Научная статья на тему 'Расчет эффективности УФ-стерилизатора модернизированной системы водоснабжения пассажирского вагона'

Расчет эффективности УФ-стерилизатора модернизированной системы водоснабжения пассажирского вагона Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

CC BY
601
48
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ПАССАЖИРСКИЙ ВАГОН / СИСТЕМА ВОДОСНАБЖЕНИЯ / СТЕРИЛИЗАТОР / УЛЬТРАФИОЛЕТ / ДОЗА ОБЛУЧЕНИЯ / ЭФФЕКТИВНОСТЬ ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ / ПЛОТНОСТЬ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ / СРЕДНЕКВАДРАТИЧЕСКОЕ ОТКЛОНЕНИЕ / PASSENGER CARRIAGE / WATER SUPPLY SYSTEM / STERILIZER / ULTRAVIOLET LIGHT / THE RADIATION DOSE / THE EFFICACY OF DISINFECTION / THE PROBABILITY DENSITY FUNCTION / THE STANDARD DEVIATION

Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Томилова Ольга Сергеевна

В статье приведена классификация основных методов обеззараживания воды, возможных к применению на железнодорожном транспорте, рассмотрены недостатки существующей методики определения эффективности УФ-излучения, предложены и определены с помощью приложения Flow Works программы SolidWorks количественные показатели эффективности на основе элементов статистики: среднеквадратическое отклонение и модальная величина дозы облучения для типового и УФ-стерилизатора с концентрично установленными патрубками модернизированной системы водоснабжения пассажирского вагона.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по строительству и архитектуре , автор научной работы — Томилова Ольга Сергеевна

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

EFFICIENCY CALCULATION OF THE ULTRA-VIOLET STERILIZER OF THE CARRIAGE WATER SUPPLY MODERNIZED SYSTEM

In article there is classification of the main methods of water disinfection potential for use in railway transport, disadvantages of existing methods for determining the effectiveness of UV radiation, proposed and defined by using the SolidWorks Flow Works quantitative efficiency indicators based on the elements of statistics such as standard deviation and the modal value of the dose for a typical UV sterilizer and one with a concentrically mounted pipes for carriage water supply modernized system.

Текст научной работы на тему «Расчет эффективности УФ-стерилизатора модернизированной системы водоснабжения пассажирского вагона»

Список литературы

1. Исследование эксплуатационных дефектов фрикционного сопряжения тормозной колодки с колесом вагона [Текст] / Б. М. Асташкевич, С. Г. Иванов и др. // Вестник ВНИИЖТ, 2004. - № 4. - С. 44 - 48.

2. Вуколов, Л. А Сравнительные характеристики тормозных колодок различных поставщиков [Текст] / Л. А Вуколов, В. А. Жаров // Вестник ВНИИЖТ, 2005. - № 2. - С. 16 - 20.

3. Ковалева, И. В. Метод измерения теплопроводности твердых теплоизоляционных материалов на основе интегральной формы уравнения Фурье [Текст]: Автореф. дис ... канд. техн. наук / И. В. Ковалева. М., 2005. - 16 с.

4. Епифанов, Г. И. Физика твердого тела [Текст] / Г. И. Епифанов. - М.: Высшая школа, 1977. - 288 с.

5. Блейкмор, Дж. Физика твердого тела [Текст] / - М.: Мир, 1988. - 608 с.

6. Киттель, Ч. Квантовая теория твердых тел [Текст] / Ч. Киттель. - М.: Наука, 1967. - 492 с.

7. Павлов, П. В. Физика твердого тела [Текст] / П. В. Павлов, А. Ф. Хохлов. - М.: Высшая школа, 2000. - 494 с.

8. Верещагин, И. К. Физика твердого тела [Текст] / И. К. Верещагин, С. М. Кокин, В. А. Ни-китенко. - М.: Высшая школа, 2001. - 237 с.

9. Матвиенко, Ю. Е. Модели и критерии механики разрушений [Текст] / Ю. Е. Матвиенко - М.: Физматлит, 2006. - 328 с.

10. Зуев, В. В. Кристаллоэнергетика как основа оценки свойств твердотельных материалов (включая магнезиальные цементы) [Текст] / В. В. Зуев, Л. Н. Поцелуева, Ю. Д. Еончаров - СПб: Альфапол, 2006. - 139 с.

