Перспективы модернизации системы электронагрева вязких грузов при сливе из железнодорожных цистерн

Киселев Игорь Георгиевич; Галов Владимир Викторович; Комиссаров Сергей Борисо- Вич

CC BY

166

43

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Журнал

Известия Петербургского университета путей сообщения

2016

ВАК

Область наук

Электротехника, электронная техника, информационные технологии

Ключевые слова

Вагон-цистерна / электрические нагреватели / температурное поле. / Cistern car / electrical heaters / temperature fi eld.

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Киселев Игорь Георгиевич, Галов Владимир Викторович, Комиссаров Сергей Борисо- Вич

Цель: Решить проблемы, возникающие при сливе вязких грузов из железнодорожных цистерн с электронагревом. Показать возможность совершенствования подвижного состава данного типа. Методы: При решении задачи теплопроводности для перевозимого груза применен метод конечных элементов. Результаты: Проанализированы конструкция и особенности выгрузки для четырехосной железнодорожной цистерны модели 15-1532, предназначенной для перевозки жидкого каменноугольного пека, и моделей 15-1480 и 15-1482 – для перевозки жидкой серы. Приведена информация об отрицательном влиянии грузов и их паров на организм человека, что говорит о необходимости сокращения времени контакта персонала с грузом. Поставлена задача теплопроводности, приведено её решение для определения поля температур в котле железнодорожной цистерны при электронагреве груза. Проанализирована конструкция вагонов-цистерн. На основании этого анализа рассчитано температурное поле наиболее неблагоприятного конструктивного элемента котла вагона-цистерны при сливе разогреваемого груза. На основании полученных градиентов температур спрогнозировано поведение оболочки котла вагона-цистерны в части появления остаточных деформаций расчетного элемента. Выявлена проблема неравномерного нагрева вязкого груза для существующих цистерн: перегрев нижней части котла при недостаточном нагреве верхних слоев груза. Предложено техническое решение для перераспределения тепловых нагрузок на котел цистерны, позволяющие сократить время слива груза из цистерны и увеличить срок службы подвижного состава. Сделан вывод о необходимости модернизации конструкции вагонов-цистерн для перевозки вязких и загустевающих грузов. Практическая значимость: Полученные результаты могут быть использованы при конструировании новых моделей вагонов-цистерн с электронагревом груза, а также для модернизации систем электронагрева имеющегося парка подвижного состава.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

PERSPECTIVES FOR MODERNISATION OF ELECTRICAL HEATING OF VICSOUS CARGOES FOR UNLOADING CISTERN CARS

Objective: To solve problems appearing when unloading viscous cargo from cistern cars equipped with electrical heating. To demostrate possibility of improving rolling stock of this type. Methods: Finiteelements method is applied to solving heat conductivity problems for the transported cargo. Results: Design and unloading peculiarities were analysed for model 15-1532 four-axle cistern car (designed for transportation of liquid colar-tar asphalt), and for models 15-1480 and 15-1482 (for transportation of liquid sulphur). Information concerning negative infl uence of these cargoes and their fumes on human organism is provided, which means that the time of contact between personnel and cargo should be reduced. Heat conductivity problem is set, its solution for determining the range of temperatures in the cauldron of the cistern car during electrical heating is provided. Design of cistern cars is analysed. On the basis of this analysis, temperature fi eld for the most unfavourable design element of the cauldron of cistern car when unloading heated cargo is established. On the basis of thermal gradients thus obtained, behaviour of the cover of a cistern car’s cauldron is forecast as regards appearance of permanent deformations of the calculated element. The problem of uneven heating of viscous cargo in existing cistern cars was identifi ed, as bottom part of the cauldron is overheated, and upper layers of the cargo are subject to insuffi cient heating. A technical solution for redistribution of thermal strain on cistern’s cauldron is proposed, allowing to cut the time of unloading cargo from cistern and to increase service life of rolling stock. The conclusion of the need for modernisation of cistern cars design for transportation of viscous and thickening cargoes is reached. Practical importance: Results of the study can be applied to designing new models of cistern cars with electrical heating of cargo, as well as for modernisation of electrical heating systems of existing rolling stock.

