CC BY
14
УДК 621.184.64 нтп и эффект.
Кологривiв Михайло Михайлович, канд. техн. наук, доцент Сагала Тетяна Анатолиевна., канд. техн.. наук, старший викладач
Одеська нацюнальна академiя харчових технологш, м. Одеса, Укра1на. Вул. Канатна,112, , м. Одеса, Украша, 65039
ВИЗНАЧЕННЯ ТЕПЛОВО1 ПОТУЖНОСТ1 ДЛЯ РОЗ1ГР1ВУ ЗМЕРЗЛИХ НАСИПНИХ ВАНТАЖ1В
Розглянута проблема вгдновлення сипучост1 змерзлих насипних вантаж1в в залгзничних тввагонах з метою скорочення часу перевантажувальних робт на виробництвах. Результати досл1джень дозволяють оцтити необх1дну теплову потужтсть системи об1гр1ву твваготв при розморожуванн теку, кам'яного вуг1лля та тших вантажгв. Отриман дат потр1бт для проектування i експлуатацИ систем об1гр1ву твваготв зi змерзлим насипним вантажем.
Ключовi слова: змерзлий тсок, вугтля; тввагон; система обiгрiву; теплова потужтсть; методика розрахунку; окуптсть; рентабельтсть.
Кологривов Михаил Михайлович, канд. техн. наук, доцент
Сагала Татьяна Анатольевна., канд. техн.. наук, старший преподаватель
Одесская национальная академия пищевых технологий, г. Одесса, Украина. Ул. Канатная, 112 , г. Одесса, Украина, 65039
Рассмотрена проблема восстановления сыпучести смерзшихся насыпных грузов в железнодорожных полувагонах с целью сокращения времени перегрузочных работ на производствах. Результаты исследований позволяют оценить необходимую тепловую мощность системы обогрева полувагонов при размораживании песка, каменного угля и других грузов. Полученные данные необходимы для проектирования и эксплуатации систем обогрева полувагонов со смерзшимся насыпным грузом.
Ключевые слова: смерзшийся песок, уголь; полувагон; система обогрева; тепловая мощность; методика расчета; окупаемость; рентабельность.
Kologrivov Mikhail Mikhaylovich, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor
Sagala Tatiana Anatolievna, Candidate of Technical Sciences, Senior Lecturer
Odessa National Academy Food Technologies. Odesa, Ukraine; Kanatna, 112, Odesa, Ukraine, 65039
THE DEFINITION OF HEAT CAPACITY TO HEAT UP FROZEN BULK CARGO
We have considered the problem of restoring the frozen bulk cargo's flowability in railway gondola cars to reduse the time of cargo handling operations in industries. That results allow to estimate the required heating capacity of gondola cars heating system during thawing, sand, coal and other cargo. The obtained data required for the design
and operation of gondola cars heating systems with frozen bulk cargo.
YMOBHI no3HaiieHHH:
С - теплоемтсть;
Б - площа теплообмiну вантажу;
О - витрата газу;
Ь - ширина зони матерiалу;
М - маса води;
N - теплова потужтсть;
Q - кшьюсть теплоти;
д - густина теплового потоку;
Я - термiчний ошр;
t - температура;
V - об'ем;
W - вологовмют;
П - коефщент корисно! ди;
X - теплопровщшсть;
р - щшьшсть;
т - час;
Е - економiчна ефектившсть; К - каштальш витрати; Р - рентабельтсть; Т - термш окупностц 2 - зона протавання вантажу;
3 - мерзла зона вантажу;
Ц - вартють;
1 - тала зона вантажу;
у - об'емний;
в - вода;
ваг - тввагон;
г - газ;
зг - зрщжений газ; кор - корисний; к - котельня;
кс - комбшована система;
л - лщ;
н - насипний;
пг - природний газ;
пс - парова система;
с - система обiгрiву;
ск - скелет (органо-мшеральний)
- початок зони;
- кшець зони
Вступ
Проблема вщновлення сипучосп змерзлих насипних вашашв в залiзничних пiввагонах вирiшуeться з метою скорочення часу перевантажувальних роб^ на виробництвах, куди поставляеться мерзлий вантаж. Попередня обробка вантажу для його переводу в рихлий стан повинна бути ефективною i енергозбер^аючою. Найбiльш часто використовують теплову обробку, рщше механiчну.
