CC BY
58
УДК 629.45 Матяш Юрий Иванович,
д. т. н., профессор кафедры «Вагоны и вагонное хозяйство», Омский государственный университет путей сообщения,
тел. +7 (9609)901-389, e-mail: vvh@omgups.ru Кирпиченко Евгений Михайлович,
преподаватель кафедры «Вагоны и вагонное хозяйство», Омский государственный университет путей сообщения,
тел. +7 (9069)185-617, e-mail: vvh@omgups.ru Петракова Анна Геннадьевна,
к. т. н., доцент кафедры «Вагоны и вагонное хозяйство», Омский государственный университет путей сообщения,
тел. +7 (9136) 653-101, e-mail:petra-anna@yandex.ru Коптина Ирина Сергеевна,
руководитель производственной практики, Омский государственный университет путей сообщения,
тел. +7 (9835) 251-531, e-mail: koptinais@mail.ru Ермоленко Игорь Юрьевич,
аспирант, кафедра «Вагоны и вагонное хозяйство», Иркутский государственный университет путей сообщения,
тел. +7 (9642) 218-082, e-mail: ermolenko_iy@irgups.ru
ПОДГОТОВКА СЖАТОГО ВОЗДУХА ТОРМОЗНЫХ СИСТЕМ ГРУЗОВЫХ ВАГОНОВ С УЧЕТОМ ИХ ЭКСПЛУАТАЦИИ В УСЛОВИЯХ РЕЛЬЕФНОЙ МЕСТНОСТИ
Yu. I. Matyash, E. M. Kirpichenko, A. G. Petrakova, I. S. Koptina, I. Yu. Ermolenko
PREPARATION OF COMPRESSED AIR BRAKING SYSTEMS FOR FREIGHT WAGONS IN ACCORDANCE WITH THEIR OPERATION IN THE CONDITIONS OF RELIEF AREAS
Аннотация. Одним из основных факторов, обеспечивающих надежность подвижного состава и безопасность движения на железнодорожном транспорте, является безотказная работа его пневматического оборудования и тормозов. Во многом она зависит от качества подготовки на наземных станциях и компрессорах локомотива сжатого воздуха. Низкое качество сжатого воздуха за счет большого влагосодержания и присутствия масляной эмульсии от кривошипно-шатунного механизма компрессора является одной из причин отрицательных последствий в переходный период (осень-зима, зима-весна), приводит к замерзанию и загрязнению дроссельных отверстий воздухораспределителей. В летний период наличие повышенное содержание в сжатом воздухе влаги и аэрозолей масла также резко снижает скорость распространение тормозной волны. Кроме того, в них наблюдается интенсификация коррозионных процессов с образованием ржавчины. Для решения этой проблемы предлагается применить оборудование, предназначенное для снижения перепадов давления в условиях предельной нагрузки.
Ключевые слова: тормозное оборудование, очистка воздуха, безопасность движения, тормозная волна, влагосодер-жание, качество воздуха, масляная эмульсия.
Abstract. One of the main factors ensuring the reliability of rolling stock and traffic safety in railway transport are reliable pneumatics and brakes. This largely depends on the quality of compressed air preparing at land stations and locomotive compressors. Low quality compressed air, due to the large water content and the presence of oil emulsion of the compressor crank mechanism is one of the reasons for the negative consequences of the transition period (autumn-winter, winter-spring) causing freezing and contamination of throttle openings diffusers. In summer, the presence of high moisture content in compressed air and aerosols also drastically reduces the speed distribution of the braking waves and moreover they observed an intensification of corrosion processes with the formation of rust. To resolve this problem, the equipment designed to reduce the pressure drop in the condition is proposed.
Keywords: braking equipment, air purification, traffic safety, braking wave, humidity, air quality, oil emulsion.
Введение
Грузовой подвижной состав традиционно включает магистральный локомотив (тепловоз или электровоз) и набор грузовых вагонов. Для обеспечения безопасности движении поезда в зависимости от плана и профиля пути машинист, руководствуясь показаниями систем СЦБ, должен обеспечивать оптимальную скорость, используя различные режимы торможения. В настоящее время грузовые поезда снабжены пневматическими тормозами, а источником сжатого воздуха является воздушный компрессор, устанавливаемый на локомотиве.
В качестве примера на рис. 1 приведена схема тормозной системы грузового вагона.
Тормозное оборудование грузовых вагонов состоит из тормозной магистрали диаметром 1/4", сообщающейся через тройник и разобщительный
кран, подводящей трубы, диаметром 3/4" с двухкамерным резервуаром воздухораспределителя и обеспечивает накопление и пропуск сжатого воздуха, подаваемого от локомотива, а также восприятие, реализацию и передачу сигналов управления процессами торможения и отпуска, поступающих по тормозной магистрали.
