CC BY
27
^ СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ - ТРАНСПОРТУ
УДК 621.869.88-71
Экспериментальные исследования новых конструктивных решений ограждения кузовов рефрижераторных вагонов и контейнеров
Ю. П. Бороненко, Б. А. Абдуллаев
Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I, Российская Федерация, 190031, Санкт-Петербург, Московский пр., 9
Для цитирования: Бороненко Ю. П., Абдуллаев Б. А. Экспериментальные исследования новых конструктивных решений ограждения кузовов рефрижераторных вагонов и контейнеров // Известия Петербургского государственного университета путей сообщения. - СПб.: ПГУПС, 2020. -Т. 17. - Вып. 4. - С. 498-513. Б01: 10.20295/1815-588Х-2020-4-498-513
Аннотация
Цель: Осуществить выбор материалов и технических решений тепловой изоляции в конструкции ограждения кузовов рефрижераторных вагонов и контейнеров. Методы: Проводились экспериментальные исследования теплотехнических свойств выбранных материалов на физической модели с применением климатической и испытательной камер, аналитические расчеты с использованием уравнения теплопроводности. Результаты: Определены теплотехнические свойства конструкций теплового ограждения кузова рефрижераторных вагонов и контейнеров. Практическая значимость: Новые материалы снижают коэффициент теплопередачи ограждения, что сократит расход топлива и повысит сохранность скоропортящихся грузов, уменьшит вес и увеличит объем кузова.
Ключевые слова: Скоропортящиеся грузы, контейнер, рефрижераторный вагон, рефрижераторный контейнер, испытательная камера, коэффициент теплопередачи.
Введение
Для теплоизоляции вагонов и контейнеров используются различные материалы: минеральная вата, пенопласты, полиуретаны, характеризующейся низкими значениями коэффициентов теплопроводности. Однако из-за наличия тепловых мостиков, влаги, ухудшения теплоизоляционных свойств в процессе эксплуатации толщина ограждений кузовов обычно превышает 160 мм. Это приводит к уменьшению внутреннего полезного объема кузова и увеличению массы тары. В то же время в смежных отраслях техники находят применение новые материалы [1-3], имеющие наименьший коэф-
фициент теплопроводности и большую прочность, позволяющую создавать цельнонесущие конструкции меньших размера и веса. Для защиты строительных конструкций от воздействия влаги и сохранения тепла внутри помещения при низких температурах применяется теплоизоляционный материал «Корунд» [4], созданный в 2008 г. и выпускаемый российскими производителями. Данный материал представляет собой однокомпонентную полимерную суспензию, в которую добавляются мельчайшие керамические запаянные гранулы, для которых свойственны физические законы отражения и теплоотдачи. Содержание в суспензии таких гранул (микросфер) достигает 70 %. В зависимости от целевого
назначения в состав вводятся пигментирующие огнестойкие, антикоррозионные и ингибирую-щие компоненты. Все это позволяет получить теплоизоляцию с высокими адгезией и эластичностью, не изменяющуюся под воздействием внешних факторов: влажности, ультрафиолетовых лучей, перепадов температуры, плесени и грибков. Основой корунда является водно-Ф акриловый раствор, в который добавляются вышеуказанные компоненты [5].
Кроме того, появился ряд новых материалов. Для оценки эффективности применения таких материалов в конструкциях вагонов и контейнеров были проведены теоретические и экспериментальные исследования [6]. Основные сведения об этих материалах приведены в табл. 1. Поэтому следует оценить возможность их использования в конструкциях ограждений вагонов и контейнеров.
Эффективность теплоизоляции кузовов подвижного состава оценивают средним коэффициентом теплопередачи [7, 8]
значение площади ограждения, м2; т - время расчетного периода, ч; t - средняя температура наружного воздуха, °С; tвн - средняя температура воздуха внутри, °С; (^н - tн) - средний перепад температур внутри и снаружи за период измерений, °С
Формула (1) позволяет оценить коэффициент передачи всего кузова вагона. Но при создании новых вагонов необходимо знать, какой вклад вносят в общую теплопередачу каждый из элементов - боковые стены, крыша, пол. В них технические решения теплоизоляции обычно различны.
При проектировании новых вагонов коэффициенты теплопередачи для основных конструкций ограждения рассчитывают упрощенно, используя модель теплопередачи, одно-многослойную через плоскую стенку [9]:
K =
1
1 8, 1
—+ +
ан ,=1 К а вн
(2)
K =
1000W
Fcp ' T(tBH )
(1)
где К - коэффициент теплопередачи, Вт/(м2-К); Ж - расход электроэнергии за расчетный период измерений, кВт-ч; Г - среднегеометрическое
здесь ан и авн - коэффициент теплоотдачи соответственно на наружной и внутренней поверхности ограждения кузова вагона, Вт/(м2-К); 8. -толщина /-го элемента кузова м; X - коэффициент теплопроводности материала /-го слоя ограждения, Вт/(м-К).