Насипнi вантаж в тввагонах (не мають даху) приходять на розвантаження з температурою навколишнього середовища i вмiстами вологи, яю залежать вiд опадiв. На етапах проектування i експлуатацп систем обiгрiву пiввагонiв важливими представляються данi корисно'1 потужностi (без урахування втрат), яю необхiднi для переводу частини або всього вантажу в рихлий стан.
Анал1з лггературних даних
Розрахунок корисно'1 теплово'1 потужностi е неочевидним завданням. В вантаж^ який обiгрiваеться, можна видшити три зони: талого матерiалу з температурою вище нуля; матерiалу з фазовим переходом лiд-вода; мерзлого матерiалу з температурою нижче нуля. Положення меж зон залежить вщ заданого часу (рис. 1) [1]. Для одного i того ж вантажу теплоф1зичш властивосп в кожнш ¡з зон визначаються за р1зними залежностями.
Рис. 1. До розрахунку теплово'1 потужностi системи обiгрiву 1 - зона талого вантажу; 2 - зона протавання; 3 - зона мерзлого вантажу
Найважлившою властивютю при визначенш теплово'1 потужностi для обiгрiву насипного вантажу е його ефективна об'емна теплоемшсть. Для розрахунку ефективно'1 об'емно'1 теплоемностi талого вантажу використовуеться формула (1), мерзлого - формула (2).
Су1 = С1Рн = Сск'Рск + Св•pск•W (1)
Суз = Сзрн = Сск-рск + Сл•pск•W (2)
Як приклад, наведеш данi щодо ефективно'1 об'емно'1 теплоемностi вологого (мокрого) пiску в залежносп вiд його вологостi, ефективно'1' щшьносп, температури [1]. Для наочносп результати представимо в графiчнiй формь
Ефективна об'емна теплоемнiсть пiску в обласп фазових переходiв порово'1 вологи залежить вщ температури. Не вся вода замерзае при температурi нижче 0 °С.
По-перше, частина води адсорбуеться на розвиненш поверхнi гранульованого матерiалу; по-друге, в водi можуть бути розчинеш солi, якi знижують температуру замерзання; по-трете, на замерзання впливае тиск; також можлива наявшсть обмiнних катiонiв.
ЧГ.% рн Ю"3, кг/ы3
Рис. 2. Залежностi ефективно! об'емно! теплоeмностi для талого (1) i мерзлого (2) пiску вiд його вологовмiсту i ефективно! щшьносп
При температурi мiнус 3 °С частка зв'язано! (незамерзаючо!) води орieнтовно становить 0,3 %, що несуттево при проектуваннi систем обiгрiву.
3,0
^ 2=5 и
о
12-°
1,5
1,0
0,5
10
т" >
5/4, / л
/ ^\
/ ! /
1 //
20 30 V, %
2.4 2,0
и
о
2 1 б ----' *
н И
^ 1,2 0,8 0,4
_____
ч ч X
"Г 2____ ---N
1
40
8 12 16 20 24 28 32 ЛУ, %
(а)
(б)
Рис. 3. Значення коефщента теплопровщносп для мерзлого (а) i для талого тску (б) при рiзнiй насипнiй щшьносп, кг/м3: 1 - 1300; 2 - 1400; 3 - 1600; 4 - 1700; 5 -1800
Розрахунки густини теплового потоку i температурного поля у вантаж1 засноват на знанн коефiцiентiв теплопровiдностi в талш та мерзлiй зонах. Чисельн значення цих коефiцiентiв для тску наведет на рис. 3 [1]. Слщ зазначити, що значення коефщенпв теплопровiдностi для мерзлого пiску вищ^ бiльше нiж на 20 %, вщносно значень для талого.
Мета 1 завдання дослщжень
Розглянути спрощений метод розрахунку корисного теплового навантаження, яке необхщне для переводу мерзлого насипного вантажу в талий стан. Привести приклади розрахунюв для окремих вантажiв. Виконати аналiз отриманих результапв. Визначити енерго-економiчнi показники комбшовано! променисто-конвективно! системи обiгрiву пiввагонiв.