11. Смольянинов, П. В. Обоснование пути повышения надежности тормозной системы грузовых вагонов [Текст] / П. В. Смольянинов, В. С. Смольянинов, В. А. Четвергов // Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск. - 2012. - №1 (9). - С. 42 - 50.

12. Еалиев, И. И. Безопасность движения грузовых поездов и динамические свойства ходовой части вагона [Текст] / И. И. Еалиев, В. А. Нехаев, В. А. Николаев // Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск. - 2012. - №1 (9). - С. 107 - 112.

13. Шантаренко, С. Е. Технологический аудит как инструмент обеспечения эксплуатационной надежности локомотивов [Текст] / С. Е. Шантаренко, М. Ф. Капустян // Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск. - 2011. - №4 (8). - С. 63 - 68.

14. Молчанов, В. В. Новые технологии и оборудование контроля и диагностирования железнодорожной техники [Текст] / В. В. Молчанов, В. Е. Шахов // Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск. - 2010. - №4 (4). - С. 116 - 120.

УДК 629.45.048

О. С. Томилова

РАСЧЕТ ЭФФЕКТИВНОСТИ УФ-СТЕРИЛИЗАТОРА МОДЕРНИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ ВОДОСНАБЖЕНИЯ ПАССАЖИРСКОГО ВАГОНА

В статье приведена классификация основных методов обеззараживания воды, возможных к применению на железнодорожном транспорте, рассмотрены недостатки существующей методики определения эффективности УФ-излучения, предложены и определены с помощью приложения Flow Works программы SolidWorks количественные показатели эффективности на основе элементов статистики: среднеквадратическое отклонение и модальная величина дозы облучения для типового и УФ-стерилизатора с концентрично установленными патрубками модернизированной системы водоснабжения пассажирского вагона.

В настоящее время питьевая вода является одним из дефицитных ресурсов планеты. В нашей стране эта проблема не столь актуальна. Тем не менее ученые приводят различные

аргументы для привлечения общественного внимания и рационального использования пресных водных ресурсов. Ряд экологов требуют вмешательства в решение названной проблемы на мировом уровне.

Качество подготовки питьевой воды на железнодорожном транспорте влияет на состояние пассажиров в пути следования, в том числе на их безопасность. Существующий способ периодической дезинфекции системы водоснабжения с помощью хлорамина, применяемый на железных дорогах Российской Федерации, имеет ряд недостатков [1, 2], в результате которых система может находиться в неудовлетворительном состоянии и может не отвечать санитарнымтребованиям [3].

Классификация основных способов и методов инактивации (обеззараживания) воды, возможных к применению на железнодорожном транспорте, приведена на рисунке 1.

Рисунок 1 - Классификация основных методов обеззараживания воды, возможных к применению на железнодорожном транспорте

Кроме того, система заправки водой пассажирских вагонов и конструкция самотечной системы холодного водоснабжения подвержены воздействию негативных факторов, способствующих вторичному загрязнению воды [1, 4]. Несмотря на различное конструктивное исполнение принципиальное устройство систем водоснабжения пассажирских вагонов практически одинаково, а их водоналивные системы заправляются от типовых колонок.

Перечисленные выше обстоятельства, особенности и недостатки способов дезинфекции определяют выбор автора статьи в пользу обычного ультрафиолетового (УФ) способа очистки воды, который может быть использован на этапах предварительного (как альтернативного хлорированию, так и совместного) и заключительного обеззараживания питьевой воды [5]. Совместное применение УФ-излучения и хлора повышает санитарную надежность обеззараживания в отношении вирусов.

Источниками УФ-излучения конструктивно могут быть лампы с отражателями или с защитными кварцевыми чехлами. УФ-лампы с отражателями используются в установках с непогруженными источниками излучения. Эти лампы располагаются над свободно текущей водой, т. е. в установках отсутствует непосредственный контакт ламп с водой. УФ-лампы с защитными кварцевыми чехлами применяются в установках с погруженными источниками излучения. Лампы с защитными чехлами располагаются в потоке воды, обтекающей их со всех сторон. Защитные чехлы изготавливаются обычно из кварцевого стекла и предназначены для стабилизации температурного режима ламп. Для обеззараживания питьевой воды чаще применяются установки с погруженными источниками вследствие более высокой эффективности использования УФ-излучения ламп. Оба типа источников присутствуют в предлагаемой автором системе водоснабжения пассажирского вагона [1].