ТАБЛИЦА 1. Сравнение технических характеристик традиционной и новой теплоизоляций
Показатели Традиционная теплоизоляция Корунд Изготовитель ООО «Регент Балтика» и ООО «БАЛТМАШ»
Армированный стеклохолст в объеме пенополиуретан (РЖД-1) Сотоком-позитная панель и армированный в объеме пенополиуретан Сотоком-позитная панель
Мипора ТУ 6-051112-92 Пенополиуретан
Теплопроводность, Вт/(м-К) 0,0340,052 0,025-0,03 0,001 0,026 0,007 0,032
Трудозатраты на монтаж, чел.-ч/м2 10 1-2 1-2 0,5-1
Срок службы, лет До 5 От 10 От 10 30-50
Для отработки методов расчета теплотехнических свойств ограждений вагонов было принято решение провести определение коэффициентов теплопередачи перспективных технических решений теплоизоляции двумя способами: экспериментально, используя зависимость (1), и аналитическим расчетом с помощью формулы (2).
Методика проведения экспериментальных исследований
Для определения коэффициента теплопередачи испытываемой конструкции необходимо знать коэффициент теплопередачи вспомогательных элементов камеры.
Так как днище и боковая стена испытательной камеры изготовлены из одного материала и считая, что их коэффициенты теплопередачи равны К = К = К, равенство (4) приводится к виду
= К
F
ср
F + F
1 0 ^ 1 кр
+ К
F
кр
кр
F + F
1 0 т 1 кр
(5)
В основу методов измерения коэффициентов теплопроводности и теплопередачи материала положено уравнение Фурье [10, 11]
здесь K0 = -
F4 (T - Щ.
F 8
(3)
В (3) Q - заданный поток тепла, Вт-с; Г - площадь сечения, через которое передается тепло, м 2; X - коэффициент теплопроводности, Вт/(м-К); 8 - толщина материала, м; Т1 - температура окружающей среды, К; Т2 - температура внутри тела, К.
Определение коэффициентов теплопередачи проводилось в работах [12-20]. Основная трудность заключается в том, что часть теплового потока, создаваемого нагревом, рассеивается в окружающую среду, и измерение теплового потока через изучаемую конструкцию представляет известную трудность. Поэтому было предложено использовать замкнутую камеру в виде параллелепипеда со сменной верхней гранью (крышкой). Известно, что средний коэффициент теплопередачи замкнутой камеры можно рассчитать по выражению
K = 4Кбс • F6c + Кдн • FДн + Ккр • FKP (4)
ср
1 8 1
— + —+—
a1 X а 2
- средний коэффи-
циент теплопередачи испытательной камеры
без крышки; Г0 = 4Гбс+Гдн - суммарная площадь боковых стен и днища камеры.
При известном коэффициенте теплопроводности материала X (см. (5)) по экспериментально определенному среднему коэффициенту теплопередачи камеры можно найти коэффициент теплопередачи технического решения
К = Кср • (F0 + Fp ) - К0 • Fo
кр
F
кр
F
(6)
кр
4F6c + + Ркр
Значения коэффициента теплопроводности X материала в зависимости от поставки могут отличаться. Поэтому для повышения точности было предложено изготовить две градуированные крышки из одного материала с одной поставки, но разной толщины: 50 и 100 мм. При уменьшении толщины в 2 раза коэффициент теплопередачи крышки становится меньше в соответствии с формулой (2) в 1,87 раза.
Из данных градуировки камеры с использованием крышек разной толщины получаем систему из двух уравнений для уточненного определения коэффициента теплопередачи камеры
где Кбс, Кдн, Ккр - коэффициенты теплопередачи соответственно боковой стены, днища и крышки испытательной камеры, Вт/(м 2-К); Гбс, Гкр, Г - площадь соответственно боковой стены, днища и крышки испытательной камеры, м2.
К
К F + К F
8=100 _ 0 ^ кр100 кр
ср _
F + F
0 кр К S=50 = К0 F0 +1,87 К
ср F + F
0 кр
F
кр100 кр
(7)
1
Разрешив систему уравнений (7) относительно двух неизвестных и учитывая (5), получаем уточненные значения коэффициента теплопередачи К0 стен и днища камеры:
(F + ) х
х(1,87 F • КСр=100 - Кс=50 • Fkp)
8=50
Ко =■
кр
ср_
F0 — F0 ' FKp
ср
кр
(8)
Таким образом, методика экспериментального определения коэффициента теплопередачи испытуемого технического решения, изготовленного в виде крышки к теплоизолированной камере, заключается в следующем:
- вычисляется площадь ограждающих поверхностей камеры и крышки;
- устанавливается камера в теплоизолированное помещение или холодильную камеру;
- измеряется разность температур снаружи и внутри камеры;
- воздух внутри камеры нагревается электрическим прибором, подключенным через счетчик электроэнергии;
- при достижении условно стационарного режима с постоянной разностью температур снаружи и внутри камеры рассчитывается средний коэффициент теплопередачи по формуле (1);
- используя полученный средний коэффициент теплопередачи, вычисляется коэффициент теплопередачи нижних ограждений камеры К0 по формуле (8) (выполняется только при градуировке камеры);
- по значению коэффициента Кср находится коэффициент теплопередачи исследуемого технического решения теплоизоляции по (6).