Результати дослщжень
Методика розрахунку теплоти, необхщно'1' для переведення частини мерзлого вантажу в талий стан, полягае в наступному: задають об'ем насипного вантажу та його вихщну насипну щшьшсть, температуру i вологовмiст; визначають теплофiзичнi властивост вантажу; виконують розрахунки кiлькостi теплоти за формулами теплового балансу для кожно'1 з трьох зон стану вантажу; результати розрахунюв сумують; виконують розрахунки термiчних опорiв i густини теплових потокiв в зонах 1 i 2; розраховують орiентовний час на^ву вантажу.
Наведемо приклад розрахунку теплоти для переводу мерзлого тску в тввагот в талий стан. Розрахунок виконаемо для ошвкового режиму розморожування, при якому задаеться товщина талого шару вантажу близько стш пiввагона 100 мм. На рис. 1 зображена половина поперечного перерiзу тввагона з вантажем. Згiдно [2] максимально допустима температура стш тввагона в район гальмiвних пристро'1'в нормуеться 55 °С. Для iнших поверхонь тввагона, що нагрiваються в тепляках (спещальних спорудах), допускаеться нагрiв до 90 °С.
Приймаемо вихiдну температуру тску з насипною щiльнiстю 1400 кг/м3 мiнус 10 °С, а його вологовмют 20 %. За рис. 2, аналопчно наведенiй пунктиром схем^ знаходимо ефективнi об'емнi теплоемност мерзлого i талого пiску. Для зони 1 (талий тсок) -Су1 = 2,06 1 06 Дж/(м3°С); для зони 3 (мерзлий пiсок) - Суз = 1,50 106 Дж/(м3°С).
Кшьюсть незамерзаючо'1 води в пiску при температурi мiнус 10 °С становить 0,1 %. При розрахунку кшькосп теплоти, необхщно! для фазового переходу лщ-вода вважаемо, що е 100 % льоду.
Для мерзлого i талого тску знаходимо за допомогою рис. 3 коефщенти теплопровiдностi при заданих вихщних параметрах. Для мерзлого тску Х3 = 1,9 Вт/(м°С); для талого пiску = 1,75 Вт/(м°С).
Кiлькiсть теплоти для зон 1 и 3 визначаемо за формулою:
0, = у Су (V - 11") (3)
Кшькють теплоти, необхщно'1' для фазового переходу, визначаемо за формулою:
02 = Я2-М (4)
При плавленн льоду q2= 333,27 кДж/кг.
Визначимо кшьюсть теплоти, яку необхiдно пщвести до частини вантажу через 1 м2 бiчноi стiнки пiввагона при глибин розморожування 100 мм. Половина ширини кузова в свiтлi стандартного тввагона становить 1455 мм. Згщно з результатами дослщжень [3] ширина зони 2 е змшною вщ глибини протавання тску i для отвкового режиму орiентовно становить 10 мм. Згщно з розрахунками та з урахуванням рис. 1: об'ем талоi зони становить 0,1 м3; маса води (талого льоду) в зонах 1 i 2 - 23,33 кг; об'ем мерзло'1' зони - 1,355 м3.
01 = У1 Су1 (11' - 11")/2 + q2•Мl + У1 Су3 (13' - 13") = 0,12,06 1 06 (55 - 0)/2 +
0,33327 106 23,33 + 0,1 1,50 1 06 (0 + 10) = 14,94 1 06 Дж;
02 = q2•М = 0,33327 106 23,33 = 7,776 1 06 Дж;
03 = У3 Су3 (13' - 13") = 1,355 1,50 106 (0 + 10) = 20,3 106 Дж.
Термiчнi опори вантажу в зонах з урахуванням рис. 1:
Я1 = ЬД1 = 0,1/1,75 =0,0571 м2^°С/Вт;
Я3 = Ь3/^3 = 1,355/1,9 =0,713 м2°С/Вт.
