Совершенствование технологии подготовки сжатого воздуха для зарядки и опробования тормозов в пунктах технического обслуживания вагонов

На правах рукописи

РИПОЛЬ-САРАГОСИ

Леонид Францискович

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПОДГОТОВКИ СЖАТОГО ВОЗДУХА ДЛЯ ЗАРЯДКИ И ОПРОБОВАНИЯ ТОРМОЗОВ

В ПУНКТАХ ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ ВАГОНОВ

Специальность 05.22.07 – Подвижной состав железных дорог, тяга поездов

и электрификация

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Ростов-на-Дону

2007

Работа выполнена в Государственном учреждении высшего профессионального образования «Ростовский государственный университет путей сообщения» на кафедре «Электрический подвижной состав»

Научный руководитель: доктор технических наук, доцент

Волков Игорь Васильевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Козубенко Владимир Григорьевич

кандидат технических наук, старший

научный сотрудник

Головач Юлий Николаевич

Ведущая организация: Московский государственный

университет путей сообщения

Защита диссертации состоится « 29 » мая 2007 г. в 14.00 часов на заседании диссертационного совета Д 218.010.01 в Ростовском государственном университете путей сообщения (РГУПС) по адресу: 344038, г. Ростов-на-Дону, пл. Ростовского Стрелкового Полка Народного Ополчения, 2, в конференц-зале.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ростовского государственного университета путей сообщения.

Автореферат разослан «28» апреля 2007 года.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 218.010.01,

доктор технических наук, профессор В.А. Соломин

Общая ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

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 ценность

- 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 сжатого 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 перемерзания 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 диссертационных 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).

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении отображена актуальность рассматриваемой проблемы и обоснована необходимость поиска эффективной технологии подготовки (осушки) сжатого воздуха для устройств зарядки и опробования тормозов в пунктах технического обслуживания вагонных депо.

В первой главе проведен анализ состояния исследуемого вопроса и методов подготовки сжатого воздуха. Определены основные требования, предъявляемые к качеству сжатого воздуха при его подготовке для систем технического обслуживания вагонных депо. Исследованиям в области повышения качества сжатого воздуха на магистральном и промышленном транспорте посвятили целый ряд теоретических и экспериментальных работ следующие ученые: 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. Кузмич, В.И. Копшаков, С.Г. Микулин, Ю.Е. Просвиров, А.Л. Редин, Т.Л. Риполь-Сарагоси, И.В. Скогорев, В.А. Смородин, Г.М. Финкельштейн, А.А. Шарунин, К.Д. Шевченко, С.В. Ше-лухин, В.Г. Щербаков и др.

В результате проведенного анализа технологий и методов осушки сжатого воздуха, применяемых в различных отраслях народного хозяйства, включая железнодорожный транспорт, наиболее приемлемым, с учетом специфики функционирования пневмосистем УЗОТ, является метод адиабатического расширения сжатого воздуха в управляемом дросселе с последующей сепарацией и локализацией влаги в устройствах механической осушки (жалюзийных сепараторах).

Успех внедрения любой технологии зависит от четкого определения плана ее реализации с учетом специфики производства. Для этого в работе был использован метод «SWOT-анализа», основанный на системном подходе к решению сложных производственно-технологических задач.

Вторая глава посвящена созданию математической модели ТФП УЗОТ для ПТО вагонных депо. Оценка воздействия внутренних и внешних факторов влияния на режимы ТФП проводилась согласно расчетной схеме (рис. 1). В состав схемы включены элементы, состоящие из машин и аппаратов, объединенных по принципу системности подготовки сжатого воздуха и различного влияния на изменение влагосодержания сжатого воздуха на каждом отдельно выбранном участке.

Определим количество конденсата, образующегося в каждом из элементов пневмосистемы, через соответствующие функции влияния

Xк= X1 А; Xp= X1 B; X0= X1 C + X1 C/; Xd = X1 D,

где A = f1 – функция влияния на осаждение влаги в элементе «А»;

B = f2 – функция влияния на осаждение влаги в элементе «В»;

C = f3 – функция влияния на осаждение влаги в элементе «С»;

C/ = f4 – функция влияния на осаждение влаги в элементе «C/»;

D = f5 – функция влияния на осаждение влаги в элементе «D»;

X1 – влагосодержание атмосферного воздуха.

