CC BY
67
УДК 629.45.048
Ю. И. Матяш, О. С. Томилова
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ ВОДЫ В ПАССАЖИРСКИХ ПОЕЗДАХ ДАЛЬНЕГО СЛЕДОВАНИЯ
В статье рассмотрена проблема очистки воды в пассажирских вагонах дальнего следования, пути решения по обеззараживанию воды, предложены устройства для обработки воды ультрафиолетовым излучением.
Молекулы воды содержат две равные друг другу полярные связи О-Н, которые образуют
о
между собой валентный угол 105 3'. Вследствие этого у молекулы воды есть значительный дипольный момент. Именно благодаря наличию химической (О-Н) и водородной связи вода является, с одной стороны, растворителем многих веществ, а с другой - в ней может обитать
^_____о
множество микроорганизмов. Повышение температуры до +45 С и наличие контакта воды с воздухом окружающей среды способствует интенсивному размножению болезнетворных микроорганизмов, которые способны вызывать различные виды заболеваний, такие как тиф, гепатит и пр. В связи с этим вода, употребляемая человеком, должна подвергаться глубокой очистке и обеззараживанию [1,2].
Особенно актуальна проблема очистки воды в пассажирских поездах в пути дальнего следования. В общем случае в составе воды в заправочных баках пассажирского подвижного состава выявляются такие микроорганизмы, как колиформные бактерии, бактерии рода Pseudomonas (Ps. aeruginosa), Acinetobacter, легионеллы, яйца гельмитов, вирусы и др.
В отечественной практике пассажирские поезда дальнего следования оборудованы самотечной системой холодного и горячего водоснабжения. Объем системы составляет около 1000 л из расчета примерно 20 л на одного человека в сутки с интервалом между заправками и пополнением системы до 12 ч.
Система водоснабжения включает в себя бак для хранения запасов воды, расположенный в верхней части вагона, разводящие трубопроводы, разобщительные и спускные вентили и краны. Заправка бака водой осуществляется через заправочные патрубки, которые подсоединены к наливному шлангу водоразборной колонки на станционных путях. В заправочных колонках, расположенных на станционных путях, питьевая вода, как правило, отвечает санитарным нормам [1, 2], но в процессе заправки и транспортировки вода в пассажирских вагонах может быть подвержена вторичному загрязнению. Причинами вторичного загрязнения являются нарушение правил хранения, эксплуатации наливных шлангов и загрязнение внутренних поверхностей баков, где находятся запасы воды и разводящих трубопроводов. Вторичному загрязнению вода подвержена особенно в летний период года, так как при высокой температуре начинает интенсивно развиваться жизнедеятельность микроорганизмов.
В отечественной и зарубежной практике, применительно к пассажирскому подвижному составу, существуют следующие способы удаления вторичного загрязнения воды: хлорирование, озонирование, обеззараживание с помощью жидкого диоксида углерода, метод ультрафиолетового излучения.
Из анализа зарубежных и отечественных методов очистки воды следует, что метод хлорирования характеризуется рядом недостатков, таких как повторное обмывание, повторный химический анализ воды после хлорирования, повышенные требования к транспортировке и хранению, а также наличие хлорамина, который присутствует в составе хлора и подвергает коррозии всю систему водоснабжения пассажирского вагона. Кроме того, хлорирование не уничтожает спорообразующие бактерии и не предотвращает образование побочных продуктов, которые приводят к появлению у воды специфических запаха и вкуса.