Текст научной работы на тему «Перспективы модернизации системы электронагрева вязких грузов при сливе из железнодорожных цистерн»

Современные технологии - транспорту

25

УДК 629.463.32

И. Г. Киселев, В. В. Галов, С. Б. Комиссаров

ПЕРСПЕКТИВЫ МОДЕРНИЗАЦИИ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОНАГРЕВА ВЯЗКИХ ГРУЗОВ ПРИ СЛИВЕ ИЗ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ ЦИСТЕРН

Дата поступления: 14.01.2016 Решение о публикации: 17.02.2016

Цель: Решить проблемы, возникающие при сливе вязких грузов из железнодорожных цистерн с электронагревом. Показать возможность совершенствования подвижного состава данного типа. Методы: При решении задачи теплопроводности для перевозимого груза применен метод конечных элементов. Результаты: Проанализированы конструкция и особенности выгрузки для четырехосной железнодорожной цистерны модели 15-1532, предназначенной для перевозки жидкого каменноугольного пека, и моделей 15-1480 и 15-1482 - для перевозки жидкой серы. Приведена информация об отрицательном влиянии грузов и их паров на организм человека, что говорит о необходимости сокращения времени контакта персонала с грузом. Поставлена задача теплопроводности, приведено её решение для определения поля температур в котле железнодорожной цистерны при электронагреве груза. Проанализирована конструкция вагонов-цистерн. На основании этого анализа рассчитано температурное поле наиболее неблагоприятного конструктивного элемента котла вагона-цистерны при сливе разогреваемого груза. На основании полученных градиентов температур спрогнозировано поведение оболочки котла вагона-цистерны в части появления остаточных деформаций расчетного элемента. Выявлена проблема неравномерного нагрева вязкого груза для существующих цистерн: перегрев нижней части котла при недостаточном нагреве верхних слоев груза. Предложено техническое решение для перераспределения тепловых нагрузок на котел цистерны, позволяющие сократить время слива груза из цистерны и увеличить срок службы подвижного состава. Сделан вывод о необходимости модернизации конструкции вагонов-цистерн для перевозки вязких и загустевающих грузов. Практическая значимость: Полученные результаты могут быть использованы при конструировании новых моделей вагонов-цистерн с электронагревом груза, а также для модернизации систем электронагрева имеющегося парка подвижного состава.

Вагон-цистерна, электрические нагреватели, температурное поле.

Igor G. Kiselev, Dr. Sci. (Eng.), professor, kteploteh@pgups.ru; Vladimir V. Galov, Cand. Sci. (Eng.), assistant professor, v_galov@hotmail.com; *Sergey B. Komissarov, post-graduate student, s. b. komissarov@gmail.com (Petersburg State Transport University) PERSPECTIVES FOR MODERNISATION OF ELECTRICAL HEATING OF VICSOUS CARGOES FOR UNLOADING CISTERN CARS

Objective: To solve problems appearing when unloading viscous cargo from cistern cars equipped with electrical heating. To demostrate possibility of improving rolling stock of this type. Methods: Finite-elements method is applied to solving heat conductivity problems for the transported cargo. Results: Design and unloading peculiarities were analysed for model 15-1532 four-axle cistern car (designed for transportation of liquid colar-tar asphalt), and for models 15-1480 and 15-1482 (for transportation of liquid sulphur). Information concerning negative influence of these cargoes and their fumes on human organism is provided, which means that the time of contact between personnel and cargo should be reduced. Heat conductivity problem is set, its solution for determining the range of temperatures in the cauldron of the cistern car during electrical heating is provided. Design of cistern cars is analysed. On the

ISSN 1815-588Х. Известия ПГУПС

2016/1

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.