосберегаемости предлагаемой технологии .207
5.1 Выбор критериев оценки адсорбционного способа осушки сжатого воздуха 208
5.1.1 Характеристика и состав сточных вод сталелитйного производства 209
5.1.2 Характеристика и состав выбросов в атмосферу сталелитейного производства 211
5.2 Оценка материалоемкости предприятий по производству силикагеля 212
5.2.1 Характеристика силикагеля, используемого для целей осушки сжатого воздуха на подвижном составе 212
5.2.2 Технологическая схема производства силикагеля 215
5.2.3 Определение коэффициента использования материалов 219
5.2.4 Определение категории опасности предприятия,1 производящего силикагель... 222
5.3 Определение коэффициента полноты использования энергетических ресурсов 224
5.4 Определение коэффициента соответствия экологическим требованиям 233
5.4.1 Водные объекты 233
5.4.2 Определение коэффициента соответствия производства экологическим требованиям по отношению к водным объектам 234
5.4.3 Определение коэффициента соответствия производства экологическим требованиям по отношению к атмосфере 236
5.4.4 Определение категории безотходности производства 239
5.5 Оценка степени воздействия предприятия на состояние атмосферного воздуха на основе проведения расчетов рассеивания загрязняющих веществ в атмосфере 241
5.6 Исходные данные для расчета 242
5.7 Анализ результатов расчета загрязнения атмосферы 244
Выводы по главе 5 267
Заключение 269
Литература 272
Приложения. 292
- Способ интенсификации процесса осаждения влаги методом звуковой коагуляции (укрупнения) аэрозольных частиц
- Изотермическое нестационарное движение газа в круглой трубе
- Определение необходимой величины дополнительной поверхности охлаждения в пневмосистемах локомотивов
- Исследование способности различных вариантов пневмосистем к влагоотделению
Введение к работе
Актуальность темы. Современные и перспективные условия работы железнодорожного транспорта связаны с увеличением скоростей движения, а также веса, длины магистрального подвижного состава и уклонов при работе локомотивов в карьерах. Тенденции развития современного железнодорожного транспорта таковы, что организация эффективного и безопасного перевозочного процесса невозможна без надежной работы пневматических систем локомотивов, в практике эксплуатации которых возникают нарушения нормального режима работы, обусловленные наличием водяных паров в сжатом воздухе [1-7]. Их конденсация вызывает интенсивное образование ржавчины в осенне-зимний период, перемерзание магистралей и тормозных приборов, что реально угрожает безопасности движения, приводит к простою локомотивов, материальным ущербам.
В последнее десятилетие в связи с общим ухудшением экономического
состояния в отрасли и, как следствие, отсутствием возможности внедрения
новых технологий очистки сжатого воздуха, отвечающих критериям
эффективности, надежности, экономичности, экологичности,
минимизирующим влияние «человеческого фактора» - ошибок персонала, количество случаев отказов пневмооборудования по причине перемерзання увеличилось до критических величин. Так, например, количество отказов пневматического оборудования и перемерзание магистралей тягового подвижного состава только по Северо-Кавказской железной дороге в среднем составляет 390 случаев, по Восточно-Сибирской-510, по Южно-Уральской - 46, по Юго-Восточной - 38 [8, 80, 88, 89, 94, 95]. По Западно-Сибирской железной дороге ежегодные отказы тормозного оборудования по электровозам ВЛ10 составляют [80, 88, 89, 94, 95, 211]:
краны для продувки главных резервуаров - 325;
напорная магистраль —111;
7 трубки к манометрам и песочницам - 283;
блокировка Усл.№367 - 47;
тормозная магистраль -33;
тормозные цилиндры - 29;
кран машиниста - 30.
Несмотря на многочисленные исследования, проводимые в области разработки технологии осушки сжатого воздуха от влаги, у специалистов нет единого мнения о томі, какая технология является более приемлимой на подвижном составе.