Для изучения влияния внешней температуры устанавливается необходимая температура холодильной камеры, и эксперименты повторяются в прежнем порядке.
Устройство экспериментальной установки и ее градуировка
Общий вид термоизолированной камеры (ТИК-1) приведен на рис. 1, среднегеометрические площади элементов камеры - в табл. 2.
Испытательная камера изготовлена из пено-плекса толщиной 100 мм, внутренний размер которого составляет 220х220х280 мм. Верхняя часть испытательной камеры (крышка) представляет собой испытуемый образец теплоизоляции (ограждения). Образцы для градуировки испытательной камеры были разработаны в виде крышки размером 320х320 мм и толщиной 50 и 100 мм.
Среднегеометрические площади элементов ограждения испытательной камеры (табл. 2) определялись по формуле
Fcp = V^H
F
н вн
где и ^вн - площадь элементов камеры соответственно снаружи и внутри, м2.
Камера ТИК-1 оснащена нагревательным элементом (электрическая лампа 25 Вт), подключенным через счетчик к электрическому
Рис. 1. Испытательная для проведения экспериментов камера ТИК-1 по определению теплозащитных свойств теплоизоляции: 1 - пеноплекс; 2 - испытуемый образец
(крышка) камеры; 3 - нагреватель; 4 - термостат испытательной камеры; 5 - термопары. Размеры даны в миллиметрах (то же для табл. 4)
ТАБЛИЦА 2. Среднегеометрические площади элементов камеры
Наименование элементов камеры Площадь элементов снаружи, м2 Площадь элементов внутри, м 2 Средняя площадь элементов, м2
Боковая стена, Г ' бс 0,8064 0,2464 0,4457
Днище, Гдн 0,1764 0,0484 0,092
Крыша, Гкр 0,1024 0,1024 0,1024
Общая средняя площадь камеры, ZF 0,6401
источнику, и термопарами MC-227R4, а также термостатом W1209 для регулирования температуры. Нагревательный элемент устанавливается таким образом, чтобы он равномерно нагревал внутреннюю часть испытательной камеры.
Испытательная камера помещалась в специальную климатическую камеру (серия CHALLENGE CH600C) с оборудованными необходимыми средствами измерения и мониторинга, где температура может поддерживаться в диапазоне от -75 до +180 °С. При градуировке испытательная камера размещалась внутри климатической камеры и температура поддерживалась внутри 40 °С, снаружи -20 °С. Зависимость расхода электроэнергии и температуры внутри и снару-
жи показана на рис. 2. Из него видно, что температура оставалась практически постоянной, а расход электроэнергии линейно зависит от времени эксперимента. Результаты обработки экспериментальных данных приведены в табл. 3.
Конструкция теплозащитного ограждения
Для оценки эффективности различных технических решений ограждения были изготовлены следующие образцы (табл. 4):
- образец № 1 представляет собой типовой фрагмент теплоизоляции рефрижераторных вагонов и контейнеров. Он состоит из стального
Рис. 2. Зависимость расхода электроэнергии от времени проведения эксперимента по градуировке: 1 - снаружи испытательной камеры; 2 - внутри испытательной камеры
ТАБЛИЦА 3. Экспериментальные данные и результаты определения коэффициента теплопередачи испытательной камеры ТИК-1
Параметры испытания 8 = 100 мм 8 = 50 мм
Время выдержки образцов, ч 22
Расход электроэнергии, Вт-ч 221 255
Внутренняя температура испытательной камеры, °С 40,123 40,486
Внутренняя температура климатической камеры, °С -19,40 -19,52
Разность температур, °С 59,53 59,71
Средний коэффициент теплопередачи камеры, Вт/(м 2-К) 0,265 0,304
Средний коэффициент теплопередачи градуировочной крышки, Вт/(м2-К) 0,292 0,537
Средний коэффициент теплопередачи боковых стен и днища, Вт/(м2-К) 0,259
ТАБЛИЦА 4. Технические решения для экспериментального определения коэффициента теплопередачи
№ образца
Схемы образцов крышек для испытания
Общий вид образца
ФшШ
/ШШ
Ж
mzm
1
2
3
Окончание табл. 4
№ образца
Схемы образцов крышек для испытания
Общий вид образца
4
5
6
листа толщиной 2 мм, П-образного каркаса размером 30х30х2 мм, пеноплекса толщиной 60 мм, внутренней обшивки из фанеры толщиной 4 мм, алюминиевого листа толщиной 2 мм;
- образец № 2 аналогичен образцу № 1, но между стальным листом и пеноплексом, пено-плексом и фанерой, фанерой и алюминиевым листом, а также по периметру П-образного каркаса нанесены слои «Корунда» толщиной 1 мм;
- образец № 3 аналогичен образцу № 1, но вместо алюминиевого листа толщиной 2 мм уста-
новлен лист винипласта толщиной 3 мм, между фанерой и винипластом нанесен слой «Корунда» толщиной 2 мм, между пеноплексом и фанерой, а также по периметру П-образного каркаса - слои «Корунда» толщиной 1 мм;
- образец № 4 на образце в качестве фрагмента теплоизоляции использован армированный пенополиуретан со стеклохолстом производства «Регент Балтика» толщиной 80 мм;
- образец № 5 - в качестве перспективного фрагмента теплоизоляции применено сочетание
армированного полиуретана толщиной 100 мм и сотовой изоляции толщиной 35 мм;
- образец № 6 - в качестве фрагмента теплоизоляции использована сотокомпозитная панель толщиной 35 мм.