Рис.1. Расчетная схема ТФП УЗОТ: A – компрессор, С/ - магистраль на участке «компрессор – ресивер», В – ресивер, С// - магистраль на участке «ресивер – охладитель», С – воздушный охладитель, С/// - магистраль на участке «охлади-тель – дроссель/система жалюзийных сепараторов», С//// - магистраль на участке «дроссель/система жалюзийных сепараторов–УЗОТ», D – управляемый дроссель, F–УЗОТ. Т – температура сжатого воздуха и окружающее среды в соответствующих точках системы; Х – влагосодержание там же; Р – давление сжатого и атмосферного воздуха; W – расход сжатого воздуха; Q – теплота отданная или воспринятая соответствующим элементом; V – скорость ветра.

Влагосодержание сжатого воздуха на выходе из УЗОТ можно определить как разность между влагосодержанием атмосферного воздуха и суммой конденсата, отведенного от каждого элемента пневмосистемы:

Х14 = Х1 – (Xк+ Xр+Х0+ Xd). (1)

Количество отведенной влаги от каждого элемента определяется в процентном соотношении как

Xотв = Хвх/Хвых 100 %, (2)

где Хвх, Хвых – влагосодержание сжатого воздуха на входе и выходе из соответствующего элемента пневмосистемы.

Таким образом, общее уравнение, связывающее влагосодержание сжатого воздуха на выходе из УЗОТ X14 с влагосодержанием атмосферного воздуха X1, можно записать в виде

, (3)

где f1, f2, f3, f4, f5 – функции, определяющие степень понижения влагосодержания для данного элемента;

y1, y2, y3, y4, y5 – коэффициенты, определяющие степень влияния («вес») данного элемента на снижение в нем влагосодержания.

При создании математической модели ТПФ УЗОТ использовались математические модели отдельных ее элементов с соответствующим анализом определяющих групп параметров влияния. Наиболее характерными для рассмотрения в данной системе являются элементы «B» (рис. 2) и «D» (рис. 3).

Рис.2. Расчетная схема элемента «B».

Цель составления математической модели элемента заключается в определении температуры и влагосодержания проходящего через него сжатого воздуха на основе расчета отданного каждым элементом тепла. Так например, стационарный тепловой поток через поверхность элемента «B» (ресивера)

, (4)

где – коэффициент теплопроводности;

n – нормаль к поверхности ресивера;

t – температура поверхности ресивера;

F – площадь поверхности ресивера.

С учетом геометрического подобия тел (поверхности ресивера, соляных отложений, коррозионного слоя, эмалевого покрытия)

, (5)

где – функция формфактора; здесь - функция внутренней энергии в начале процесса tн; - функция внутренней энергии в конце процесса в конечный момент времени tк.

Поскольку ресивер рассматривался как многослойный коаксиальный цилиндр, то интенсивность теплообмена через многослойную стенку ресивера можно представить системой уравнений:

, (6)

Количество отданного ресивером тепла определилось в виде

. (7)

Учтем также выделение тепла при конденсации паров. Для этого запишем уравнение теплопроводности на поверхности охлаждения

, (8)

где – коэффициент теплоотдачи;

t// – температура конденсата в пленке;

tст – температура стенки.

Средняя температура конденсата

, (9)

где l – относительное переохлаждение конденсата;

– толщина пленки;

– скорость течения в жидкой фазе;

y – координата, нормальная к поверхности охлаждения;

- средняя температура конденсата.

Количество тепла, передаваемого поверхности при конденсации насыщенного пара

, (10)

где gn – весовая скорость конденсации;

Ср – теплоемкость сжатого воздуха при постоянном давлении;

r – теплота фазового перехода;

t2 - температура на границе раздела слоев.

Подставив правую часть данного уравнения в (4), получим окончательное выражение для количества тепла, выделяемого при конденсации паров.

На рис. 3 представлена расчетная схема теплового функционирования элемента «D» - дроссель и системы жалюзийных сепараторов.

Рис. 3. Расчетная схема элемента «D».

В качестве дросселирующего элемента был выбран дроссель ДРВ-100-10/2 (рис. 4), схематично изображенный на рис. 5.

Рис. 4. Управляемый дроссель Рис. 5. Схема дросселирующего элемента

Принцип работы управляемого дросселирующего элемента заключается в следующем: когда управляющее устройство У открывается, давление в верхней камере дросселя А снижается, и эффективное сечение отверстий стакана В увеличивается пропорционально величине прогиба мембраны управляющего устройства. Когда управляющее устройство У закрывается, давление в верхней камере возрастает. Разность давлений в верхней и нижней камерах закрывает дросселирующий стакан, что приводит к снижению проходного сечения дросселя А. Таким образом, путем изменения в нем эффективного проходного сечения, поддерживается разность давлений между входом и выходом дросселя.