Общеизвестно, что в существующих пневматических системах сжатый воздух на выходе из последнего главного резервуара перегрет относительно температуры окружающей среды на 8-10 С в теплонапряженных режимах [5]. Его дальнейше охлаждение и приводит к конденсации влаги. Многочисленными наблюдениями за продуваемым из главных резервуаров воздухом установлено, что сконденсированная влага находится в капельно-дисперсном состоянии (состоянии тумана) [8].
Из сказанного следует, что в пневмосистемах локомотива величина поверхности охлаждения должна быть увеличена [11].
Учитывая современный уровень развития методов расчета газодинамических процессов и вычислительной техники, а также актуальность поднимаемой в работе проблемы, представляется возможным постановка задачи о создании математической модели течения газа в цилиндрической трубе, которая позволит получить зависимость распределения температур по длине магистрали от величины поверхности охлаждения, дать качественную и количественную оценку исследуемых явлений.
Создание такой модели вооружит проектировщиков
высокоэффективным инструментом управления качеством сжатого воздуха на этапах проектирования пневмосистем локомотивов подвижного состава.
8 Следовательно, разработка и внедрение современных технологий
осушки сжатого воздуха на основе математического моделирования с учетом
законов газодинамики, является актуальными и тесно связаны с проблемой
создания современных отечественных локомотивов, что отражено в
Постановлении Правительства Российской Федерации от 23.11.1996 года
№ 1400 О федеральной целевой программе «Разработка и производство
подвижного состава нового поколения на предприятиях России (1996-2005
годы)» и «Ресурсосберегающие технологии на железнодорожном
транспорте».
Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы является создание эффективной технологии осушки сжатого воздуха для пневмосистем локомотивов на основе разработанной математической модели течения газа в цилиндрической трубе и создания на ее основе конструкции, обеспечивающей реализацию предлагаемой технологии с обоснованием ее с позиций ресурсосбережения и охраны окружающей среды.
В соответствии с поставленной целью необходимо решить следующие задачи:
определить критерии оценки технологии осушки сжатого воздуха
на подвижном составе;
разработать математическую модель, основанную на описании
газодинамических процессов течения сжатого воздуха в
цилиндрической трубе, позволяющую рассчитывать температурные
режимы пневмосистем подвижного состава в зависимости от величины
поверхности охлаждения и на стадии проектирования управлять
качеством сжатого воздуха;
на основе разработанной теории создать конструкцию главных
резервуаров с жалюзийными сепараторами для реализации технологии
механической осушки сжатого воздуха;
9 выполнить расчеты по определению температур точки росы,
координаты начальной точки конденсации и количеству осаждаемой
влаги полыми главными резервуарами и с жалюзииными сепараторами
для различных температур наружного воздуха и режимов работы
компрессора;
провести обоснование предлагаемой технологии осушки сжатого
воздуха, основанное на принципах ресурсосбережения и
экологичности.
Научная новизна. Новизна научных результатов, изложенных в диссертации заключается в следующем:
создана математическая модель течения газа в цилиндрической трубе применительно к пневмосистемам подвижного состава;
разработан аналитический метод решения задачи о движении газа в круглой цилиндрической трубе на основе полных нелинейных стационарных уравнений Навье-Стокса;
решен комплекс задач по определению полей скоростей, давлений и массовых секундных расходов газа через любое сечение цилиндрических труб;
на основе созданной автором математической модели решена задача по определению поля температур в функции величины поверхности охлаждения; решение получено в виде инженерной формулы, что позволяет рекомендовать ее для широкого использования при проектировании пневмосистем локомотивов;
по результатам теоретических разработок создана конструкция жалюзийных сепараторов, выполненная на уровне изобретения;
в работе доказано преимущество механического способа осушки сжатого воздуха с помощью жалюзийных сепараторов над адсорбционным с позиции ресурсосбережения и охраны окружающей среды;
10 - универсальность полученной математической модели позволяет реализовать технологию механической осушки сжатого воздуха для любых пневмосистем локомотивов.
