Конспект лекций (в сокращённом варианте)

по дисциплине

«устройство и Основы расчёта внутреннего оборудования грузовых вагонов»

© В.С. Лесничий

Введение

Для обеспечения сохранности в пути следования скоропортящихся грузов (СПГ), требующих определённых температурных режимов, грузовые вагоны и контейнеры должны иметь теплоизоляционные свойства. Такие вагоны и контейнеры называют изотермическим подвижным составом (ИПС).

Изотермические вагоны и контейнеры, которые снабжены холодильно-отопительным оборудованием для надёжного поддержания соответствующих температурных режимов называются рефрижераторным подвижным составом (РПС). Вагоны и контейнеры, не имеющие холодильно-отопительного оборудования, но обеспечивающие постоянство температурного режима скоропортящегося груза в пути следования за счёт хороших теплоизоляционных свойств кузова, называют термосами.

Для обеспечения электроэнергией холодильно-отопительного оборудования РПС должны быть источники бесперебойного питания. В качестве таких источников используют дизель-генераторные установки.

Наличие энергосиловых установок (ЭСУ) на РПС обусловлено автономностью его работы в пути следования.

ЭСУ обеспечивают снабжение электроэнергией холодильно-отопительных агрегатов (основного оборудования) и вспомогательного оборудования.

ЭСУ состоит из двух основных частей:

1. двигателя внутреннего сгорания, работающего на жидком топливе;

2. электрогенератора трехфазного переменного тока.

В настоящее время ИПС эксплуатируется как в компании ОАО “Рефсервис”, так и ряде других компаний, занимающихся перевозкой СПГ.

Рыночные механизмы, а также развитие пищевой промышленности обусловили структурные изменения в парке подвижного состава для перевозки СПГ.

В настоящее время эксплуатируются следующие типы ИПС:

1. 5-вагонная рефрижераторная секция постройки ГДР - ZB-5,

2. Автономный рефрижераторный вагон (АРВ-Э) постройки ГДР,

3. 5-вагонная рефрижераторная секция Брянского машиностроительного завода моделей РС-4, РС-5,

4. вагон-термос постройки ГДР - ТН-201,

5. рефрижераторные контейнеры зарубежного производства.

Кроме того, существуют некоторые типы специализированных изотермических

вагонов для перевозки конкретного вида груза (молока, соков, виноматериалов).

Основные требования, предъявляемые к подвижному составу для перевозки СПГ:

• возможность стабильного поддержания необходимой температуры внутри грузового помещения в различных климатических условиях,

• обеспечение необходимой скорости охлаждения плодов и овощей до температуры транспортировки, а также нормальной вентиляции и циркуляции воздуха,

• хорошие теплоизоляционные свойства кузова,

• автоматизация работы оборудования и систем контроля температуры в РПС,

• высокий уровень надежности оборудования в условиях поездки.

1 Теплотехнические качества кузова изотермического подвижного состава Коэффициент теплопередачи

Основной технической характеристикой для определения теплопередающих свойств кузова ИПС является приведённый коэффициент теплопередачи (К_пр), величина которого не должна превышать значение 0,4 Вт/м²×К.

К факторам, влияющим на коэффициент теплопередачи, относятся:

1. свойства материала теплоизоляции;

2. толщина слоя (ограничение по внутреннему пространству);

3. общая площадь поверхности;

4. механические воздействия;

5. температурно-влажностные колебания.

С учетом этих факторов для обеспечения срока службы вагона с обеспечением требуемых технических характеристик коэффициент теплопередачи необходимо принимать с некоторым запасом.

Для определения К_пр все части кузова необходимо разделить на однородные поверхности (пол, стены, крыша).

Для каждой отдельно взятой поверхности определяется коэффициент К_i:

,

где α_н, α_в – коэффициенты теплоотдачи поверхностей соответственно с наружной и внутренней поверхности. Они определяются по формулам:

α_н = α_кн+α_лн;

α_в = α_кв+α_лв,

где, α_л – теплоодача излучением, α_к – теплоотдача конвекцией;

δ_g – толщина слоя материала;

m – количество слоев (материалов) в ограждении;

λ – коэффициент теплопроводности материала.

Величина коэффициента теплопередачи в конечном итоге влияет на величину теплопритока через ограждение кузова, а от этой величины будет зависеть требуемая мощность холодильно-отопительного оборудования.

Теплотехнические качества крыши, стен, пола и окон вагона, в первую очередь, определяют микроклимат внутри вагона. В силу технологической необходимости конструкция обшивки кузова состоит из нескольких слоев. Основные из них: наружная металлическая обшивка с антикоррозионным покрытием, противошумное покрытие, гидроизоляция, теплоизоляция, внутренняя обшивка.

Теплоизоляционный слой несет основную функцию по защите внутреннего помещения вагона от климатических условий наружной среды.

В настоящее время применяют следующие теплоизоляционные материалы с соответствующим коэффициентом теплопроводности:

- пенополистиролы: ПС-4 λ = 0,032 – 0,041 Вт/м×К;

ПСБ-С λ = 0,038 Вт/м×К;

- пенополиуретаны: ППУ-3Н λ = 0,023 Вт/м×К;

ППУ-3С λ = 0,035 Вт/м×К;

ППУ-304Н λ = 0,035 Вт/м×К;

ППУ-308А λ = 0,035 Вт/м×К.

Наиболее эффективным способом монтажа теплоизоляционного слоя является непосредственное заполнение мест в обшивке путем вспенивания материала. Такой способ позволяет свести до минимума неплотности между отсеками кузова.