Известно, что в настоящее время техническое обслуживание грузовых поездов на ПТО, а также погрузка-разгрузка сыпучих грузов, в том числе и тяжеловесных составов (более 10000 тонн), на углепогрузочных станциях проводится с помощью традиционной системы подготовки сжатого воздуха и при рассоединённых тормозных рукавах. Это может приводить к нарушению работоспособности тормозного оборудования, если на рукавах отсутствуют заглушки, предназначенные для ограничения попадания пыли и грязи [1].
Транспорт
Рис. 1. Принципиальная схема тормозной системы грузового вагона: 1 - тормозная магистраль, 2 - тройник, 3 - разобщительный кран, 4 - подводящая труба, 5 - двухкамерный резервуар, 6 - труба, 7 - запасный резервуар, 8 - тормозной цилиндр, 9 - главная часть воздухораспределителя, 10 - магистральная часть, 12 - концевой кран
Рис. 2. Схема системы осушки фирмы ЕпиЫг: 1 - компрессор, 2 - оконечный охладитель, 3 - сепаратор конденсата, 4 - предварительный фильтр, 5 - обводной узел, 6 - осушитель, 7 - ресивер, 8 - промежуточный фильтр, 9 - конечный фильтр, 10 - устройство для слива конденсата
Постановка задачи. Общие положения
В летний период года повышенное содержание в сжатом воздухе влаги и аэрозолей масла способствует возникновению двухфазного течения в тормозных магистралях железнодорожного подвижного состава (смесь потока сжатого воздуха с водомасляной эмульсией), что резко снижает скорость распространение тормозной волны. Кроме этого, в них наблюдается интенсификация коррозионных процессов с образованием ржавчины. Полученные частицы ржавчины попадают в каналы оборудования и тем самым существенно уменьшают пропускную способность проходных каналов воздухораспределителя, диаметры которых изменяются в пределах от 0,65 мм до 09 мм [2].
Таким образом, существующие технологии подготовки грузового подвижного состава в рейс, в том числе и тяжеловесных составов, включая получение сжатого воздуха и погрузку-разгрузку сыпучих грузов при рассоединённых тормозных рукавах тормозной магистрали вагона, приводит к возникновению различных аварийных ситуаций.
Это объясняется тем, что поток сжатого воздуха, поступающего в воздухопровод сортировоч-
ных и углепогрузочных станций, имеет повышенное равновесное влагосодержание, и вследствие понижения его температуры происходит конденсация паров воды. Кроме того, в составе сжатого воздуха, подающегося потребителям, присутствуют аэрозоли масла.
Отрицательное действие влажного воздуха в АКП заключается в порче оборудования или отдельных его элементов.
Для решения этих проблем компания Friulair разработала оборудование ACT (Aluminium Cooling Technologies), что позволило обеспечить:
а) снижение перепада давления в условиях предельной нагрузки;
б) постоянное значение точки росы при изменении нагрузки осушителя.
Серия АСТ была спроектирована таким образом, чтобы максимально снизить нанесение вреда окружающей среде за счет использования экологически чистого хладагента и подбора конструктивных материалов, пригодных для вторичной переработки. На рис. 2 представлена схема установки, по типу которой можно выполнить систему подготовки сжатого воздуха для АКП.
Рис. 3. Принципиальная схема предлагаемой установки очистки сжатого воздуха для подготовки грузового подвижного состава на сортировочных и углепогрузочных станциях
Данный тип установки применяется, когда потребление воздуха очень неравномерно, и при кратковременной подаче воздуха в объемах, превышающих производительность компрессора. Воздухосборник (ресивер) должен быть такого объема, чтобы обеспечить кратковременную подачу больших объемов воздуха.
Исследуя особенности изменения теплофи-зических процессов сжатого воздуха при его перемещении по тормозным коммуникациям железнодорожного подвижного состава [3], авторы настоящей работы предложили способ и устройство для очистки сжатого воздуха для нужд железнодорожного транспорта, которые в значительной степени улучшат работоспособность тормозных систем грузового подвижного состава.
Принципиальная схема предлагаемой установки очистки сжатого воздуха для подготовки грузового подвижного состава на сортировочных и углепогрузочных станциях показана на рис. 3.
Она включает в себя следующие элементы:
- винтовой компрессор I типа ДЭН-30Ш, отрегулированный на избыточное давление РИзб = 13 кгс/см2;
- турбодетандер II конструктивно размещен в одном блоке с сепаратором циклонного типа III;
- регенеративный теплообменник IV, обеспечивающий с одной стороны охлаждение потока сжатого воздуха (Р1 = 13 кгс/см2) на выходе из винтового компрессора и с другой стороны его подогрев перед входом в воздухосборники V;
- устройство контроля тормозов поезда (УКТП) VI.