Температура сжатого воздуха после дросселирования определялась следующей степенной зависимостью:

, (11)

где k – показатель адиабаты.

Коэффициент осаждения влаги в жалюзийном сепараторе определен с помощью логарифмической зависимости

Кос = ln (Fсеп0,37), (12)

где Кос – коэффициент осаждения.

Аналогичным образом были составлены математические модели теплового функционирования и остальных элементов пневмосистемы УЗОТ.

Окончательно математическая модель ТФП УЗОТ представлена в виде:

, (13)

где Xi – влагосодержание сжатого воздуха;

i – номер реализации эксперимента;

А* – эмпирический коэффициент;

; ; ;

; .

Третья глава посвящена реализации плана экспериментальных исследований тепловых режимов и влагоосаждающей способности элементов пневмосистемы УЗОТ, которые проводились по схеме промышленно-эксплуатационных испытаний. Объектом исследования являлась пневмосистема УЗОТ ПТО «Север» вагонного депо ст. Батайск.

Проведение экспериментов позволило получить подробную информацию: - о режимах теплового функционирования пневмосистемы;

- о влиянии температуры и относительной влажности наружного воздуха, расхода сжатого воздуха на его влагосодержание на выходе из УЗОТ;

- о влиянии конструктивных особенностей пневмосистем на места рационального расположения отдельных элементов;

- о влиянии типа эмалевого покрытия на режим теплового функционирования системы и величину коэффициента теплопередачи.

Эти сведения явились основой для принятия решений:

- о необходимости введения в пневмосистему дросселирующего элемента и координате его установки;

- о необходимости создания в системе дополнительной поверхности осаждения влаги из сжатого воздуха;

- о выборе и координатах установки оборудования для повышения эффективности осаждения влаги из сжатого воздуха;

- об определении величины давления за второй ступенью компрессора для обеспечения требуемого запаса по температуре точки росы при расширении сжатого воздуха в дросселирующем устройстве и последующем снижении давления до величины рабочего давления УЗОТ;

- о структуре схемы локализованного сбора влаги, сконденсировавшейся при охлаждении сжатого воздуха в различных элементах пневмосистемы, методе ее очистки с последующим возвратом в систему оборотного водоснабжения;

- о выборе типа эмалевого покрытия и системы защиты от инсоляции сжатого воздуха в пневмосистеме;

- об определении степени влияния термодинамических параметров влияния окружающей среды на режим тепловлажностного функционирования системы.

Результаты экспериментальных исследований представлены в графической форме на рис. 6 для зимнего цикла испытаний.

Данные диаграммы получены на основе расчетов с использованием компьютерной программы COOL PACK. Результаты натурных испытаний, представленные на графиках рис. 6 а, б, в, показывают степень взаимовлияния основных параметров функционирования пневмосистемы УЗОТ, а также влияния адиабатического расширения сжатого воздуха в управляемом дросселирующем элементе на его влагосодержание. Как видно из графика (рис. 6 а), при отсутствии снижения давления Р1 перед УЗОТ (Р1=Р2=0,8 МПа) сжатый воздух пересыщен влагой. При снижении давления на 0,1 МПа (Р1= 0,8 МПа, Р2=0,7 МПа) сжатый воздух (кривая 4, рис. 6 б) находится практически в стадии насыщения. И только при снижении давления на управляемом дросселе до Р2=0,6 МПа получен гарантированный запас по температуре точки росы до 5 0С при суточных колебаниях расхода воздуха от 0,9 л/мин до 16 л/мин.

Проведенные натурные испытания подтвердили гипотезу о возможности применения технологии адиабатического расширения сжатого воздуха и необходимости установки дополнительной поверхности для сепарации и локализации влаги. В качестве таких устройств были использованы жалюзийные сепараторы.

В четвертой главе представлены теоретические исследования режимов тепловлажностного функционирования пневмосистемы УЗОТ, с представлением данных численного анализа математической модели, их графической интерпретацией, а также анализом согласованности теоретически полученных данных с результатами эксперимента, подтверждающими адекватность созданной математической модели.

Прологарифмировав выражение (13), представим его в виде

, (14)

где ; ; ; ; ; ; .