Наиболее эффективным в настоящее время является метод УФ-излучения, который имеет следующие преимущества:
Подвижной состав железных дорог
1) ультрафиолетовое облучение эффективно воздействует на большинство водных бактерий, вирусов, спор, которые являются возбудителями таких инфекционных болезней, как тиф, холера, дизентерия, вирусный гепатит, полиомиелит и др. Применение ультрафиолета позволяет добиться более эффективного обеззараживания в отношении вирусов;
2) обеззараживание ультрафиолетом происходит за счет фотохимических реакций внутри микроорганизмов, поэтому на эффективность изменения характеристик воды оно оказывает намного меньшее влияние, чем обеззараживание химическими реагентами. В частности, на воздействие ультрафиолетового излучения на микроорганизмы не влияют рН и температура воды;
3) при правильной обработке ультрафиолетовым излучением в воде не обнаруживаются токсичные и мутагенные соединения, оказывающие негативное влияние на биоценоз водоемов;
4) в отличие от окислительных технологий в случае передозировки отсутствуют отрицательные эффекты. Это позволяет значительно упростить контроль за процессом обеззараживания и не проводить анализы на определение содержания в воде остаточной концентрации дезинфектанта;
5) достижения последних лет в светотехнике и электротехнике позволяют обеспечить высокую степень надежности УФ-комплексов. Современные УФ-лампы и пускорегулирую-щая аппаратура к ним выпускаются серийно, имеют высокий эксплуатационный ресурс;
6) для обеззараживания ультрафиолетовым излучением характерны более низкие, чем при хлорировании и тем более при озонировании, эксплуатационные расходы; отсутствует потребность в дорогостоящих реагентах (жидком хлоре, гипохлорите натрия или кальция), нет необходимости в реагентах для дехлорирования;
7) отсутствует необходимость создания складов токсичных хлорсодержащих реагентов, требующих соблюдения специальных мер технической и экологической безопасности, что повышает надежность систем водоснабжения и канализации в целом;
8) ультрафиолетовое оборудование компактно, требует минимальных площадей, его внедрение возможно в действующие технологические процессы очистных сооружений без их остановки, с минимальными объемами строительно-монтажных работ [3].
Обеззараживание воды осуществляется с помощью УФ-стерилизатора, который служит для обеззараживания воды от бактерий, грибов, вирусов и простейших микроорганизмов, многие из которых являются патогенными и представляют прямую угрозу для здоровья и жизни водных обитателей и оказывают неблагоприятное воздействие на состояние питьевой воды.
Основным элементом УФ-установки (рисунок 1) является камера обеззараживания, изготовленная из пищевой нержавеющей стали. Внутри камеры располагаются бактерицидные лампы, заключенные в прочные кварцевые чехлы, которые исключают контакт УФ-лампы с водой. Количество ламп и их расположение определяются производительностью установки, а также типом и качеством обрабатываемой воды. На камере находятся подводящие и отводящие патрубки, смотровое окно, УФ-датчик и другие элементы. Система автоматики располагается на выносном пульте управления.
Принцип действия УФ-стерилизатора следующий: вода под давлением, создаваемым заправочным шлангом, проходит через стерилизатор, где происходит процесс обеззаражи-
Рисунок 1 - Принципиальная схема УФ-установки: 1 - пульт управления; 2 - пуско-регулируемая аппаратура; 3 - кварцевый чехол; 4 - УФ-лампа; 5 - УФ-датчик; 6 - стальной корпус; 7 - патрубки
24 ИЗВЕСТИЯ Транссиба^ ^
вания, после этого вода с комочками коагулированных микроорганизмов подается в проточный фильтр, где происходит процесс механической очистки воды.
Для более эффективного обеззараживания питьевой воды [4] предложена система обеззараживания воды в пассажирском вагоне (рисунок 2), где вода при заправке под давлением проходит через фильтры 5, 4, обеззараживается в УФ-стерилизаторе 3, затем очищается от коагулированных микроорганизмов в фильтре 2 и попадет в бак холодного водоснабжения. Внутренние поверхности бака имеют высокую отражательную способность.
Зная время заправки бака холодного водоснабжения пассажирского вагона, которое составляет 6 -8 мин, а также его вместимость 1000 л, можно определить потребную производительность УФ-сте-
о
рилизатора, необходимую для данного вагона, м /ч:
где ¥б - объем бака пассажирского вагона - 1 ООО л (1,0 м3);
I - время заправки вагона на станции. Минимально допустимое время заправки вагона- 6 мин (0,10 ч).