Система очистки сжатого воздуха
Порядок работы предлагаемой системы очистки сжатого воздуха рассмотрим для переходного периода года (температура воздуха окру-
жающей среды составляет Т\ плюс +10 °С, его равновесное влагосодержание - d\ = 6,5 г воды / кг воздуха) [4]. При работе винтового компрессора воздух окружающей среды с вышеуказанными параметрами сжимается до Р2 = \3 кгс/см2, при этом (согласно паспортным данным компрессорной установки типа ДЭН-30) температура сжатого воздуха увеличивается примерно на 15 °С и становится равной Т2 = +25 °С. Следует отметить, что равновесное влагосодержание потока сжатого воздуха на выходе из винтовой компрессорной установки (d2) остается на прежнем уровне (d2 = d\ = 6,5 г воды/кг воздуха).
Далее поток сжатого воздуха в результате теплообмена в регенеративном теплообменнике IV охлаждается и направляется в турбодетандер II, где в результате адиабатного расширения с Р\ = \3 кгс/см2 до Р2 = 8 кгс/см2 происходит понижение температуры примерно на 30 °С [5], и после этого направляется в сепаратор циклонного типа III, где происходит 99 % удаление водомасляной эмульсии. При указанных параметрах (давление Р2 = 8 кгс/см2; температура Т4 = -\0 °С) равновесное вла-госодержание потока сжатого воздуха снизится с d\ = 6,5 до d4 = 0,3 г воды/кг воздуха. Видно, что равновесное влагосодержание осушенного потока снизится примерно в 20 раз.
В теплообменнике IV в результате регенеративного теплообмена нагретого в компрессоре воздуха и охлажденного в турбодетандере происходит подогрев потока сжатого воздуха перед входом его в воздухосборники V при сохранении равновесного влагосодержания d4 = d5 = 0,3 г воды/кг воздуха, в то время как равновесное влаго-содержание потока воздуха в воздухосборниках составляет d5 = 0,95 г воды/кг воздуха (Р2 = 8 кгс/см2; температура Т5 = + \0 °С).
Таким образом, воздух, поступающий в воздухосборники V, переосушен по отношению к равновесному влагосодержанию воздуха, находящегося в воздухосборниках, что исключает выпадения в них конденсата.
Из воздухосборников очищенный поток сжатого воздуха направляется в устройство контроля тормозов поезда разработки предприятия «ТОРМО» VI, в котором при практически неизменной температуре (Т4 = +10 °С) происходит снижение давления с Р2 = 8 кгс/см2 до Рз = 6 кгс/см2.
В результате равновесное влагосодержание потока сжатого воздуха на входе в тормозную систему грузового подвижного состава увеличится до d6 = 1,2 г воды/кг воздуха. Таким образом, воздух, поступающий в тормозную систему грузового подвижного состава ^4 = dъ = d6 = 0,3 г. воды/кг воздуха) в значительной степени переосушен по отношению к равновесному влагосодержанию воздуха, находящегося в тормозной системе грузового подвижного состава ^6 = 1,2 г воды/кг воздуха), что исключает выпадения в ней конденсата.
Столь существенное снижение равновесного влагосодержания в тормозной системе грузового подвижного состава позволит избежать образования ледяных пробок в переходные периоды года, предотвратить возникновение двухфазного течения и коррозионных процессов в тормозных магистралях железнодорожного подвижного состава.
Выводы
Из анализа работы предлагаемой установки следует, что удаление влаги из потока сжатого воздуха происходит при минимальном значении температуры, которое возникает в результате адиабатного расширения непосредственно перед входом в сепаратор циклонного типа. По мере продвижения потока сжатого воздуха по тормозным коммуникациям локомотива (главные резервуары, кран машиниста и далее по тормозным коммуникациям подвижного состава) значение его температуры будет приближаться к значению температуры воздуха окружающей среды (т. е. будет постоянно возрастать).
Результаты численного моделирования изменения параметров сжатого воздуха при его перемещении по воздушным коммуникациям приведены на рис. 4.
Изменение влагосодержания сжатого воздуха при его движении по воздушным коммуникациям определяли с помощью выражения, полученного авторами [6]:
Я -Я р-°'92
ир(1сопС) _ и0 ' Р ,
где dp(tconct) - равновесное влагосодержание воздуха при текущем значении давления и при заданной температуре (г воды/кг воздуха); do - равновесное влагосодержание воздуха при давлении Р = 1 кг/см2 и при заданной температуре (г воды/кг воздуха); Р - давление сжатого воздуха кгс/см2.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИМ СПИСОК
1. Матяш Ю. И., Давыдов Г.И., Кирпиченко Е.М. Эффективная система осушки сжатого воздуха // Локомотив. 2005 № 8. 48 с.