Результаты экспериментальных исследований теплофизических свойств ограждений
На первом этапе в климатической камере CHALLENGE CH600C (рис. 3) были испытаны образцы № 1-3. Время выдержки образцов составляла 22 ч, внутри камеры ТИК-1 поддерживалась температура 40 °С, снаружи -20 °С (рис. 4). Средние коэффициенты теплопередачи крышки и камеры приведены в табл. 5. Теплоизоляционные свойства образцов № 2 и 3, имеющих теплоизоляцию «Корунд», оказались лучше почти в 2 раза. В образце № 3 слои «Ко-
рунда» были в 1,5 раза толще, однако коэффициент теплопередачи образца снизился менее чем на 3 % по сравнению с образцом № 2. Это требует дальнейших исследований по выбору оптимальной величины толщины изоляции типа «Корунд».
На втором этапе определение коэффициентов теплопередачи проводились на полигоне НВЦ «Вагоны» в помещении при температуре наружного воздуха 18-20 °С без использования климатической камеры. Внутри испытательной камеры нагрев осуществлялся до 60-70 °С. При этом мощность нагревательного элемента -электрической лампы (25 Вт) - была снижена с помощью регулятора мощности до 8,8 Вт.
Были испытаны шесть образцов опытных крышек камеры в течение 18 ч каждая. Все параметры - расход электроэнергии, температура воздуха снаружи и внутри камеры, продолжительность испытания - записывались. В результате проведенного эксперимента были определе-
Рис. 3. Общий вид климатической камеры CHALLENGE CH600C и испытательной камеры ТИК-1
Образец № 3
9 10 И 12 13 15 16 17 18 19 20 21 Время, ч
300
250
200
150
100
50
0
Рис. 4. Зависимость расхода электроэнергии от времени проведения эксперимента: 1 - снаружи испытательной камеры; 2 - внутри испытательной камеры
ТАБЛИЦА 5. Данные, полученные при экспериментальных исследованиях с использованием климатической камеры
Параметры испытания № образца
1 2 3
Время выдержки образцов, ч 22
Расход электроэнергии, Вт-ч 273 228 226
Внутренняя температура испытательной камеры, °С 40,009 40,066 40,1
Внутренняя температура климатической камеры, °С -19,73 - 19,49 - 19,56
Разность температур, °С 59,73 59,56 59,66
Средний коэффициент теплопередачи камеры, Вт/(м 2-К) 0,325 0,272 0,270
Средний коэффициент теплопередачи крышки, Вт/(м 2-К) 0,673 0,341 0,332
ны зависимости наружной и внутренней температур и среднего коэффициента теплопередачи от времени проведения эксперимента, которые представлены на рис. 5. Результаты статистического анализа данных, полученных при экспериментальных исследованиях, приведены в табл. 6.
На рис. 5, а видно, что температура воздуха t в испытательной камере в течение 5-6 ч воз-
вн 1
растает, а затем она стабилизируется на уровне 58-75 °С за счет переноса тепла из испытательной камеры наружу. Из рис. 5, б следует: в начале эксперимента за 5 ч коэффициент теплопередачи испытательной камеры резко понижается,
Рис. 5. Зависимости внутренней температуры (а) и коэффициента теплопередачи испытательной камеры (б) от времени проведения эксперимента: а: 1 - образец № 1, 2 - образец № 2, 3 - образец № 3, 4 - образец № 4, 5 - образец № 5, 6 - образец № 6, 7 - снаружи испытательной камеры; б: 1 - образец № 1, 2 - образец № 2, 3 - образец № 3, 4 - образец № 4, 5 - образец № 5, 6 - образец № 6
а
б
ТАБЛИЦА 6. Данные, полученные при экспериментальных исследованиях
без климатической камеры
Параметры испытания № об разца
1 2 3 4 5 6
Время выдержки образцов, ч 18
Расход электроэнергии, Втч 160 160 160 160 160 160
Наружная температура, °С 19,2 19,2 19,3 18,9 17,4 17,4
Внутренняя температура испытательной камеры, °С 62 70,2 71 70 72,4 58,2
Разность температур, °С 42,8 51 51,7 51,1 55 40,8
Средний коэффициент теплопередачи для камеры, Вт/(м 2 К) 0,324 0,272 0,269 0,271 0,252 0,340
Средний коэффициент теплопередачи для крышки, Вт/(м2К) 0,664 0,341 0,322 0,332 0,214 0,761
что можно объяснить ростом разности температур наружного и внутреннего воздуха (7 - tJ. Затем коэффициент теплопередачи стабилизируется и принимает постоянное значение. Коэффициенты теплопередачи крышек камеры приведены на рис. 6.