Методы исследования и достоверность полученных результатов. Достоверность научных положений и выводов, сформулированных в диссертации, а также полученных результатов обеспечивается:
а) использованием фундаментальных принципов и методов газодинамики и
математики;
б) достоверность расчетных результатов подтверждена сравнением с
данными экспериментальных исследований, приведенными в работе, а также
представленными в литературных источниках;
в) критическим обсуждением результатов работы с экспертами по
локомотивостроению - ведущими специалистами ВНИИЖТа, ВЭлНИИ,
АСТО, НПО «ДЭВЗ».
Практическая значимость и внедрение. Полученные в работе результаты имеют практическое значение при решении конкретных задач проектирования пневмосистем современных образцов грузовых, пассажирских, грузо-пассажирских, а также локомотивов карьерного транспорта. Разработанная на основе теоретических расчетов конструкция жалюзийных сепараторов, выполненная на уровне изобретения позволяет надежно защитить приборы и магистрали от перемерзання и имеет положительный опыт 19-летней эксплуатации на локомотивах карьерного и магистрального транспорта России и стран СНГ.
Главные резервуары с жалюзийными сепараторами установлены на магистральных локомотивах ДЭ1, выпускаемых НПО «ДЭВЗ» (Украина), ДСЗ, выпускаемых НПО «ДЭВЗ» (Украина) совместно с фирмой «Сименс» (Германия), локомотивах карьерного транспорта типа ПЭ2М, ОПЭ1А, ОПЭ1Б, ОПЭ1АМ.
В настоящее время в рамках договора между РГУПС и СКЖД № 419 от 01.01.2000 года «Повышение влагоосаждающей способности главных резервуаров локомотивов» проводится работа по оборудованию локомотивного парка СКЖД жалюзийными сепараторами.
Проведено сравнение материало- и ресурсоемкости, а также экологичности выбранной технологии с адсорбционной осушкой сжатого воздуха.
По результатам1 некоторых разделов1 работы написаны учебно-методические пособия внедренные в учебный процесс.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертации докладывались на ежегодных международных научно - технических конференциях «Проблемы механики железнодорожного транспорта» (г.Днепропетровск, 1995г.), «Проблемы развития локомотивостроения» (г.Москва, 1996 г.), «Состояние и перспективы развития электроподвижного состава» (г.Новочеркасск, 1997г., 2000г.), «Проблемы рельсового транспорта» (Крым, 1999г., 2000г., 2001г.), «Новое в экологии и безопасности жизнедеятельности» (Санкт-Петербург, 2000г.), «Проблемы экологии на пути к устойчивому развитию регионов» (г.Вологда, 2001г.), «Проблемы и перспективы развития транспортного комплекса Юга России» (г.Ростов-на-Дону 2001г.), на заседаниях АСТО, НТС НПО «ДЭВЗ» (Украина) и ОАО «Трансмаш» (г. Москва).
Работа доложена и обсуждена на совместном заседании кафедр «В и ВХ», «Л и ЛХ», «ЭПС», «БЖД», «ТЭЖТ» РГУПСа, на докторском совете РГУПСа, на кафедре «Локомотивы» СамИИТа, на заседании автотормозного отделения ВНИИЖТа, на НТС ОАО «Лебединский горнообогатительный комбинат».
Публикации. По теме диссертации имеется 36 публикаций.
12 Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 271 странице основного текста, состоит из введения, пяти глав, заключения и 4 приложений. Список литературы содержит 231 наименование.