Густина теплового потоку при граничних умовах першого роду:
ql = (11' - 11")/Я1 = (55 - 0)/0,0571 = 963 Вт/ м2;
qз = (13' - 13")/Я3 = (0 + 10)/0,713 = 14 Вт/ м2.
Висновок. Тепловий потш 949 Вт/м2 йде на на^в i протавання вантажу в зонах 1 i 2, а тепловий потш 14 Вт/м2 транзитом проходить через зону 2 в зону 3. Зi збшьшенням товщини зони 1 густина теплового потоку зменшусться в зонi 1. При цьому густина транзитного теплового потоку збшьшуеться за рахунок зниження термiчного опору зони 3.
Час на^ву i протавання пiску в зонах 1 i 2:
Т1 = = 14,94 1 06/963 = 15510 секунд (4 год. 19 хв.).
Умовний час прорву мерзлого вантажу в зош 3 до температури протавання 0 °С:
тз = 03^3 = 20,3 106/14 = 14 5 0000 секунд (402 год. 47 хв.).
Умовна частка мерзлого вантажу в зош 3, який продеться до 0 °С за рахунок транзитного теплового потоку:
Т1/Т3 = 15510/1450000 = 0,0107 або 1,355 0,0107 = 0,0145 м3.
За час протавання тску на глибину 100 мм (15510 сек.) температура мерзлого тску в зош 3 виросте за рахунок теплообмiну з зоною 2 на 0,1 °С та в середин тввагону складе шнус 9,9 °С.
При на^вант мерзлого вантажу одночасно нагрiваеться i металоконструкцiя пiввагона. На прикладi тввагона моделi 12-175 зi сталевим глухим кузовом для перевезення сипучих i навалочних вантаж1в [4] знайдемо кшькють теплоти для його нагрiвання вщ температури мiнус 10 °С до температури плюс 55 °С. Вага тввагона становить 24000 кг. Питома теплоемшсть сталi 0,46 кДж/(кг°С). Вщповщно до балансового рiвняння для на^ву самого пiввагона необхiдно затратити 717,6 • 106 Дж.
0ваг = 0,7176 ГДж.
Вантажопiдйомнiсть пiввагона - 69000 кг, а об'ем кузова 77 м3. При насипнш щшьносп пiску 1400 кг/м3 вiн займе в кузовi 49,3 м3 (64 % об'ему). Внутршнш розмiр кузова в мм 12480 х 2965 х 2544. Площа поверхш теплообмiну вантажу (Б) з металоконструкцiею i повiтрям зверху орiентовно становить 124,3 м .
Корисна теплова потужшсть i кiлькiсть теплоти, якi слщ пiдвести до всього об'ему мерзлого вантажу для його прорву i протавання до глибини 100 мм:
Ккор = • Б = 963 • 124,3 = 120000 Вт;
0кор = ^ Т1 = 120000 1 5510 = 1,8612 1 09 Дж.
Кiлькiсть теплоти, що витрачаеться на нагрiв пiввагона з вантажем:
0 = 0ваг + 0кор = 0,7176 + 1,8612 = 2,5788 ГДж.
При товщиш талого шару 100 мм частка теплоти на на^в вантажу 72 %, а на на^в тввагона 28 %. Чим менше товщина талого шару, тим бшьше частка на на^в пiввагона.
Для визначення теплоти, яка споживаеться системою обiгрiву тввагошв, необхiдно знати втрати теплоти в навколишне середовище. Цi втрати залежать вщ способу розiгрiву пiввагонiв i конструкцп тепляка. В основному застосовують конвективний, радiацiйний або комбiнований обiгрiв. При комбiнованому використовують бiчнiй монотонний обiгрiв i верхнiй гостропiковий. Для обiгрiву одночасно застосовують радiацiйнi i конвективнi пристро'1'. В якостi теплоноая використовують гарячу воду, пар, гаряче пов^я, продукти згоряння. Розглянемо принциповi конструкцп теплякiв.
При опаленнi гарячою водою або парою обiгрiв тввагошв здшснюеться за допомогою екранiв, в яю подаеться гаряча вода або насичена пара с температурой до 130 °С. Екрани складаються з репсов труб, яю розташовують на стшах, стелi тепляка [5]. Пов^я омивае труби, нагрiваеться i подаеться на стшки пiввагонiв.