Согласно методическим указаниям [5] контроль за дозой облучения производится путем учета интенсивности бактерицидного излучения в камере обеззараживания, времени пребывания воды в ней и рассчитывается по формуле, мДж/см :

Я = I • г, (1)

где I - минимальная интенсивность бактерицидного излучения, мВт/см ; г - среднее время пребывания воды в камере обеззараживания, с:

г = Б • Ь / 2780>, (2)

где Б - поперечное сечение камеры обеззараживания, см; Ь - длина камеры обеззараживания, см; Q - расход воды, м3/ч;

278 - коэффициент пересчета размерности единиц.

В приведенных формулах (1) и (2) используются приближенные величины, такие как среднее время, и неэкономичные, как минимальная интенсивность, аргументом по использованию которой является отсутствие передозировки. Повышение дозы УФ-излучения не приводит к гигиенически значимым неблагоприятным изменениям свойств воды и образованию побочных продуктов. Доза УФ-облучения должна быть увеличена до значений, обеспечивающих эпидемическую безопасность воды как по бактериям, так и по вирусам [5]. Однако питание УФ-лампы будет осуществляться от аккумуляторов вагона, заряд которых ограничен, как и ресурс УФ-лампы. Рациональное использование мощности УФ-установки обеззараживания воды является ключевой и весьма актуальной задачей [6, 7].

Проблема возникает при детальном рассмотрении траекторий движения элементарных струй. Часть струй пройдет дальше от поверхности лампы, часть - ближе. Очевидно, что в этом случае интенсивность облучения элементарных струй разная. Проникновение УФ-лучей в воду сопровождается их поглощением водой и веществами, находящимися в воде в растворенном или взвешенном состоянии. Согласно закону Бугера - Ламберта - Бера, определяющему ослабление параллельного монохроматического пучка света при распространении его в поглощающей среде, интенсивность облучения, мВт/см2:

I(I) = 1о • г"Ч (3)

2

где 1о - интенсивность исходящего пучка, мВт/см ;

I - толщина слоя вещества, через которое проходит свет, мм;

кх - коэффициент поглощения, цифровое выражение которого указывает долю бактерицидного излучения, поглощенного слоем воды толщиной 10 мм:

кх = 4лк / (4)

где к - безразмерный показатель поглощения, X - длина волны (220 - 280), нм.

Коэффициенты поглощения к природной воды поверхностных источников водоснабжения колеблются в пределах от 0,2 до 0,6; коэффициенты поглощения питьевой воды, полученной из подземных источников водоснабжения, имеют значения 0,05 - 0,2, из поверхностных - 0,15 - 0,3 [5].

Для внутренней полости УФ-лампы интенсивность облучения воды I в зависимости от расстояния I до ее поверхности в пределах 60 мм изображена на рисунке 2 для различных коэффициентов поглощения с начальной степенью ^ = 5 мВт/см .

Вследствие турбулентности струи перемешиваются, следовательно, необходимо отследить весь путь движения элементарной ,-й струи, разделив его на элементарные отрезки по времени г, с получением элементарных доз В(г), определяемых по формуле (1) с учетом (3) и

(4). Таким образом, доза облучения элементарной струи воды за период времени Т будет оп-

2

ределяться формулой, мДж/см :

Т т С 4пк-1, \

= 1(г,) =1

г =0 г.=0

10 •г, •г я

V

(5)

Выбор дозы УФ-облучения определяют характером и качеством воды, поступающей для

2

обеззараживания: не менее 16 мДж/см для воды из подземных источников I класса и питьевых вод; не менее 25 мДж/см для воды из подземных источников II, III класса и поверхностных источников; не менее 30 мДж/см для бытовых и городских сточных вод; не менее

2

40 мДж/см для любого типа вод при неблагоприятной эпидемической ситуации [5].

мВт/см2

^ ki = 0,0 )5

k2 = 0,2

^ кз = 0,6 ----.

10

20

30

40

мм

60

l

Рисунок 2 - Интенсивность облучения воды в зависимости от расстояния до поверхности УФ-лампы

Эффективность работы УФ-установок подтверждается результатами бактериологического анализа проб воды после облучения, однако необходимо оценивать ее на этапе проектирования и иметь количественные критерии оценки для сравнения различных вариантов.