Коэффициенты теплопередачи при использовании климатической камеры и без нее практически не изменились. Их разность не превышает 3 %, что говорит о малой зависимости коэффициентов теплопроводности образцов № 1-3 от температуры.
Рис. 6. Гистограмма величин коэффициентов теплопередачи для образцов ограждения с использованием климатической камеры (1) и без нее (2)
Повторные испытания образцов № 1-3 подтвердили (рис. 6), что нанесение теплоизоляции «Корунда» понизило коэффициент теплопередачи почти в 2 раза. Таким образом, применив «Корунд» в качестве слоя теплоизоляции, можно уменьшить толщину боковой стены рефрижераторных вагонов и контейнеров. Для реальных вагонов и контейнеров это позволяет снизить толщину изоляции на 20-30 %. Образцы теплоизоляции № 5 производства «Регент Балтика» имеет самый малый коэффициент теплопередачи, но его толщина была существенно больше (135 мм), чем у образцов № 1-3. Их примене-
ние перспективно, но необходимо разработать технические решения их реализации.
Расчетное определение
коэффициентов
теплопередачи
В аналитических расчетах были определены коэффициенты теплопередачи образцов № 1-6 для технических решений кузовов рефрижераторных вагонов и контейнеров, размеры которых представлены в табл. 7.
Наименование материала Толщина, 8, мм Коэффициент теплопроводности, А, Вт/(мК)
Сталь 0,002 47
Пенополиуритан 0,026-0,06 0,025
Пеноплекс 0,06 0,028
Брус 0,03 0,29
Фанера 0,004 0,29
Алюминиевый лист 0,002 116
Винипласт 0,003 0,16
Корунд 0,001-0,002 0,0012
Армированный пенополиуретан стеклохолст 0,08 0,026
Сотокомпозитная панель и армированный в объеме пенополиуретан 0,135 0,007
Сотокомпозитная панель 0,035 0,032
ТАБЛИЦА 8. Сравнительный анализ расчетных экспериментальных данных коэффициента
теплопередачи для крышки
Параметры испытания № об разца
1 2 3 4 5 6
Средний коэффициент теплопередачи крышки, экспериментальный, Вт/(м2К) 0,673 0,341 0,322 0,332 0,214 0,761
Средний коэффициент теплопередачи крышки, по аналитическому расчету, Вт/(м2К) 0,651 0,312 0,298 0,311 0,219 0,763
Разность между экспериментом и аналитическим расчетом, 0% 3,26 8,50 7,45 6,32 2,28 0,26
ТАБЛИЦА 7. Размеры элементов образцов и коэффициент теплопроводности
Коэффициенты теплопередачи определялись по формуле (2). Результаты расчетов приведены в табл. 8.
На основании проведенных экспериментов можно сделать вывод, что результаты аналитических расчетов удовлетворительно совпадают с полученными экспериментально, расхождение - менее 9 %.
Заключение
Разработанная термоизолированная камера ТИК-1 позволяет с достаточной точностью (погрешность менее 3 %) определять коэффициенты теплопередачи и теплопроводности модельных образцов теплоизоляции.
Перспективным вариантом для теплового ограждения кузова является техническое решение, где в качестве теплоизоляции использованы пенополиуретан и «Корунд». Минимальное значение коэффициента теплопередачи из исследованных материалов обеспечил вариант теплоизоляции РЖД-1 (производство «Регент Балтика»), сочетающих армированный полиуретан и сотовую конструкцию на бумажном основании. Применение данных технических решений в ограждениях кузовов рефрижераторных вагонов и контейнеров позволит снизить коэффициент теплопередачи до 20 % и соответственно уменьшить толщину ограждения на 20-30 %, что приведет к увеличению внутреннего полезного объема кузова, уменьшению его массы и расхода используемых материалов, улучшению теплового состояния кузова.
Сравнение результатов расчетов по аналитическим формулам с данными эксперимента показало удовлетворительную точность определения среднего значения коэффициента теплопередачи (погрешность не более 9 %).
Библиографический список
1. Бороненко Ю. П. Стратегические задачи вагоностроителей в развитии тяжеловесного движе-
ния / Ю. П. Бороненко // Транспорт Российской Федерации. - 2013. - № 5 (48). - С. 68-73.
2. Абдуллаев Б. А. Выбор теплоизоляционных материалов для рефрижераторных вагонов и контейнеров / Б. А. Абдуллаев // Подвижной состав XXI века : идеи, требования, проекты : материалы XIV Между-нар. науч.-технич. конференции, Санкт-Петербург, 9-13 июля 2019 г. - СПб. : ПГУПС, 2019. - С. 50-53.