Рис. 6. График взаимовлияния основных параметров функционирования пневмосистемы УЗОТ для Р1=Р2=0,8 МПа (а), Р1= 0,8 МПа Р2=0,7 МПа (б), Р1= 0,8 МПа Р2=0,6 МПа (в). Кривая «1» - температура сжатого воздуха перед УЗОТ; кривая «2» - влагосодержание атмосферного воздуха; кривая «3» - температура атмосферного воздуха; кривая «4» - влагосодержание сжатого воздуха перед УЗОТ; линия «5» - давление сжатого воздуха на выходе из компрессора; линия «6» - влагосодержание сжатого воздуха при t=20 0C; линия «7» - давление сжатого воздуха после дросселирования.

Составим систему уравнений для множества экспериментальных значений:

, (15)

где i =1, 2,…, n ; здесь n – количество реализаций эксперимента; n = 24168.

Характерной особенностью данной системы линейных алгебраических уравнений является то, что она переопределена, то есть число уравнений существенно превышает количество неизвестных. Решение данной системы уравнений может быть получено только в приближенном виде, причем степень приближения будет тем лучше, чем больше количество уравнений в системе. Для реализации численного решения системы уравнений представим ее в матричной форме

. (16)

или в сокращенной форме записи

, (17)

где ; ; .

Для использования стандартной процедуры пакета MATLAB, реализующей метод наименьших квадратов, матричное выражение (17) записывается в эквивалентной форме

.

Численное решение данного матричного уравнения реализуется на основе линейного преобразования к расширенной матрице, образованной из матриц и , при помощи стандартного метода решения алгебраических уравнений, который в пакете MATLAB условно обозначается как «метод \».

По результатам вычислений получены следующие значения степенных коэффициентов: у1 = 3,062; у2 = 2,020; у3 = 1,396; у4 = 4,890; у5 = 6,890.

Таким образом, уравнение, характеризующее процесс ТФП УЗОТ при реальных условиях, в обозначениях (13) окончательно приобретает вид:

. (18)

На рис. 7 представлен графический анализ изменения величин оснований каждого из степенных коэффициентов выражения (18).

Рис. 7. Графическая оценка численных значений A/, A//, B, C, D.

Анализ графических зависимостей показывает, что основания степеней в выражении (18) при всех режимах ТФП принимают значения, превышающие единицу. Это позволяет сделать вывод о том, что «вес ответственности» элементов пневмосистемы за изменение влагосодержания воздуха на выходе из УЗОТ, непосредственно связан с величинами показателей степени в выражении (18). Наибольшее значение имеет показатель степени у5=6,890, характеризующий влагоосаждающую способность элемента «D» (дроссель и система жалюзийных сепараторов). Наименьший по величине коэффициент у3=1,396 определяет состояние элемента «B» (ресивера). Как видно из расчетной схемы пневмосистемы (рис. 1), элемент «B» установлен сразу после компрессора. В него поступает горячий сжатый воздух с высокой способностью к удерживанию влаги. Даже при наличии значительной поверхности теплообмена снижение температуры сжатого воздуха в ресивере ниже точки насыщения не происходит, что указывает на необходимость поиска технологически обоснованного места расположения данного элемента в пневмосистеме. Предложенные и обоснованные в диссертации технические и технологические решения позволили дать конкретные рекомендации по размещению ресиверов и управляемых дросселей в пневмосистемах УЗОТ ПТО депо ст. Батайск и Лихая.

Анализ согласованности результатов численного исследования математической модели с данными экспериментов проведен путем наложения теоретических кривых на область экспериментально полученных значений. На рис. 8 показаны диаграммы, характеризующие температурно-влажностное состояния воздуха в пневмосистеме УЗОТ в зимний период времени.

Рис. 8. Т-Х диаграммы состояния влажного воздуха в пневмосистеме УЗОТ ПТО «Батайск-Север» в зимний период. Области экспериментальных данных:

1 – при атмосферном давлении воздуха; 2 – при давление сжатого воздуха на входе в УЗОТ Р2 =Р1= 0,8 МПа; 3 – то же при Р2 = 0,7 МПа; 4 – то же при

Р2 = 0,6 МПа. Теоретические зависимости изменения влагосодержания сжатого воздуха от температуры окружающей среды: 5 – при Р2 =Р1= 0,8 МПа;

6 – то же при Р2 = 0,7 МПа; 7 – то же при Р2 = 0,6 МПа.