13 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
Анализ литературных источников, российских и зарубежных патентных материалов показал, что вопросами повышения качества сжатого воздуха в пневмосистемах локомотивов занимались и внесли большой вклад отечественные ученые и специалисты Л.В. Балон, В.А. Браташ, И.Я. Виноходов, В.И. Водяник, Ю.Н. Головач, В.Г. Иноземцев, В.М. Казаринов, Д.Э. Карминский, В.Д. Карминский, В.Г. Козубенко, В.О. Кубил, В.Д.Кузьмич, В.И. Копшаков, И.В. Скогорев, В.А. Смородин, В.А. Соломин, Г.М. Финкельштейн, А.А. Шарунин, К.Д. Шевченко. В данной главе рассматриваются современные тенденции, методы и способы осушки сжатого воздуха, их конструктивные решения [9, 13-22]. Использован нетрадиционный для России подход к выбору наиболее перспективной осушки сжатого воздуха на основе метода анализа иерархий (МАИ), входящего в метод экспертных оценок. В рамках применения данного метода автором разработан набор оценочных критериев и подкритериев, произведено их ранжирование и присвоение баллов на основе применяемой автором шкалы бальных оценок. Результаты экспертных оценок обработаны методами математической статистики. В заключении формулируются цель работы и основные задачи исследования.
Способ интенсификации процесса осаждения влаги методом звуковой коагуляции (укрупнения) аэрозольных частиц
Предварительно очищенный от механических примесей сжатый воздух поступает через входной патрубок 2 в первичную камеру 6 сепарации, где происходит выделение наиболее крупных капель жидкости. При вращении воздушной струи вокруг выхлопной трубы 4 происходит многократное изменение скорости движения сжатого воздуха. Это способствует интенсификации процесса выделения влаги. Выделенная жидкость отводится к поверхности цилиндра с помощью зонта-ловушки 11. Часть мелких капель задерживается на перфорированном стакане 10, через который воздух поступает в пневмосистему. На рис. 1.2, "а "и "б ", приведено устройство для очистки и осушки сжатого воздуха или газа от влаги, масла и механических примесей [14]. Устройство состоит из корпуса 1, входного патрубка 2, плоской щелевой шайбы 3, секционного диффузора 4, спрямителя воздуха 5, выходного патрубка 6 и регулировочного клапана 7. Сжатый воздух или газ из ресивера через входной патрубок поступает в суживающиеся щели 8, где поток получает вихревое движение. В результате резкого расширения и спирально-вихревого движения происходит понижение температуры воздуха или газа до температуры точки росы, что способствует выделению парообразной влаги в виде капель. Последние вместе с частицами масла и механическими примесями за счёт центробежных сил оседают на внутренней поверхности плоской шайбы 3 и восходящим потоком увлекаются в конический диффузор 4, из которого через продольные щели 9 и кольцевые зазоры 10 между секциями диффузора поступают в кольцевую камеру 11, образованную наружными стенками диффузора и внутренними стенками корпуса. Осушенный воздух проходит спрямитель 5 и через выходной патрубок 6 поступает в магистраль, а влага, масло и механические примеси из кольцевой камеры 11 удаляются через штуцер 12. Общим для устройств, изображенных на рис. 1.1 и 1.2, является то, что выпадение капель влаги из потока газа происходит за счёт создания зон завихрения, а также многократного изменения скорости потока. Основным преимуществом устройства для очистки и осушки воздуха (рис. 1.2) перед инерционным отделителем(рис.1.1) является его способность не только сепарировать влагу, но также охлаждать поток сжатого воздуха.
Сепаратор, представленный на рис. 1.3, предназначен для выделения дисперсной жидкой фазы из газа [15]. Предлагаемая конструкция сепаратора состоит из пакета жалюзийных волнистых пластин 1, содержащих наклонные перегородки 2 с изогнутыми выходными кромками, образующими каналы 3. Каналы соединяются вертикальной дренажной трубкой 4 для сбора сепарированной жидкости.
Газовый поток, содержащий дисперсную жидкую фазу, входит в пакет жалюзийных пластин и отклоняется вниз. Плёнка жидкости, отсепарированная на пластинах, стекает вниз, достигает перегородки и, стекая по ней, попадает в канал, откуда по дренажной трубе выводится из пакета. Сепаратор (рис. 1.4) [16] предназначен для очистки газа от взвешенных в нём капель. Он выполнен в виде прямоугольного корпуса, имеющего две боковые стенки 1, заднюю стенку 2, крышку 3 со щелевидным отверстием и поддон 4 со сливным патрубком. Внутри корпуса размещён пакет жалюзийных пластин 5 с вертикальными гофрами 6.