Недолiком такого методу е велика металоемшсть системи обiгрiву i низькi коефiцiенти тепловiддачi конвекцiею та випромiнюванням вiд екрашв до стiнок пiввагону. Тому така
система опалення використовуеться при наявносп централiзованоi котельш або при наявностi горючих вторинних ресурав, в iншому випадку система економiчно невигiдна.
Наступний метод заснований на використанш пристро'1'в для обдування тввагошв гарячим повiтрям. Конвективна камера для розiгрiвання мерзлих вантажiв у тввагонах складаеться i3 закритого примщення i з системи подачi теплоноая [6].
Система подачi включае повiтрозабiрний i повiтровипускний пристро'1'. Повiтря з примщення через повiтрозабiрний пристрiй засмоктуеться вентилятором, на^ваеться в калориферi i поступае у повiтровипускний пристрiй. Попм подаеться по завихрювачах. Органiзований таким чином потш гарячого повiтря сприяе прискореному розiгрiванню верхней части мерзлого груза. Вщпрацьоване повiтря поступае до повiтрозабiрного пристрою i через нього знову йде в систему подачi теплоноая.
Суттевими недолiками конвективних пов^яних систем розморожування мерзлих насипних матерiалiв з завихрювачами, розташованими над тввагоном з вантажем це вiдсутнiсть ефективного i рiвномiрного нагрiвання стiн i дна пiввагону. Недолiки всiх конвективних систем це наявшсть потужних теплообмшниюв для нагрiву повiтря, високонапiрних пристро'1'в нагнiтання повiтря, а також можливють перевищення рiвня пилу в пов^р^ що може призвести до виходу обладнання з ладу й аваршно'1" ситуацп.
Найсучаснiшим методом обiгрiву мерзлих насипних вашашв в пiввагонах е обiгрiв за допомогою радiацiйних випромiнювачiв, якi встановлюються з бiчних сторш над i, iнколи, пiд тввагоном з вантажем.
В [5] описуеться обiгрiв св^лими високотемпературними випромiнювачами. Це керамiчнi пористi або з окремими отворами панел^ що випромiнюють, на поверхш яких спалюеться паливо i розiгрiвае ix до температури 800 °С - 1000 °С. ККД використання високотемпературних випромiнювачiв для розморожування тввагошв складае менш 30 %. О^м того, обiгрiв деяких матерiалiв (наприклад, вугiлля) не рекомендуеться з точки зору пожежно'1' безпеки.
Для опалення також використовують низькотемпературнi темш випромiнювачi з температурою поверxнi 200 °С - 300 °С [5]. Випромшювачами е гарячi труби, всередиш яких йдуть продукти згоряння. ККД таких випромiнювачiв вище нiж у високотемпературних в 2,0 рази, тому що втрати тепла в навколишне середовище меншь Однак капiтальнi й експлуатацшш витрати при використаннi велико'1' кiлькостi труб-обiгрiвачiв високi.
1снуе декшька розроблених способiв розморожування за допомогою використання радiацiйниx випромiнювачiв [7].
В системi iнфрачервоного опалення тепляка для розiгрiву мерзлих насипних вантажiв в залiзничниx вагонах випромiнювачi розташованi знизу, зверху та з бокових сторш тввагону.
Недолшами даного пристрою е порiвняно велике споживання природного газу, неприпустимють використання свiтлиx випромiнювачiв при розморожуванш вугiлля, неможливiсть нагрiвання вае'1' площi знизу вагона та боковин, порiвняно висока вартiсть.
Якщо прийняти коефiцiент корисно'1' дп при обiгрiвi вантажу 20 %, то для прикладу розморожування одного тввагона з тском необxiдно в системi отримати 9,306 ГДж теплоти з температурою 55 °С. Це вщповщае теплово'1' потужностi системи 600 кВт на один натввагон з пiском. При спалювант природного газу для обiгрiву вантажу з теплотворною здатнiстю 35 МДж/м3 необxiдно забезпечити його витрату 61,7 м3/год.