Рис. 9. Схема очистки и возврата конденсата в систему оборотного водоснабжения депо: 1 – каскадный осадитель,

2 –дренаж; 3 – емкость для сбора и возврата воды в систему; 4 – песчано-гравийный фильтр; 5 – насос.

Как видно из графиков рис. 8 теоретические кривые 5, 6, 7 хорошо отражают особенности распределения экспериментальных данных в областях 4, 3, 2. Коэффициент корреляции при этом принимает значения не ниже 0,98, что свидетельствует об удовлетворительной сходимости теоретических и экспериментальных данных.

Глава 5 посвящена эколого-экономическому обоснованию выбранной технологии осушки сжатого воздуха. Суточные объемы получаемого конденсата определены с помощью правила «золотого сечения» и составляют 117,9 л/сутки. Схема очистки конденсата для его возврата в систему оборотного водоснабжения депо представлена на рис. 9.

Годовой экономический эффект от внедрения предложенной технологии определен по формуле

Эг = Е+ Ев – Ев – r(К1+К2), тыс. руб.,

где Е - суммарное снижение эксплуатационных расходов за счет внедрения технологии механической осушки сжатого воздуха, тыс. руб.;

Ев – годовая экономия на сборе воды, тыс. руб.;

Ев - суммарные расходы, связанные с организацией работ по сбору воды в процессе осушки сжатого воздуха в условиях ПТО, тыс. руб.;

r - коэффициент эффективности использования капитальных вложений;

К1 – полная стоимость комплекта оборудования для технологии механической осушки сжатого воздуха с учетом установки, тыс. руб.;

К2 – полная стоимость комплекта оборудования для технологии сбора воды в процессе осушки сжатого воздуха, тыс. руб.

и составляет 329,2 тысячи рублей при сроке окупаемости:

Ток = 12=9,24 мес.,

что свидетельствует не только об экологической эффективности, но и об экономической целесообразности внедрения предлагаемой технологии подготовки сжатого воздуха.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основании выполненных в работе исследований можно сделать следующие выводы:

1. Определены критерии выбора технологии подготовки сжатого воздуха, основанные на принципах технологичности, экономичности экологичности и ресурсосбережения.
2. Разработана математическая модель теплового функционирования пневмосистемы УЗОТ, позволившая получить инженерную формулу для расчетов влагосодержания сжатого воздуха с учетом реальных режимов эксплуатации и погодно-климатических факторов.
3. Предложена и теоретически обоснована технология механической осушки сжатого воздуха с использованием эффекта адиабатического расширения; разработан план реализации выбранной технологии методом SWOT-анализа.
4. На основе численного исследования математической модели определена рациональная структура пневмосистемы УЗОТ ПТО «Север» вагонного депо ст. Батайск, выбрана схема адиабатического расширения воздуха в управляемом дросселе, определена степень влияния элементов пневмо-системы на количественные характеристики осаждаемой в них влаги.
5. Проведены экспериментальные исследования и эксплуатационные испытания пневмосистемы УЗОТ, подтвердившие обеспечение запаса по температуре точки росы в диапазоне 1…5 0С при реализации данного технологического решения.
6. Предложено техническое решение по очистке и возврату сконденсированной воды в систему оборотного водоснабжения депо в объеме 117 л/сутки.
7. Выполнено технико-экономическое обоснование предлагаемой техноло-гии осушки сжатого воздуха на основе ресурсосбережения и с позиции эколого-экономической целесообразности. Экономический эффект от внедрения предлагаемой технологии составит 329,2 тысячи рублей в год.
8. Предлагаемая технология осушки сжатого воздуха имеет промышленное внедрение в ПТО вагонных депо ст. Батайск и ст. Лихая СКЖД.

Основные положения диссертационной работы опубликованы в работах:

1. Риполь-Сарагоси Л.Ф. Выбор технологии осушки сжатого воздуха для тормозных магистралей подвижного состава. // Труды Всероссийской научно-практической конференции «Транспорт – 2005, май 2005 г. В 2-х частях. Часть 2. – Ростов н/Д: РГУПС, 2005. - С.270-272.

2. Риполь-Сарагоси Т.Л., Риполь-Сарагоси Л.Ф. Использование технологии механической осушки сжатого воздуха в системе УЗОТ. // Вiсн Схiдноукр. нац. Ун-т iм В. Даля. Ч.2. Луганськ,2003.-№9 [67]. - C. 223-225.