Б = -^- = 10 м3/ч. 0,10
Исходя из полученных результатов можно выбрать существующий УФ-стерилизатор для обеззараживания воды в пассажирском вагоне согласно данным таблицы в работе [1].
Технические характеристики УФ-стерилизаторов
Тип Производитель- Потребляемая Вес, Габаритные Диаметр
установки ность, мощность, кг размеры, патрубков
3 / м /ч Вт мм
ODV-5 5 80 15 1110x120x220 2"
ODV-7 7 95 18 1350x120x220 2"
ODV-IO 10 180 25 1120x180x280 2"
ODV-15 15 220 32 1350x180x280 2"
Потребляемая мощность необходимого УФ-стерилизатора составляет 180 Вт. С учетом того, что обеззараживание воды осуществляется в режиме стоянки и вагонные энергопотребители запитаны от аккумулятора, мощность в 180 Вт меньше мощности сети освещения лампами накаливания (0,6 кВт). Решение вопросов оптимизации конструкции и энергопотребления УФ-стерилизатора является актуальной задачей.
На рисунке 3 представлено разработанное устройство для обработки воды ультрафиолетовым излучением [5], обеспечивающее высокоэффективную очистку воды от микроорганизмов.
Устройство содержит полую цилиндрическую оболочку 8 с основаниями 16, 4 и соединенные с ней патрубки 12, 7, для подвода исходной и отвода обработанной воды, ультрафиолетовую лампу 5 в кварцевом чехле 6, концентрично установленную в полой цилиндриче-
Рисунок 2 - Система обеззараживания воды в пассажирском вагоне 1 - стерилизатор на основе УФ-излучения; 2 - фильтр для коагулированных микроорганизмов; 3 - УФ-стерилизатор; 4 - угольный фильтр тонкой очистки; 5 - фильтр грубой очистки
ской оболочке 8, питающий блок 1, соединенный электрически силовым проводом 2 с выводами 3, 14 и проводом 13, проходящим по поверхности ультрафиолетовой лампы 5, при этом на основаниях размещены узлы крепления ультрафиолетовой лампы, один из которых выполнен в виде фланца 11с двумя втулками, через который проходит уплотненный питающий силовой провод 2, соединенный с ее выводами 3, а другой выполнен в виде подпружиненных упругих лепестков 15, причем на наружной втулке фланца 11 установлен с возможностью фиксации стакан 10, на котором закреплен узел уплотнения 9 питающего силового провода 2, а во внутреннюю втулку фланца 11 герметично установлен открытый конец кварцевого чехла 6, причем упомянутые выше патрубки расположены по касательной.
1 2 3 4 5 6 7 8
Рисунок 3 - Схема устройства для обработки воды ультрафиолетовым излучением:
1 - питающий блок; 2 - питающий силовой провод; 3 , 14 - выводы; 4, 16 - основания; 5 - ультрафиолетовая лампа; 6 - кварцевой чехол; 7, 12 - патрубки; 8 - цилиндрическая оболочка; 9 - узел уплотнения; 10 - стакан; 11 - фланец; 13 - провод; 15 - подпружиненные упругие лепестки
Работа предложенного устройства происходит следующим образом. Ультрафиолетовая лампа 5 получает электрическую энергию от питающего блока 1 через силовой провод 2, проходящий через узел уплотнения 9 и стакан 10, и внутренний провод 13, соединенный соответственно с выводами 3, 14. Ультрафиолетовая лампа 5 расположена внутри кварцевого чехла 6, который закреплен на основаниях 16, 4 с помощью узлов крепления 15, 11. Вода поступает в устройство стерилизации воды через водоналивной патрубок 12, соединенный с полой цилиндрической оболочкой 8, с основаниями 16, 4, и выходит через патрубок 7. Вследствие смещения патрубка 12 в крайнее положение относительно центра корпуса вода приобретает тангенциальное движение относительно ультрафиолетовой лампы 5, установленной в кварцевом чехле 6, увеличивая путь прохождения воды по кварцевому чехлу 6, время контакта воды с ультрафиолетовым стерилизатором, а следовательно, и качество обработки.