2. Матяш Ю. И., Кирпиченко Е. М. Анализ методов и устройств для получения сжатого воздуха, используемого в тормозных системах грузового подвижного состава // Инновационные проекты и технологии в образовании, промышленности и на транспорте : материалы науч. конф.
3. Матяш Ю. И., Кирпиченко Е. М., Зубенко В. В. Изменение теплофизических свойств
влажного воздуха при его перемещении по тормозным магистралям локомотива // Транспорт Урала. 2015. № 4 (47). С. 59-62.
4. Вороней Д., Козич Д. Влажный воздух. М. : Энергоатомиздат, 1984. 136 с.
5. Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизиче-ским свойствам газов и жидкостей. М. : Наука, 1972.720 с.
6. Матяш, Ю.И., Кирпиченко Е.М., Клюка В. П. Новый подход к очистке сжатого воздуха для железнодорожного транспорта // Известия Транссиба 2014. № 4 (20). С. 30-34.
УДК 629.015 Марюхненко Виктор Сергеевич,
д. т. н., профессор, кафедра «Автоматика, телемеханика и связь», Иркутский государственный университет путей сообщения, тел. 89149373090, e-mail: viktor.maryuhnenko@yandex.ru Гурулёва Марина Анатольевна, аспирант, кафедра «Автоматика, телемеханика и связь», Иркутский государственный университет путей сообщения, тел. 89141412651, e-mail: Marina_Spiridono@mail.ru
РАДИОЛОКАЦИОННАЯ СИСТЕМА КОНТРОЛЯ ЦЕЛОСТНОСТИ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ПОДВИЖНОГО СОСТАВА С АКТИВНЫМ ОТВЕТОМ
V. S. Maryukhnenko, М. А. Gurulyova
THE ROLLING STOCK INTEGRITY CONTROL RADAR-TRACKING SYSTEM
WITH THE ACTIVE ANSWER
Аннотация. Рассматриваются объективная необходимость и технические предпосылки радиолокационного контроля системы целостности подвижного состава на ходу поезда. Выполнен краткий анализ существующих способов контроля целостности, отмечены недостатки, ограничивающие эффективность их применения. Сделан вывод о необходимости и возможности альтернативного подхода, а именно применения для контроля целостности радиолокационных средств.
Предложена структура автоматической радиолокационной (с активным ответом) системы контроля целостности состава на ходу поезда (АРСКЦ) и геометрия размещения на местности устройств, составляющих АРСКЦ. Выбран критерий целостности и рассмотрено функционирование АРСКЦ. Показано, что алгоритм функционирования АРСКЦ должен включать измерения длительности отраженных радиолокационных импульсов и доплеровские сдвиги несущей частоты в зависимости от длины контролируемого поезда. Отмечено, что для обнаружения и определения параметров отраженных радиоимпульсов целесообразно применять оптимальную обработку сигналов. Установлено, что применение в АРСКЦ активного радиолокационного ответа улучшает характеристики обнаружения и оценки параметра отраженного сигнала, энергетические характеристики системы, а также позволяет ввести информационное резервирование при вычислении критерия целостности. Приведены алгоритмическая граф-схема функционирования АРСКЦ и структура информационного резервирования при контроле целостности.
Ключевые слова: алгоритм, активный ответ, оптимальная обработка, оценка параметра, радар, радиолокация, целостность подвижного состава.
Abstract. Objective need and technical prerequisites of rolling stock integrity radar control on the run system are considered. The conclusion is drawn on need and a possibility of alternative approach, namely for integrity control.
The structure of train of structure of integrity monitoring on the run system automatic radar (with the active answer) using radars (ARSKT) is offered. Of the devices making ARSKT geometry district the placement is offered. The criterion of integrity is chosen and functioning of ARSKT is considered. The algorithm offunctioning ofARSKT includes measurements of duration of the reflected radar impulses and Doppler shifts of the bearing frequency depending on length of the controlled train. It is noted that it is expedient to apply optimum processing of signals for detection and determination ofparameters of the reflected radio impulses. Active radar answer application in ARSKT improves characteristics of detection, an assessment ofparameter of the reflected signal, power characteristics of a system and allows to enter information reservation at integrity criterion calculation. The ARSKT functioning algorithmic flowgraph and structure of information reservation at integrity control are developed.
Keywords: algorithm, active answer, optimum processing, parameter assessment, radar, radar-location, rolling stock integrity.
Введение лезнодорожных перевозок. Рост скорости движе-
Экономическое развитие народного хозяй- ния поезда актуализирует требования к безопасно-ства требует непрерывного роста скоростей же- сти. Одно из направлений поддержания безопас-