Орiентованi витрати тепла та природного газу при розморожуванш одного тввагону з кам'яним вугшлям насипною щшьшстю 800 кг/м3 в залежносп вiд товщини талого шару матерiалу для другого прикладу представлеш на рис. 4 при ККД системи опалення 0,2. Для обiгрiву тввагошв з вантажем в тепляках закритого типу нами пропонуеться нова енергозбер^аюча комбшована (конвективно-промениста) система обiгрiву (рис. 5) [8]. Комбшована система включае в себе темний шфрачервоний випромшювач i струменевi конвективнi обiгрiвачi. 1нфрачервоний випромiнювач розмiщуеться над тввагоном (над вщкритою поверхнею вантажу).
Вш створюе температуру на поверxнi вантажу 130 °С, яка не впливае на роботу вузлiв
ходово! частини. Ряд конвективних обiгрiвачiв (струменевих щшинних сопел) розташовуеться уздовж кожно! з бiчних стiнок пiввагона, якi обдуваються газовою сумiшшю (рециркуляцiйне повiтря, яке забираеться з примiщення тепляка i пiдiгрiваeться пiдмiшуванням продуктiв згоряння вщ роботи iнфрачервоного випромiнювача) з фшсованою температурою 60 °С, що виключае неприпустимо високий нагрiв вузлiв ходово! частини. Такий конвективний обдув е енергозбер^аючим. Система вщтавання проектуеться в модульному виконанш для 1 - 20 тввагошв в залежносп вщ потреб пiдприемства.
Опалювальна комбiнована система мае ряд ютотних переваг перед традицшними системами. Наприклад, перед паровими системами запропонована система е енергозбер^аючою, менш металоемною, малоiнерцiйною, що дозволяе зменшити витрати енергоресурсiв на початку i в кiнцi процесу розморожування.
Термiн окупностi (Т) пропоновано! комбшовано! системи обiгрiву залiзничних пiввагонiв з мерзлим насипним матерiалом визначаемо для випадку замщення парово! системи обiгрiву. Нова комбiнована система обiгрiву працюе на зрiдженому газi для опалення тепляка на один тввагон:
Т = К . (5)
Р
Орiентовнi капiтальнi витрати на придбання та монтаж основного обладнання (темних шфрачервоних випромiнювачiв, вентилятора, повiтропроводiв, резервуара для зрщженого пропан-бутану, трубопроводов) нами ощнеш в 700 тис. грн (1$ - 25 грн).
26,9 25.4 23.9 22.4 20.9 19.4 17.9 16.4 14,9
13.4 « "-9
§
| 9.0 ¿3
а: 7.5 6.0 4.5
3.0 1.5
I
Й о
'2
I
£
о §
К
Й
.о
£
ио
Ч §
.ч
|
о и ¡33
V = 50 % = - 20 °С = -15 °С
= -10 °с
V = 40 % =-20°С = -15 "С = -10°С
V = 30 % = -20 °С = -15 °С = -10 "С
V = 20 %
= - 20 °С = -15 "С = -10°С 10% = - 20 °С = -15 °С = -10°С
I 2 3 4 5 6 7 8 9 Товщина талого шару матср!алу, мм
10
Рис. 4. Орiентованi витрати тепла та газу при розморожуванш кам'яного вугшля в залежностi вiд товщини талого шару матерiалу, вологовмiсту (w) та початково! температури (1)
Рiчний прибуток за рахунок економп енергоресурсiв:
Р = {Спг • Цпг - &зг ' Ц зг )'
(6)
Загальна формула розрахунку необхщно! кшькосп газу при розморожуваннi насипних матерiалiв на один пiввагон:
т
к, =-
я
Яг V
(7)
З довщково'Г лiтератури: для природного газу = 33,5 МДж/м ; для зрщженого газу (пропан-бутан) = 45,2 МДж/кг.
ККД ново! комбшовано'Г системи опалювання пiввагонiв складае: Г1кс = 0,9.
ККД застаршо'Г паровоГ системи опалювання тввагошв складае: Лпс =Пк - V = 0,9-0,5 = 0,45.