Внедрение устройств существенно повышает качество воды при заправке пассажирских вагонов и исключает возможность вторичного ее загрязнения в процессе движения поездов дальнего следования [4, 5].
26 ИЗВЕСТИЯ Транссиба
Список литературы
1. ГОСТ 51232-98. Вода питьевая. -М.: Изд-во стандартов, 1998. -40 с.
2. СанПиН 2.14.1074-01. Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества. М.: Изд-во стандартов. - 2001. - 45 с.
3. Абрамов, Н. Н. Водоснабжение [Текст] /Н. Н. Абрамов. -М.: Стройиздат, 1974. -480 с.
4. Патент РФ на полезную модель № 90064 МПК С 02 Г 1/00. Обеззараживатель воды / А. Н. Головаш, А. П. Семенов, Ю. И. Матяш, В. К. Кучеренко, С. И. Подоляк, О. С. Мотови-лова. - № 2009133812/22; Заявл. 08.09.2009; Опубл. 27.12.2009 // Открытия. Изобретения. 2009.-№36.-6 с.
5. Патент РФ на полезную модель № 88327, МКИ В 61 Б 35/00. Устройство для обработки воды ультрафиолетовым излучением / Ю. И. Матяш, О. С. Мотовилова. -№ 2009127016/22; Заявл. 14.07.2009; Опубл. 10.11.2009 // Открытия. Изобретения. - 2009. №31.-6с.
УДК 621.436:629.424.1
ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТРОВ ВЫГОРАНИЯ ТОПЛИВА НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ
РАБОЧЕГО ЦИКЛА ДИЗЕЛЯ
Приводятся данные по определению пределов изменения продолжительности сгорания и показателя характера сгорания при моделировании теплового расчета дизельного двигателя методом Вибе. Дан анализ влияния продолжительности сгорания и показателя характера сгорания на параметры процесса сгорания и индикаторные показатели работы дизеля.
Наиболее объективным критерием для оценки рабочего цикла двигателя служит индикаторная диаграмма, по которой можно судить об основных показателях рабочего цикла: работе, КПД, максимальном давлении, быстроте нарастания давления и др.
Сгорание является одним из главных процессов, влияющих на основные показатели рабочего цикла, поэтому важно выяснить, в каком направлении должен быть усовершенствован процесс сгорания, чтобы получить индикаторную диаграмму с наилучшими показателями, т. е. получить оптимальный рабочий цикл.
Для описания процесса сгорания удобно использовать уравнение Вибе [1]:
где х2 - доля топлива, сгорающего к моменту практического конца реакции; - отвлечен-
ное время сгорания; ср - угол поворота коленчатого вала; ср2 - продолжительность сгорания, выраженная в углах поворота коленчатого вала; т - показатель характера сгорания, параметр, отображающий характер изменения во времени относительной плотности эффективных центров в процессе сгорания.
Опытные данные по сгоранию топлива в дизелях, приведенные в работе [1], соответствуют закономерности скорости сгорания топлива. Во всех рассмотренных случаях опытная проверка приведенного выше уравнения показала его несомненную пригодность для описания развития во времени процессов сгорания в дизелях.
Для выяснения влияния на показатели рабочего цикла дизеля продолжительности сгорания ср2 было рассчитано 24 рабочих цикла для шести значений продолжительности сгорания (р2— 20, 40, 60, 80, 100 и 120° при постоянных, близких к расчетным значениям, коэффициенте избытка
Е. И. Сковородников, А. С. Анисимов, Ю. Б. Гришина