3. Киселев И. Г. Теплотехника на подвижном составе железных дорог : учеб. пособие для студентов высших учебных заведений железнодорожного транспорта, обучающихся по специальности 190301 «Локомотивы» и 190302 «Вагоны» / И. Г. Киселев. - М. : Транспорт, 2008. - 277 с.
4. Технические условия ТУ 5760-001-836632412008. Жидкие керамические теплоизоляционные покрытия серии «Корунд» / сост: А. С. Платов. - Волгоград, 2008. - 11 с.
5. Исследование тепловых характеристик сверхтонкой теплоизоляции «Корунд» : технич. условия / сост.: А. Г. Перехоженцев. - Волгоград : ВГАСУ, 2011. - 25 с.
6. ООО «Регент Балтика». - Технологии для изотермических хранилищ. - URL : https://baltic-united. ru/news/technologii-dlja-izotermicheskih-hranilish/ (дата обращения :10.10.2020 г.).
7. ОСТ 24.050.65-86. Вагоны рефрижераторные. Методика проведения теплотехнических испытаний. -М. : Стандартинформ, 1986. - 23 с.
8. ОСТ 33661-2015. Ограждающие конструкции помещений железнодорожного подвижного состава. Методы испытаний по определению теплотехнических показателей с Поправкой (протокол от 10 декабря 2015 г. № 48). - М. : Стандартинформ, 2016. - 32 с.
9. Ефимов В. В. Теплотехнический расчет рефрижераторных транспортных модулей : метод. указания / В. В. Ефимов. - СПб. : ПГУПС, 2003. - 64 с.
10. Levy F. L. A quick method for testing the overall heat transmission coefficient by dispensing liquid nitrogen / F. L. Levy // Journal of Refrign. - January 1963. -London, 1967. - Р. 3-5.
11. Китаев Б. Н. Тепловое воздействие солнечной радиации на вагоны / Б. Н. Китаев. - М. : Трансжел-дориздат, 1962. - 32 с.
12. Мейстер А. О. Определение среднего коэффициента теплопередачи кузовов пассажирских ва-
гонов / А. О. Мейстер, М. А. Юхневский // Тез. VI науч.-практич. конференции «Проблемы и перспективы развития вагоностроения». - Брянск : БГТУ, 2014. - С. 93-95.
13. Голубин А. А. Анализ методов экспериментального определения коэффициента теплопередачи / А. А. Голубин // Вопросы развития железнодорожного транспорта в условиях рыночной экономики : сб. статей молодых ученых и аспирантов / под ред. Ю. М. Черкашина, Г. В. Город. - М. : Изд. Гогричиани,
2007. - С. 99-107.
14. РД 24.050.15-89. Методика определения среднего коэффициента теплопередачи ограждающих конструкций кузовов пассажирских вагонов. - Утв. Министерством тяжелого, энергетического и транспортного машиностроения СССР 24 июля 1989 г. -М., 1989. - 20 с.
15. Науменко С. Н. Точность определения коэффициента теплопередачи / С. Н. Науменко, Н. С. Теймуразов, А Д. Голубин // Железнодорожный транспорт на современном этапе : задачи и пути их решения : сб. трудов / под ред. А. Е. Семечкина. - М. : Интекст,
2008. - С. 76-78.
16. Науменко С. Н. Оценка точности определения в деповских условиях коэффициента теплопередачи кузова изотермического вагона / С. Н. Науменко, Н. С. Теймуразов, А. А. Голубин // Энергосбереже-
ние и защита окружающей среды на теплоэнергетических объектах железнодорожного транспорта, промышленности и жилищно-коммунального хозяйства : сб. докл. участников Объединен. науч. сессии РАН. -М. : МИИТ, 2008. - С. 189-192.
17. Голубин А. А. Влияние погрешностей измерения при определении коэффициента теплопередачи ограждающих конструкций изотермического вагона / А. А. Голубин, Н. В. Белова, С. Н. Науменко // Вестн. ВНИИЖТ. - 2019. - Т. 78. - № 2. - С. 100-104. Шр:/Ш.ощ:10.21780/2223-9731-2019-78-2-100-104
18. Соколов М. М. Измерения и контроль при ремонте и эксплуатации вагонов / М. М. Соколов, В. И. Ва-рава, Г. М. Левит. - М. : Транспорт, 1991. - 158 с.
19. Чурков Н. А. Холодильные перевозки и содержание изотермического подвижного состава / Н. А. Чурков. - М. : Желдориздат, 2006. - 311 с.
20. Анисимов П. С. Испытания вагонов / П. С. Ани-симов. - М. : Маршрут, 2004. - 197 с.