Як результат порiвняльних економiчних розрахункiв при розморожуванш пiввагонiв з вугiллям i пiском в комбiнованiй i паровiй системах обiгрiву встановлено, що термш окупностi встановлення ново! комбшовано'Г системи обiгрiву тепляка на один тввагон складае максимально два опалювальних перюди.
1нший економiчний показник - економiчна ефективнiсть. Економiчна ефективнiсть - це результатившсть економiчноi системи, що виражаеться у вщношенш корисних кiнцевих результат Г! функцiонування до витрачених ресурав. Загальна економiчна ефективнiсть виражаеться в показниках рентабельности якi розраховуеться за формулою:
Р
Е = —100%. К
(8)
Замша застаршо'Г паровоГ системи опалювання залiзничних тввагошв з мерзлим вантажем новою комбшованою системою (променисто-конвективною), мае невеликий термш окупносп - два опалювальних перюди та висок економiчнi показники -рентабельшсть 42 %. Комбшована система являеться оптимальною.
блок шфрачервоного випромшювача; 4 - темний iнфрачервоний випромшювач; 5 - пiввагон з мерзлим насипним матерiалом; 6 - пов^ропровщ; 7 - сопло конвективного обiгрiву; 8 -
вентилятор
Висновки
Розглянута спрощена шженерна методика визначення необхщно! теплово! потужностi для розморожування мерзлих насипних вантажiв, що перевозяться в тввагонах. Методика не вимагае проведення складних i трудомiстких обчислень. На прикладi розморожування мерзлого пiску показаний неочевидний розрахунок необхщних теплофiзичних властивостей тску в мерзлому, талому сташ та при протаваннi.
Вперше показано, що зi збiльшенням товщини талого шару густина теплового потоку вщ стшки пiввагона до вантажу зменшуеться через зростання термiчного опору в талш зонi. При цьому густина теплового потоку в мерзлш зон збiльшуеться за рахунок зменшення !! термiчного опору. Чим бiльше час розморожування, тим вище пiднiмаеться температура в ^rnpi мерзло! зони.
Коефщент корисно! дп системи обiгрiву в традицшному розумiннi залежить вiд часу обiгрiву пiввагона або товщини талого шару. Чим бшьше час обiгрiву, тим вище ККД при пшвковому режимi розморожування вантажу.
Проведено огляд вщомих способiв обiгрiву пiввагонiв з мерзлим вантажем, за винятком електричного обiгрiву. На думку авторiв найбшьш енергоресурсозберiгаючим е комбiнований променисто-конвективний споаб обiгрiву.
Визначено економiчнi показники вщ використання комбшовано! системи при порiвняннi з традицiйною паровою системою обiгрiву. Термiн окупностi не перевищуе двох роив, а рентабельшсть становить бшьше 80 %.
Список використаноТ л^ератури:
1. Иванов Н. С. Теплофизические свойства насыпных грузов [Текст]/ Н. С. Иванов, А. В. Степанов, П. И. Филиппов. - Новосибирск Наука, Сибирское отд., 1974. - 96 с.
2. ГОСТ 22235-76. Вагоны грузовые магистральных железных дорог колеи 1520 мм. Общие требования по обеспечению сохранности при производстве погрузочно-разгрузочных и маневренных работ [Текст]. - М.: Изд-во стандартов, 1991. - 25 с.
3. Сагала Т. А. Влияние температуры стенки полувагона и наличия зоны протаивания в материале на процесс размораживания сыпучего груза [Текст] / Т. А. Сагала, М. М. Кологривов // Физика аэродисперсных систем: Межведомственный научный сборник. - Одесса: Изд-во ОНУ им. Мечникова И.И., 2011. - Выпуск 48.
- С. 28 - 36.
4. Грузовые ЖД вагоны. Альбом-справочник. Часть 2 - Полувагоны. Колея 1520 мм /AGONTA Ltd -International Freight Forwarder and logistics/www.agonta.com. - 119 с.
5. Богомолов, А. И. Газовые горелки инфракрасного излучения и их применение [Текст] / А. И. Богомолов, Д. Я. Вигдорчик, М. А. Маевский. - М.: Стройиздат, 1967. - 254 с.