Предлагаемая методика определения эффективности УФ-стерилизаторов основана на элементах статистики. Доза облучения, как физическая величина, подверженная влиянию значительного числа независимых факторов, на что указывалось выше, способных вносить положительные и отрицательные отклонения, может быть с определенной степенью точности описана в соответствии с одним из статистических законов распределения. В качестве критерия эффективности УФ-стерилизатора можно использовать следующие количественные показатели:

среднеквадратическое отклонение (СКО) дозы облучения элементарных струй с(Д): чем меньше СКО, тем эффективнее устройство;

моду (модальное значение), как наивероятнейшую величину, облучения Mo(D): чем выше модальное значение, тем эффективнее устройство.

Плотность распределения дозы облучения элементарных струй воды P(D), составляющих поток и описываемых нормальным (Гауссовым) законом распределения, для двух УФ-стерилизаторов показана на рисунке 3. Величина математического ожидания M(D) в данном случае равна модальной. Очевидно, что стерилизатор с дозой облучения D2 эффективнее.

При определении дозы облучения возникает сложность расчета траекторий движения элементарных струй, выбора и учета их количества, точности расчета, выбора шага итерации и другого классическими способами.

Решение проблемы автору работы видится в применении уже давно распространенного приложения COSMOS Flo Works автоматизированного комплекса SolidWorks [8]. Данная разработка базируется на последних достижениях вычислительной газо- и гидродинамики, которая позволяет рассчитать параметры широкого круга различий течений несжимаемых и сжимаемых сред: двумерные и трехмерные, ламинарные, турбулентные и переходные, стационарные и нестационарные, в том числе двухфазные течения с учетом шероховатости стенок, с теплообменом между текучей средой и твердым телом. В основе математических мо-делей COSMOS FloWorks лежат уравнения Навье - Стокса, описывающие в нестационарной

6

0

постановке законы сохранения массы, импульса и энергии этой среды. Этими уравнениями моделируются турбулентные, ламинарные и переходные течения.

В статье [9] рассмотрен метод моделирования процессов протекания жидкости в УФ-стерилизаторах для установившегося режима при помощи приложения Flow Works программы SolidWorks, позволяющий рассчитать динамические характеристики потока воды (давление, скорость, температуру и др.) в модернизированной системе водоснабжения пассажирского вагона, оснащенной УФ-стерилизатором.

т)

50

30

20

10

°Фп) > ъШ; M2(Di2) > Ыфп)

M1(Dll)

Oi(Dtl)

10

18

M2(Di2)

26

мДж/см2

Dl

.III

42

Рисунок 3 - Плотность распределения облучения элементарных потоков воды

На рисунках 4 - 6 приведены результаты расчета траекторий (x-, y-, z-координаты) 100 элементарных потоков в типовом стерилизаторе с центральными патрубками (а) и модернизированном (б) - с концентричными соответственно. Последний, разработанный в Омском государственном университете путей сообщения, интегрирован в модернизированную систему водоснабжения пассажирского вагона и подробно описан в работе [1], а также защищен патентом на полезную модель [10]. Конструкция модернизированного УФ-стерилизатора устроена таким образом, что каждая проходящая единица объема воды получает одинаковую дозу УФ-облучения, а следовательно, является более энергоемкой и эффективной, что соответствует требованиям указаний [5] по применению в конструкции установок специальных «выравнивающих» устройств.

м 0,02 0,01 0

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

-0,01 -0,02

0,5 1 1,5 t -г

м 0,02 0,01 0

-0,01 Z -0,02 -0,03 -0,04

II

II

0,5 1 1,5 t -►

С 2,5

Рисунок 4 - z-координаты продольного перемещения 100 элементарных потоков в типовом и модернизированном стерилизаторах

0

0,04

Z

-0,04

0

2,5

0

Рисунок 5 - х-координаты поперечного перемещения 100 элементарных потоков в типовом и модернизированном стерилизаторах

У -0,1

¡Шщп

ш Ш Ш

Ф ф

)

1 1,5

г -1

0,3

0,1

У

0

0,5

1,5

2,5

0,5

2,5

Рисунок 6 - у-координаты поперечного перемещения 100 элементарных потоков в типовом и модернизированном стерилизаторах

Зная координаты точек элементарного /-го потока (ху;,), где координаты г, являются продольной составляющей перемещения, х, и у, - поперечной, в момент времени г,, которые сохраняются в файле с расширением «х1б» в виде таблицы, можно рассчитать расстояние ^ до поверхности УФ-лампы (рисунок 7) известного диаметра Л с геометрическим центром оси (хо'уо) при параллельном расположении оси г-координат и оси стерилизатора:

а затем рассчитать интенсивность и дозу облучения соответственно по формуле:

(6)

т

А = 1

г, = 0

10 ••е

я

(7)

У

х

Рисунок 7 - Схема определения расстояния до поверхности УФ-лампы при поперечном сечении

№ 3(11) 2012

На рисунках 8 и 9 приведены графики плотности распределения дозы элементарных струй для типового УФ-стерилизатора и предлагаемого с концентрично установленными патрубками.