Дата поступления: 10.07.2020 Решения о публикации: 10.08.2020
Контактная информация:
БОРОНЕНКО Юрий Павлович - д-р техн. наук, профессор; boron49@yandex.ru АБДУЛЛАЕВ Бахром Актамович - аспирант; baxrom86@yandex.ru
Experimental studies of new design solutions for the fencing of refrigerated car and container bodies
Yu. R Boronenko, B. A. Abdullaev
Emperor Alexander I Petersburg State Transport University, 9, Moskovsky pr., Saint Petersburg, 190031, Russian Federation
For citation: Boronenko Yu. P., Abdullaev B.A. Experimental studies of new design solutions for the fencing of refrigerated car and container bodies. Proceedings of Petersburg State Transport University, 2020, vol. 17, iss. 4, pp. 498-513. (In Russian) DOI: 10.20295/1815-588X-2020-4-498-513
Summary
Objective: To choose materials and technical solutions for thermal insulation in the structure of the fencing of refrigerated car and container bodies. Methods: Experimental studies of the thermal properties of the selected materials were carried out on a physical model using climatic and test chambers, analytical calculations using thermal conductivity equation. Results: The thermal properties of the thermal fencing
structures of the body of refrigerated cars and containers were determined. Practical importance: New materials reduce the heat transfer coefficient of the fence, which will reduce fuel consumption and increase the safety of perishable goods, reduce weight and increase the volume of the body.
Keywords: Perishable goods, container, refrigerated car, refrigerated container, test chamber, heat transfer coefficient.
References
1. Boronenko Yu. P. Strategicheskiye zadachi vagonos-troiteley v razvitii tyazhelovesnogo dvizheniya [Strategic tasks of car builders in the development of heavy haul]. TransportRossiyskoyFederatsii [TransportofRus-sian Federation], 2013, no. 5 (48), pp. 68-73. (In Russian)
2. Abdullaev B. A. Vybor teploizolyatsionnykh ma-terialov dlya refrizheratornykh vagonov i konteynerov [Selection of heat-insulating materials for refrigerated cars and containers]. Podvizhnoy sostav XXI veka: idei, trebovaniya, proyekty [Rolling stock of the 21st century: ideas, requirements, projects]. Materialy KHIV Mezh-dunar. nauch. tekhnich. konferentsii, Sankt-Peterburg, 9-13 iyulya 2019 g. [Proceedings of the 14th Intern. Sci. technical conference, Saint Petersburg, July 9-13, 2019]. Saint Petersburg, PGUPS [Petersburg State Transport University] Publ., 2019, pp. 50-53. (In Russian)
3. Kiselev I. G. Teplotekhnika na podvizhnom sostave zheleznykh dorog. Ucheb. posobiye dlya studentov vys-shikh uchebnykh zavedeniy zheleznodorozhnogo transporta, obuchayushchikhsya po spetsial'nosti 190301 "Lokomotivy" i 190302 "Vagony" [Heat engineering on the rolling stock of railways. Textbook for students of higher educational institutions of railway transport, studying in the specialty 190301 "Locomotives" and 190302 "Wagons"]. Moscow, Transport Publ., 2008, 277 p. (In Russian)
4. Tekhnicheskiye usloviya TU5760-001-83663241-2008. Zhidkiye keramicheskikh teploizolyatsionnyye pokrytiya serii "Korund" [Technical conditions TU5760-001-83663241-2008. Liquid ceramic heat-insulating coatings of the Korund series]. Compiled by A. S. Pla-tov. Volgograd, 2008, 11 p. (In Russian)
5. Issledovaniye teplovykh kharakteristik sverkh-tonkoy teploizolyatsii "Korund": tekhnich. usloviya [Investigation of the thermal characteristics of ultra-thin thermal insulation "Korund": technical conditions].
Compiled by A. G. Perekhozhentsev. Volgograd, VGASU Publ., 2011, 25 p. (In Russian)
6. OOO "Regent Baltika". Tekhnologii dlya izotermi-cheskikh khranilishch [LLC Regent Baltika. Technologies for isothermal storage]. Available at: https://baltic-united. ru/news/technologii-dlja-izotermicheskih-hranilish/(ac-cessed: October 10, 2020) (In Russian)
7. OST24.050.65-86. Vagony refrizheratornyye. Me-todikaprovedeniya teplotekhnicheskikh ispytanii [Refrigerated cars. Technique for conducting heat engineering tests]. Moscow, Standartinform Publ., 1986, 23 p. (In Russian)
8. OST33661-2015. Ograzhdayushchiye konstruktsii pomeshcheniy zheleznodorozhnogo podvizhnogo sostava. Metody ispytaniy po opredeleniyu teplotekhnicheskikh pokazateley s Popravkoy (protokol ot 10 dekabrya 2015 g. no. 48) [Enclosing structures of railway rolling stock premises. Test methods for determining thermal performance with the Amendment (protocol dated December 10, 2015, N48)]. Moscow, Standartinform Publ., 2016, 32 p. (In Russian)
9. Efimov V. V. Teplotekhnicheskiy raschet refrizhe-ratornykh transportnykh moduley. Metod. ukazaniya [Heat engineering calculation of refrigerated transport modules. Method. of indication]. Saint Petersburg, PGUPS [Petersburg State Transport University] Publ., 2003, 64 p. (In Russian)
10. Levy F. L. A quick method for testing the overall heat transmission coefficient by dispensing liquid nitrogen. Journal of Refrign. January 1963. London, 1967, pp. 3-5.