6. Пат. 13916 Укра!на МПК5 В 65 G 69/20. Камера для розiгрiву змерзлих вантажiв в вагонах [Текст] / В.П. Коваль; Дншропетровський завод «Темп». № 95020729; заявл.17.02.1995; опубл. 25.04.1997; Бюл. № 2, 1997.
7. Пат. 9476 Укра!на МПК7 В 65 G 67/24, В 65 G 69/20. Пристрш для розiгрiву вантажiв, що змерзлися, в залiзничних тввагонах [Текст] / В.М. Антончик, О.М. Гуртовий, Д.В. Яшин, В.1. Гармаш; ТОВ «Енерготехнологи». № 200507180; заявл.19.07.2005; опубл. 15.09.2005; Бюл. № 9, 2005.
8. Сагала Т. А. Эффективность конвективного обогрева железнодорожных полувагонов с мерзлым грузом [Текст] / Т. А. Сагала, М. М. Кологривов // Холодильна техшка i технолопя: науково-техшчний журнал.
- 2009. - № 3 (119). - С. 56-61.
Referenses
1. Ivanov N. S., Stepanov, A. V., Filippov P. I. (1974). Thermophysical properties of bulk cargoes["Teplofizicheskie svoystva nasyipnyih gruzov"], Novosibirsk, Nauka, Siberian Department, 96 p.
2. GOST 22235-76 (1991). Freight trunk of Railways of 1520 mm gauge. General requirements to ensuring safety during loading and unloading and maneuvering works ["Vagonyi gruzovyie magistralnyih zheleznyih dorog kolei 1520 mm. Obschie trebovaniya po obespecheniyu sohrannosti pri proizvodstve pogruzochno-razgruzochnyih i manevrennyih rabot"], Moscow, Standards Publishing, 25 p.
3. Sagala T. A., Kologrivov M. M. (2011). The influence of the wall temperature of the gondola and the presence of the zone of thawing in the material on the process of unfreezing cargo["Vliyanie temperaturyi stenki poluvagona i nalichiya zonyi protaivaniya v materiale na protsess razmorazhivaniya syipuchego gruza"], Physics aerodisperse systems: Interdepartmental scientific collection, Odessa: ONU Publishing, Issue 48, P. 28-36.
4. Freight railway wagons. Album-guide. Part 2 - Gondolas. The gauge is 1520 mm [Gruzovyie ZhD vagonyi. Albom-spravochnik. Chast 2 - Poluvagonyi. Koleya 1520 mm], AGONTA Ltd, International Freight Forwarder and logistics, 119 p., available at: www.agonta.com
5. Bogomolov A. I., Vigdorchik D. Ya., Maevskiy M. A. (1967). Gas burner infrared radiation and their application ["Gazovyie gorelki infrakrasnogo izlucheniya i ih primenenie"], Moscow, Stroyizdat, 254 p.
6. Pat. 13916 Ukraine MPK5 V 65 G 69/20. The camera to warm up the frozen cargo in wagons ["Kamera dlya rozIgrlvu zmerzlih vantazhlv v vagonah"] , V.P. Koval; DnIpropetrovskiy zavod «Temp». # 95020729, publ. 25.04.1997; Bull. No 2, 1997.
7. Pat. 9476 Ukraine MPK7 V 65 G 67/24, V 65 G 69/20. Device for cargo's heating , matted, in railroad gondola cars ["Pristrly dlya rozIgrlvu vantazhlv, scho zmerzlisya, v zallznichnih pIvvagonah"], V. M. Antonchik, O. M. Gurtoviy, D. V. Yashin, V. I. Garmash, «Energy technology». # 200507180, publ. 15.09.2005, Bull. No 9, 2005.
8. Sagala T. A,. Kologrivov M. M. (2009). The efficiency of convection heating railway wagons with frozen cargo ["Effektivnost konvektivnogo obogreva zheleznodorozhnyih poluvagonov s merzlyim gruzom"], Refrigeration Engineering and Technology Journal, Issue 3 (119), P. 56-61.
Поступила в редакцию 20.01 2016 г.