Газ входит в сепаратор в горизонтальном направлении и проходит по полостям между жалюзийными пластинами. Под действием инерционных сил взвешенные капли жидкости оседают на поверхности жалюзииных пластин и под действием гравитационных сил дренируются. В зоне выхода отсепарированного потока не успевшая дренироваться жидкость плавно переводится на поверхность задней стенки и стекает по каналам между ними.
Сепаратор (рис.1.5) [17] состоит из патрубка 1, крышки 2, вертикальных отражательных элементов 3, например, жалюзи, установленных нижними торцами на днище 4, которое наклонено по ходу потока газожидкостной смеси. Проходное сечение сепаратора в его нижней части увеличивается по ходу потока газа, а в конце днища 4 установлен дренажный короб 5. Над наклонным днищем 4 проходное сечение увеличивается по ходу потока газа, поэтому скорость газа непосредственно над днищем снижается по сравнению с его средней скоростью, что предотвращает срыв с элементов 3 дренируемой жидкости.
Рассмотренные сепарационные устройства, предназначенные для очистки сжатого воздуха от влаги (рис 1.3-1.5), представляют различные модификации жалюзийного сепаратора.
Они хорошо зарекомендовали себя как разделители двухфазных потоков газ-жидкость. Идея локализации сбора отсепарированной влаги, изменение проходного сечения для предотвращения срыва плёнки дренируемой жидкости позволяют достичь высокой степени очистки газа от капельной влаги.
Изотермическое нестационарное движение газа в круглой трубе
Анализ литературных источников и патентных материалов [59-67, 182-185, 187, 188, 192, 195, 196, 205-209,213, 217, 219, 222-224, 227, 229 ] показал, что из всей совокупности конструкций сепараторов, отделяющих влагу из потока движущегося газа, наиболее предпочтительными являются пленочные сепараторы [74-76, 91-93, 154-156, 225].
Они, как правило, состоят из набора тонкостенных пластин сложного профиля, через зазоры которых проходит сепарируемый газ. Такие устройства называются жалюзийными сепараторами [169, 170].
Они имеют сильно развитые поверхности соприкосновения очищаемого газа со стенками сепаратора, что достигается применением пакетов гофрированных листов. Мелкие капельки влаги, имеющиеся в воздухе, при соприкосновении со стенками сепаратора оседают на них и в виде пленки стекают в поддоны или системы дренажа влаги.
Движение воздуха в криволинейных каналах вызывает центробежные ускорения способствующие выпадению капель влаги на поверхность сепаратора. Так как вода хорошо смачивает стальные поверхности ,частицы влаги, соприкасаясь с развитыми поверхностями элементов жалюзи, оседают на них, а затем стекают. Срыв, полученной таким образом пленки возможен лишь при высокой скорости воздуха (скорость воздуха в главных резервуарах локомотивов -0,25-0,5 м/с). В жалюзийных сепараторах удачно сочетается ряд положительных свойств: малое гидравлическое сопротивление , надежность гашения повышенной скорости местных потоков пара или газа, компактность. Благодаря вышеназванным достоинствам жалюзииные сепараторы применяются в промышленности практически без каких либо ограничений. На основе разработанной автором теории впервые в мировой практике для магистральных локомотивов и локомотивов карьерного транспорта были разработаны конструкции главных резервуаров со встроенными в них жалюзийными сепараторами, выполненные на уровне изобретения. В рамках договоров о научно-техническом сотрудничестве между РГУПСом (РИИЖТом) и ДЭВЗом они были испытаны на эффективность как в тормозной лаборатории РГУПСа, так и совместно с сотрудниками УЭлНИИ на локомотивах в реальных условиях эксплуатации. Первый вариант такой конструкции был выполнен для главных резервуаров локомотивов промышленного транспорта и представлен на (рис.3.10). Целью изобретения первой модификации жалюзийного сепаратора являлась интенсификация процесса охлаждения сжатого воздуха и осаждения из него влаги. Эта