Сравнительный анализ результатов расчета эффективности УФ-стерилизаторов позволяет сделать следующие выводы:

1) модальная величина облучения струй у стерилизатора с концентрично установленными патрубками на 33,1 % выше величины типового - 29 мДж/см против 21;

2) среднеквадратическое отклонение (СКО) облучения элементарных струй у типового стерилизатора в 3,7 раза превосходит величину СКО стерилизатора с концентрично установленными патрубками - 56 мДж/см против 15;

3) нижняя граница зоны А облучения потоков на рисунке 8 у типового стерилизатора значительно ниже - 1,47 мДж/см против 20 и не обеспечивает требуемой дозы облучения не менее 16 мДж/см ;

4) в типовом стерилизаторе присутствуют «переоблученные» струи (зона В), получившие намного большую дозу, чем остальные, что является неэкономичным фактором;

5) кроме того, в типовом стерилизаторе присутствуют струи с чрезмерным облучением (зона С), физически многократно проходящие вдоль УФ-лампы и снижающие полезный объем внутреннего пространства, выталкивая или сокращая путь остальных.

Последнее замечание требует особого внимания при высоком напоре воды, например, как в вихревых трубах, в модернизированном стерилизаторе с концентрично установленными патрубками наблюдается обратное течение вдоль УФ-лампы за счет значительного уменьшения радиального перепада давления. Это явление также приводит к сокращению полезного объема УФ-стерилизатора и «недооблучению» внешних слоев воды, что визуально наблюдалось автором статьи при расчете траекторий потоков для сравнительно невысоких скоростей и требует выполнения предварительной аналитической проверки при известном диапазоне рабочего напора воды.

25

Р(Р)

15

10

1,47

Потоки с высокой "вероятностью инфицирования

Мв1(рп)

28,6

55,

а 1:(Ргг): :=; 56:: мДж/см2; >;

Мо,(Р/]) = ' 21 мДж/см2; 7;1ач.ВД = 293.2 : К; Рнач.=: : 3,03 : МПа;: х:;:;:;:;:;:;

и = 18 мм; Н = 500 мм

ПОТОКИ : х^х^х с: «переоблучением»; : (неэкономично): :

.....-'Ш^...........

с ;

ПОТОКИ •хсчрезмерным ; облучением (снижение::хх облучения : других потоков) :

ш.

1

83,10

110,30

мДж/см

164,72

Р,

Рисунок 8 - Плотность распределения дозы элементарных потоков в типовом УФ-стерилизаторе

5

0

Mü2(DlZ)

12

10

15 мДж/см Mo2(Di2) = 29 мДж/см2 THa,.#20 = 293.2 К; ^нач.= 3,03 МПа; d = 18 мм; H = 500 мм

P(D) 6

46,89

Рисунок 9 - Плотность распределения дозы элементарных потоков в УФ-стерилизаторе с концентрично установленными патрубками

Предлагаемая методика аналитической оценки эффективности УФ-стерилизаторов пригодна для устройств, используемых не только на железнодорожном транспорте, но и в других отраслях, где применяются проточные стерилизаторы, а также может быть адаптирована для конструкций с непогруженными источниками УФ-излучения. Универсальность методики является ее несомненным преимуществом. При сравнительных расчетах малые значения модального значения укажут на необходимость увеличения мощности УФ-лампы, СКО дозы облучения - совершенствования конструкции стерилизатора.

Список литературы

1. Матяш, Ю. И. Устройство для обеззараживания воды в пассажирских поездах дальнего следования [Текст] / Ю. И. Матяш, О. С. Томилова // Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск. - 2010. - № 4. - С. 23 - 27.

2. Матяш, Ю. И. Применение ультрафиолетовых стерилизаторов для обеззараживания воды в пассажирских поездах дальнего следования [Текст] / Ю. И. Матяш, О. С. Томилова // Инновации для транспорта / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск, 2010. - Ч. 2. -С. 176 - 180.