11. Kitaev B. N. Teplovoye vozdeystviye solnechnoy radiatsii na vagony [Thermal effect of solar radiation on cars]. Moscow, Transzheldorizdat Publ., 1962, 32 p. (In Russian)
12. Meister A. O. & Yukhnevsky M.A. Opredele-niye srednego koeffitsiyenta teploperedachi kuzovov passazhirskikh vagonov [Determination of the average heat transfer coefficient of passenger car bodies]. Tez.
VInauch.-praktich. konferentsii "Problemy iperspektivy razvitiya vagonostroyeniya" [6th Scientific and practical conference "Problems and prospects for the development of car building". Abstracts]. Bryansk, BGTU [Bryansk State Technical University] Publ., 2014, pp. 93-95. (In Russian)
13. Golubin A.A. Analiz metodov eksperimental'nogo opredeleniya koeffitsiyenta teploperedachi [Analysis of methods for experimental determination of the heat transfer coefficient]. Voprosy razvitiya zheleznodorozhnogo transporta v usloviyakh rynochnoy ekonomiki. Sb. statey molodykh uchenykh i aspirantov [Questions of the development of railway transport in a market economy. Collection of articles by young scientists and graduate students]. Ed. by Yu. M. Cherkashina, G. V. Gorod. Moscow, Gog-richiani Publ., 2007, pp. 99-107. (In Russian)
14. RD 24.050.15-89. Metodika opredeleniyasredne-go koeffitsiyenta teploperedachi ograzhdayushchikh kon-struktsiy kuzovovpassazhirskikh vagonov [Methodology for determining the average heat transfer coefficient of the enclosing structures of passenger car bodies]. Utv. Mi-nisterstvom tyazhelogo, energeticheskogo i transportnogo mashinostroyeniya SSSR 24 iyulya 1989 g. [Approved Ministry of Heavy, Energy and Transport Engineering of the USSR]. Moscow, 1989, 20 p. (In Russian)
15. Naumenko S. N., Teimurazov N. S. & Golubin A. D. Tochnost' opredeleniya koeffitsiyenta teploperedachi [Accuracy of determination of the heat transfer coefficient]. Zheleznodorozhniy transport na sovremennom etape: za-dachi iputi ikh resheniya. Sb. trudov [Railway transport at the present stage: tasks and solutions. Collection of articles]. Ed. by A. E. Semechkina. Moscow, Intext Publ., 2008, pp. 76-78. (In Russian)
16. Naumenko S. N., Teimurazov N. S. & Golubin A. A. Otsenka tochnosti opredeleniya v depovskikh usloviyakh koeffitsiyenta teploperedachi kuzova izo-termicheskogo vagona [Evaluation of the accuracy of determining the heat transfer coefficient of the body of an isothermal car under depot conditions]. Energosbe-rezheniye i zashchita okruzhayushchey sredy na teploener-
geticheskikh ob'yektakh zheleznodorozhnogo transporta, promyshlennosti i zhilishchno-kommunal'nogo khozyay-stva [Energy saving and environmental protection at heat and power facilities of railway transport, industry and housing and communal services]. Sb. dokl. uchastnikov Ob'yedinen. Nauch. sessii RAN [United scientific session of the Russian Academy of Sciences. Collection of participants' reports]. Moscow, MIIT [Russian University of Transport] Publ., 2008, pp. 189-192. (In Russian)
17. Golubin A. A., Belova N. V. & Naumenko S. N. Vliyaniye pogreshnostey izmereniya pri opredelenii koeffitsiyenta teploperedachi ograzhdayushchikh konstruk-tsiy izotermicheskogo vagona [Influence of measurement errors in determining the heat transfer coefficient of the enclosing structures of an isothermal car]. Vestnik VNI-IZHT [Bulletin of the Scientific Research Institute of Railway Transport], 2019, vol. 78, no. 2, pp. 100-104. http://doi.org:10.21780/2223-9731-2019-78-2-100-104 (In Russian)
18. Sokolov M. M., Varava V. I. & Levit G. M. Izmereniya i kontrol'pri remonte i ekspluatatsii vagonov [Measurement and control during the repair and operation of cars]. Moscow, Transport Publ., 1991, 158 p. (In Russian)
19. Churkov N. A. Kholodil'nyye perevozki i soder-zhaniye izotermicheskogopodvizhnogo sostava [Refrigerated hauling and maintenance of refrigerated rolling stock]. Moscow, Zheldorizdat Publ., 2006, 311 p. (In Russian)
20. Anisimov P. S. Ispytaniya vagonov [Testing of cars]. Moscow, Marshrut Publ., 2004, 197 p. (In Russian)
Received: July 10, 2020 Accepted: August 10, 2020
Author's information:
Yuriy P. BORONENKO - D. Sci. in Engineering,
Professor; boron49@yandex.ru
Bahrom A. ABDULLAEV - Graduate Student;
baxrom86@yandex.ru