цель достигалась тем, что гофрированные листы, представлявшие жалюзийный пакет, были выполнены изогнутыми в средней части, устройство было снабжено перемычкой, установленной под нижней перегородкой и соединяющей соседние пластины. Жалюзийный сепаратор содержал ряд вертикальных гофрированных пластин 2, закрепленных на цилиндрической части резервуара 1. Между гофрированными пластинами 2 устанавливались наклонные перегородки 3 с боковыми каналами 7 и дополнительными каналами 9 , направленными вдоль потока газа. Боковые каналы соеденены дренажной трубой 6 для стока выделенной жидкости в замкнутый объем , ограниченный снизу дном резервуара с отверстием 8, сверху- нижней наклонной перегородкой 3, а по бокам - днищем резервуара и перемычкой 5, соединяющей выступ и впадину двух вертикальных гофрированных пластин 2. Принцип действия такого устройства заключается в следующем. Поток сжатого воздуха, содержащий влагу в капельно-дисперсном состоянии, входит в резервуар 1, проходит по извилистым каналам, образованным рядом вертикальных гофрированных пластин 2. Пленка жидкости, отсепарированная на пластинах, стекает вниз, достигая перегородок 3, легко попадает в каналы 5, направленные вдоль потока газа, а затем по наклону - в канал 4, откуда с помощью дренажной трубы 6 дренируется в замкнутый объем 7, ограниченный перемычкой 9. Жидкость, находящаяся в замкнутом объеме, отделенная от основного потока газа, легко продувается в атмосферу через отверстие 8 (клапан продувки КП-45). Такие конструкции главных резервуаров [73] были внедрены на локомотивах карьерного транспорта серии ОПЭ и эксплуатируются в России и странах СНГ с 1982 г. Опыт их эксплуатации показал хорошую способность к охлаждению воздуха и осаждению влаги из него. В результате резко снизилось колическтво перемерзаний приборов и магистралей, а также случаев простоев локомотивов по этой причине. Величина поверхности охлаждения данной конструкции сепаратора составляла F]= 5,9 м2. Однако проведенные испытания [68] и полученные результаты показали, что если при работе компрессора в режиме ПВ=20-40% температура сжатого воздуха на выходе из последнего главного резервуара сравнивается с температурой окружающей среды [68], то при работе компрессора с ПВ=50% на выходе из последнего главного резервуара (рис.3.11) имеет место перегрев относительно температуры окружающей среды от 0,7С до 1,5С на момент включения и выключения компрессора соответственно. Такое превышение определяет возможность конденсации влаги за пределами питательной магистрали.
Определение необходимой величины дополнительной поверхности охлаждения в пневмосистемах локомотивов
Анализ вышеуказанных графических зависимостей показал, что при низких температурах окружающей среды (-20С; -10С) и ПВ компрессора (10%, 20%) величина 1тр, практически не зависит от температуры наружного воздуха. Такая зависимость в зоне указанных температур наблюдается только для ПВ=50%. Причем, с увеличением to на 10С зона начала конденсации при том же режиме работы компрессора смещается на 1м с 1 =16м для (to=-10C, ПВ=50%) до 1тр=17м для (to=-20C, ПВ=50%) (рис.4.23, 4.25),
Для схемы 2 имеем аналогичную зависимость в смысле смещения 1тр при данном увеличении to. Если сравнивать длину Ц, для схемы 1 и схемы 2 (рис.4.21-4.24), то можно отметить, что для схемы 2 в диапазоне наиболее критичных температур окружающей среды точки Ц, изменяется от 1 =4 м до 1тр=17м. Данные исследования и определили место установки змеевика, а вернее, длину от компрессора, на которой он установлен в пневмосистеме локомотива ДЭ1. Эта величина 1тр=3100мм. Длина самого змеевика составляет 11,5 м. Таким образом конденсация даже при самых теплонапряженных режимах работы гарантированно начнется в змеевике. В схеме 1, где не применяется технология механической осушки сжатого воздуха от влаги, конденсация начнется на участке между змеевиком и первым главным резервуаром.