3. Санитарно-эпидемиологические правила СП 2.5.1198-03. Санитарные правила по организации пассажирских перевозок на железнодорожном транспорте [Текст]. Федеральный центр Госсанэпиднадзора Минздрава России. - М., - 2003. - С. 63.

4 Матяш, Ю. И. Устройства по предотвращению появления вторичного загрязнения питьевой воды в пассажирских вагонах дальнего следования [Текст] / Ю. И. Матяш, О. С. Томилова // Инновационные проекты и новые технологии в образовании, промышленности и на транспорте / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск, 2010. - С. 115 - 122.

5. Методические указания 2.1.4.719-98. Санитарный надзор за применением ультрафиолетового излучения в технологии подготовки питьевой воды [Текст]. Федеральный центр Госсанэпиднадзора Минздрава России. - М., 1998. - С. 7.

6. Никифоров, М. М. Целевые показатели энергосбережения и повышения энергетиче-

№ 3(11) 2012

8

4

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

2

0

ской эффективности системы тягового электроснабжения и электропотребления на нетяговые нужды / М. М. Никифоров // Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. -Омск. - 2010. - № 3. - С. 110 - 116.

7. Черемисин, В. Т. Основные направления реализации федерального закона № 261-ФЗ от 23.11.09 «Об энергосбережении...» в холдинге «Российские железные дороги» [Текст] / В. Т. Черемисин, М. М. Никифоров // Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск. - 2010. - № 2. - С. 119 - 123.

8. Маслов, Г. П. Аэродинамические показатели токоприемников скоростного электрического подвижного состава [Текст] / Г. П. Маслов, М. А. Дятлова // Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск. - 2010. - № 1. - С. 20 - 25.

9. Матяш, Ю. И. Моделирование процессов протекания жидкости в ультрафиолетовом стерилизаторе модернизированной системы водоснабжения пассажирского вагона [Текст] / Ю. И. Матяш, О. С. Томилова, В. В. Томилов // Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск. - 2011. - № 2. - С. 16 - 21.

10. Пат. РФ на полезную модель № 88327, МКИ В 61 D 35/00. Устройство для обработки воды ультрафиолетовым излучением [Текст] / Ю. И. Матяш, О. С. Мотовилова. -№ 2009127016/22; Заявлено 14.07.2009; Опубл. 10.11.2009 // Открытия. Изобретения. - 2009. -№ 31. - 4 с.

УДК 625.143.3:624.024

В. В. Шилер

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ РЕЛЬСОВ И ГЕОМЕТРИИ ИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ КАТАНИЯ

Представлен анализ состояния геометрических параметров рельсовой колеи и внутренних напряжений металларелъсов. Предложены новые методы их измерения с повышенной точностью. Приведенырезулътаты измерения напряженного состояния рельсов после рельсошлифования. Выявлены серьезные недостатки в технологии шлифовки рельсов и контроля еерезультатов.

Как известно, при равномерном износе рельсы эксплуатируются в течение достаточно длительного времени, неравномерный износ приводит к быстрому выходу рельсов из строя. Согласно статистическим данным поездная нагрузка (по пропуску тоннажа), выдерживаемая рельсом в течение срока его службы до снятия с пути, варьируется от 100 млн до 2,5 млрд т брутто. Причинами такого широкого диапазона (25-кратный) ресурса рельсов, как правило, является неудовлетворительная динамика системы «подвижной состав - пути». Анализ показывает, что максимальные величины динамических добавок давления колеса на рельс, возникающие при движении подвижного состава, на 90 - 99 % создаются за счет волнообразного износа рельсов; за счет групповых неровностей на колесе - 1 - 4 %, от изолированных неровностей на колесе - 0,2 ^ 1,5 % [2]. Волнообразный износ на отдельных участках поражает до 50 % рельсов от общей протяженности рельсовых путей. По своей форме волнообразный износ разделяют на два характерных вида: короткие волны - от 0,03 до 0,08 м, отличающиеся наличием светлых горбов в чередовании с темными впадинами (рифли), и длинные неровности с волнами длиной от 0,2 до 2 м [1].

Целью представленной работы является определение уровня напряженного состояния рельса и поиск путей его снижения.

В ОмГУПСе разработан и изготовлен путеизмерительный комплекс, предназначенный для одновременной и с повышенной точностью регистрации восьми геометрических параметров рельсовой колеи [3]. Результаты измерений, полученные с помощью путеизмерительного комплекса, преобразованы в абсолютные значения координат поверхностей катания

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.