3. Кравченко Г.М., Бабенков В.И., Риполь-Сарагоси Л.Ф. Регулирование параметров теплоносителя открытых систем теплоснабжения. // Научно-технический журнал «Новости теплоснабжения», №10[50], октябрь, 2004 г. - С. 38-39.

4. Ripol-Saragosi L. Analysis of the existing compressed air purification methods and its employment. // IV Международная научная студенческая конференция “Trans-Mech-Art-Chem”, Труды, МИИТ.

5. Риполь-Сарагоси Т.Л., Риполь-Сарагоси Л.Ф. Сравнительный анализ технологии осушки сжатого воздуха для подвижного состава с позиций экологичности ресурсосбережения. // Вiсн Схiдноукр. нац. Ун-т iм В. Даля. Ч.2. Луганськ, 2004.- №9 [78]. - C.201-203.

6. Риполь-Сарагоси Л.Ф. Выбор оптимального метода очистки сжатого воздуха для нужд железных дорог. // «Вестник Ростовского Государственного Университета Путей Сообщения» №1[21].- Ростов н/Д: РГУПС, 2006.- С. 27-29.

7. Риполь-Сарагоси Т.Л., Риполь-Сарагоси Л.Ф. Повышение безопасности движения подвижного состава при использовании главных резервуаров с жалюзийными сепараторами на локомотивах (тезисы). // Тезисы 65-ой Международной научно-практической конференции «Проблемы и перспективы развития железнодорожного транспорта». – Днепропетровск: ДНУЖТ – ДИИТ, 2005. - С.55-56.

8. Волков И.В., Риполь-Сарагоси Л.Ф. Анализ возможности применения различных способов осушки воздуха в пневмосистемах евролокомотива 21-го века. // Вiсн Схiдноукр. нац. Ун-т iм В. Даля. Ч.2. Луганськ, 2006.- №8 [102]. - C.197-202.

9. Риполь-Сарагоси Т.Л., Риполь-Сарагоси Л.Ф. Анализ возможностей применения различных технологий осушки на подвижном составе. // Вiсн Схiдноукр. нац. Ун-т iм В. Даля. Ч.2. Луганськ, 2005. - №8 [90]. - C.186-190.

10. Риполь-Сарагоси Л.Ф. Сравнительный анализ методов осушки сжатого воздуха, применяемых на подвижном составе ОАО «РЖД». // «Вестник Ростовского Государственного Университета Путей Сообщения» №4[24].- Ростов н/Д: РГУПС, 2006. - С. 61-67.

11. Риполь-Сарагоси Л.Ф. Математическая модель теплового функционирования пневмосистемы УЗОТ. // «Труды Ростовского Государственного Университета Путей Сообщения 2006» №2[3]. - Ростов н/Д: РГУПС, 2006. - С. 117-126.

12. Риполь-Сарагоси Т.Л., Риполь-Сарагоси Л.Ф. Повышение безопасности движения подвижного состава при использовании главных резервуаров с жалюзийными сепараторами на локомотивах. // Вiсник Днiпропетровського унiверситету зализничного транспорту iменi академiка В.Лазаряна.- Вип.10.-Д.: Вид-во Днiпропетр. Нац. Ун-ту залiзн. Трансп. Iм. Акад. В.Лазаряна, 2006. – С. 72-75.

13. Риполь-Сарагоси Л.Ф. использование SWOT-анализа для выработки стратегии внедрения технологии повышения качества сжатого воздуха на предприятиях ОАО «ржд». // «Вестник Ростовского Государственного Университета Путей Сообщения» №7[25].-Ростов н/Д: РГУПС, 2007.- С. 33 -37.

РИПОЛЬ-САРАГОСИ Леонид Францискович

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПОДГОТОВКИ СЖАТОГО ВОЗДУХА ДЛЯ ЗАРЯДКИ И ОПРОБОВАНИЯ ТОРМОЗОВ

В ПУНКТАХ ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ ВАГОНОВ

Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Подписано в печать.2007. Формат 6084/16

Бумага офсетная. Ризография РГУПС. Усл. печ. л. 1,0.

Уч.-изд. Л. 2,0. Тираж 100 экз. Заказ №.

Ростовский государственный университет путей сообщения

Ризография РГУПС

Адрес университета: 344038, г. Ростов н/Д, пл. Ростовского Стрелкового Полка Народного Ополчения, 2.