Для температуры окружающей среды to=10C из графиков (рис.4.18 и; 4.19) четко видно, что зона начала конденсации при любом режиме (схема 2) лежит в пределах змеевика , а в схеме 1 при ПВ=50% перемещается к первому главному резервуару. Таким образом можно сделать следующие выводы: -начало зоны конденсации влаги зависит от температуры окружающей среды. Эта зависимость из неярковыраженной при t0=-20C и to=-10C и режимах работы компрессора ПВ=10%, ПВ=20% переходит к ярковыраженной, начиная с to=0C и ПВ=50%; - для пневмосистем (схема 1) длина участка начала конденсации меняется от 1тр=4 до 1тр=17 м с увеличением температуры окружающей среды и последовательности включения компрессора ; - для пневмосистем (схема 2) зона начала конденсации не так подвижна, и на нее значительно меньшее влияние оказывают и температура окружающей среды, и последовательность включения компрессора. Этот анализ был проведен автором при lxp=f(to, ПВ) для относительной влажности наружного воздуха р=100% как наиболее неблагоприятной в смысле содержания влаги. Следующий задачей, поставленной в работе, была задача определения влияния относительной влажности воздуха на начало зоны конденсации влаги при различных ПВ компрессора. Анализируемые зависимости представлены на графиках (рис.4.26-4.29) для схемы 1 и схемы 2 при температуре окружающей среды to=0C. На рис.4.26 и 4.27 представлены зависимости координаты начальной точки конденсации влаги от относительной влажности наружного воздуха при различных ПВ компрессора для схемы 1 на момент его включения (рис.4.26) и момент выключения (рис.4.27). Совершенно очевидно, что уменьшение относительной влажности воздуха приводит при одном и том же режиме работы компрессора к увеличению длины Ц и смещению координаты начальной начальной точки конденсации в сторону от компрессора. Для ПВ=10% это смещение составляет с \ =9,6Ъм до 1 =12,83м на момент выключения компрессора и с 1гр=8,96м до 1тр=11,8м на момент его выключения. Таким образом, при ненапряженных режимах работы компрессора конденсация паров влаги начнется в змеевике. Иначе обстоит дело с теплонапряженными режимами работы. Здесь координата начальной точки конденсации меняется от 1тр=17,31м до 1тр=20,6м на момент « 171 выключения компрессора и с 1тр=14,82м до 1тр=17,96м на момент его включения. Следовательно, главная тяжесть по осаждению влаги переходит на первый и второй главные резервуары, полностью исключая из технологической цепочки змеевик, что усложняет процесс конденсации и уменьшит количество влаги, выпадающей в системе в целом. Графики, представленные на (рис.4.28 и 4.29) представляют зависимости координаты начальной точки конденсации от относительной влажности сжатого воздуха при различных ПВ компрессора на момент его выключения и включения для схемы 2. Анализ вышеназванных зависимостей подтверждает выявленную закономерность - уменьшение влажности воздуха влечет смещение начала конденсации в сторону удаления от компрессора. Однако, как видно из графика (рис.4.28, 4.29), снижение относительной влажности и увеличение ПВ компрессора от 10 до 50 % позволяет начать конденсацию влаги в змеевике, что сохраняет полную технологическую цепочку процесса и определяет участие в нем всех конструктивных единиц, предназначенных для этих целей (змеевик, главные резервуары). Это говорит в первую очередь о лучшей охлаждающей способности схемы 2, за счет применения теоретически обоснованной технологии и правильно выбранной позиций размещения влагоосаждающего оборудования.
Исследование способности различных вариантов пневмосистем к влагоотделению
Литейные цеха предприятий АПК включают в свой состав плавильные агрегаты, шихтовый двор, участки приготовления формовочных и стержневых смесей, розлива металла и очистки литья.
Технология литейного производства характеризуется большим количеством операций, которые сопровождаются выделением пыли, окиси углерода, сернистого ангидрида, двуокиси азота, углеводородов. Кроме вышеперечисленных веществ в меньших количествах, но все же присутствуют в выбросах окислы серы, цианиды, фториды, а также пыль. Так как выделение объемов вышеперечисленных газов в атмосферу зависит от марки стали, технологии процесса и ряда других факторов, причем состав и количество выделяющихся компонентов меняется в течение плавки, то в работе целесообразно представить их удельные показатели, приведенные к одной тонне выплавляемой стали.
Поскольку в литературных источниках [130,142-144, 200] для наиболее распространенных электродуговых печей приведены данные в расчете на одну т/ч, а выделения ингридиентов загрязнения рассчитываются в кг/т производимой продукции, то все расчетные величины должны быть увеличены в 4160 раз.
При этом следует помнить, что при расчете выбросов от плавильных агрегатов необходимо учитывать выделение загрязняющих веществ в цеха за счет неплотностей технологического оборудования и при выполнении некоторых технологических операций (например, при выпуске расплавленного металла в наложнице.). Эти выделения составляют [130,145-149] в среднем 40% от соответствующих значений, приведенных в таблице 5.2 величин ингридиентов загрязнения.
Поэтому для оценки выбросов от негерметичности оборудования при выполнении технологического процесса плавки стали необходимо вводить коэффициент 1,4.
Вся совокупность химических предприятий, производящих соответствующую продукцию, делится по категориям на «безотходное» производство, «малоотходное», и «рядовое» [107-111,140,198, 201].
Оценка материалоемкости предприятий, производящих силикагель, производилась путем определения численной величины коэффициента безотходности «К» и последующего определения с помфщью графиков [98,133,134] категории производства.
Коэффициент безотходности формируется из элементарных составляющих, индивидуально характеризующих производство с точки зрения полноты использования материальных и энергетических ресурсов, а также интенсивности их воздействия на окружающую среду по принципу где Км - коэффициент полноты использования материальных ресурсов; Кэ - коэффициент полноты использования энергетических ресурсов; Ка - коэффициент соответствия экологическим требованиям. В данной диссертационной работе такой анализ будет проводится путем определения вышеназванных коэффициентов и установления категории производства в зависимости от производительности предприятия по силикагелю в т/год. Производительность предприятий по силикагелю определяется исходя из потребностей в нем для целей осушки сжатого воздуха на подвижном составе России. Количество едениц парка локомотивов России составляет 20000 единиц. Расход силикагеля на установку для одной секции составит 30 кг. Таким образом, если предположить, что одна засыпка силикагеля будет работать целый год без ухудшения адсорбционных свойств (что практически невозможно), то ежегодная потребность железных дорог России в этом продукте для одно- и двухсекционных локомотивов составит 1000000 т. Таким образом, будем исходить из предположения, что воображаемое химическое предприятие производит силикагель в объеме 1000000 т/год. На самом деле потребность в силикагеле соответствующих предприятий железных дорог будет значительно больше, поскольку осушаемый сжатый воздух, подаваемый в адсорбционные установки под давлением 9,5 ата, непременно будет разрушать гранулу силикагеля, чем существенно снижать его влагопоглощающую способность. Доказано, что сжатый воздух, находящийся в пневмомагистрали локомотива, имеет влагу в капельно - дисперсном состоянии. Попадание капельной влаги на гранулу силикагеля губительно для последней. Такая гранула моментально разрушается, теряя свою влагопоглащающую способность. Однако, поскольку специальные работы по определению срока службы силикагелиевой засыпки в условиях работы локомотивов железнодорожного транспорта не проводились, автор исходит из предположения ее годового использования. Силикагель, производимый на различных химических предприятиях России, выпускается в виде 3-х основных модификаций: - кусковой мелкопористый, - гранулированный мелкопористый, - гранулированный крупнопористый. Для целей осушки сжатого воздуха в пневмосистемах подвижного состава может быть использован только гранулированный мелкопористый силикагель с упрочающей добавкой окиси аммония, общая формула которого выглядит следующим образом:
