Разработка и исследование энергетических систем для железнодорожных перевозок скоропортящихся грузов

Несоответствие специализированного вагонного парка требованиям современной рыночной ситуации и, связанная с этим, острая потребность в малотоннажных транспортных средствах, способных осуществлять быструю поставку СПГ по технологии «от двери до двери» привели к необходимости рассмотрения вопроса о применении для перевозок СПГ по железным дорогам специализированных контейнеров.

В Федеральной целевой программе «Модернизация транспортной системы России на 2002-2010 годы», перед железнодорожным транспортом поставлена задача - «…охватить контейнерными перевозками традиционные рода грузов и существенно расширить номенклатуру грузов, перевозимых в контейнерах, за счет опасных, скоропортящихся и прочих».

В связи с этим в последние годы отдельные частные компании начали стихийно осваивать способ перевозки СПГ в крупнотоннажных рефрижераторных контейнерах (КРК) грузоподъемностью 24-30 т.

В силу того, что в нашей стране КРК никогда не производились, их приобретают за рубежом, как правило, у морских перевозчиков. Из-за относительно высокой стоимости ($ 18-25 тыс.) контейнеры покупают на вторичном рынке по относительно низким ценам ($ 3-8 тыс.), с предельными или близкими к ним сроками службы. Теплоизоляция и холодильно-отопительные установки таких КРК изношены. Не приспособленные к динамическим нагрузкам, действующим на российских железных дорогах, и к перепаду внешних температур КРК быстро выходят из строя. Тем не менее, после двух-трех поездок контейнеры себя полностью окупают, в связи с чем объемы контейнерных перевозок СПГ за последние годы увеличились. Так, в 2006 году было перевезено 235,6 тыс. т., в том числе во внутреннем сообщении 205,7 тыс. т. СПГ. В 2007 году объем перевозок СПГ составил 280 тыс. т., что на 19% выше уровня 2006 года.

Сегодня отработана только одна технология перевозок КРК - на сцепах из 10-12 фитинговых платформ с включением в состав в качестве энергоисточника для питания ХОУ дизельного вагона от рефрижераторной секции.

Следует отметить, что конструктивное несоответствие зарубежных типов КРК особенностям железнодорожной инфраструктуры ограничивает полигон их обращения. На сети железных дорог имеется около 4000 станций, открытых для работы со скоропортящимися грузами. Они оборудованы складскими помещениями, предусматривающими выполнение погрузочно-разгрузочных работ через боковые двери вагонов, и не приспособлены для работы с контейнерами, имеющими торцевые двери. Для работы с наиболее распространенными в мире 40-футовыми контейнерами на сети железных дорог имеется только 47 контейнерных площадок, из которых лишь единицы приспособлены для использования КРК. Все это приводит к сдерживанию освоения перевозок СПГ контейнерными отправками.

В связи с этим был сделан вывод, что в переходный период становления контейнерной продовольственной системы на сети железных дорог необходимо использовать помимо контейнеров стандартных конструкций и контейнеры с боковыми дверями.

В настоящее время наиболее простой и быстро внедряемой является технология перевозок СПГ в 20-футовых контейнерах-термосах (КТ), которые могут быть применимы для перевозок всех видов СПГ за исключением свежих фруктов и овощей.

Технология перевозок КРК должна базироваться на доставке контейнеров по железной дороге специально оборудованными сцепами, состоящими из электрифицированных фитинговых платформ и энерго-генерирующего вагона в сопровождении бригады механиков, выполняющих техническое обслуживание контейнеров на всем пути следования. Переходный период внедрения способа перевозок СПГ в рефрижераторных контейнерах может также характеризоваться применением в них холодильно-отопительных установок, ранее применявшихся на рефрижераторных вагонах. Это обосновано наличием большого остаточного ресурса ХОУ, имеющейся в стране хорошо развитой ремонтной базы ГРПС и отсутствием у сопровождающих сцепы бригад опыта работы с ХОУ различных иностранных производителей.

Для реализации обозначенных направлений в качестве перспективных технических решений разработаны и защищены соответствующими патентами варианты исполнения контейнеров и систем энергоснабжения: контейнер-термос с подогревом, контейнер-термос с вентилированием, универсальный контейнер-термос и пр., системы энергоснабжения от дизель-генератора, расположенного в межтележечном пространстве, от подвагонного генератора в комбинации с воздушной холодильной установкой и пр. При этом предполагалось, что не все контейнеры должны быть универсальными. Они обязаны быть унифицированы по классам, определяемым в соответствии с требованиями СПС. Два типа контейнеров из разработанного ряда перспективных моделей изготовлены и испытаны: 40-футовый контейнер, оснащенный установкой регулирования газовой среды (РГС), и 20-футовый контейнер-термос повышенной высоты типа ИКТ 26 Н5.

Контейнер с установкой регулирования газовой среды выполнен двухкамерным; одна из камер оборудована установкой РГС, изготовленной в транспортном исполнении.

Установка разделения газов предназначена для получения азотообогащенной газовой смеси заданного состава, используемой для создания и поддержания регулируемой газовой среды в камере грузового помещения рефрижераторного контейнера при перевозке СПГ массой 10-15 т.

Создание регулируемой газовой среды в контейнере позволяет повысить срок хранения и транспортировки СПГ в 2-3 раза, благодаря чему, например, свежую клубнику можно доставлять из южных регионов страны в северные без потери качества.

Принципиальная схема опытного многокамерного контейнера представлена на рис. 6.

Рис. 6 Принципиальная схема двухкамерного контейнера

I , II - грузовые камеры; 1 - испарители; 2 - боковые двери; 3 - установка РГС; 4 - компрессор

Результаты испытаний контейнера с установкой РГС в составе контейнерного сцепа показали его функциональную работоспособность. Вместе с тем, технология перевозки СПГ в условиях реальной эксплуатации в силу ряда обстоятельств отработана не была.

Контейнер-термос типа ИКТ 26 Н5 повышенной высоты выполнен на базе металлоконструкции ООО «Балтконтейнер». Результаты теплотехнических испытаний опытного образца контейнера показали, что величина коэффициента теплопередачи корпуса КТ составила 0,26 Вт/м2 · К. Это позволяет отнести его, согласно требованиям СПС, к изотермическим транспортным средствам с усиленной изоляцией.

При отработке технологии работы с контейнерами на сети железных дорог было установлено, что контейнерные площадки не оборудованы специальными раздаточными устройствами для питания ХОУ контейнеров при их складировании. В связи с этим был разработан и реализован на контейнерной площадке станции Краснодар-Сортировочная типовой проект терминального электроснабжения.

В настоящее время дочернее предприятие ОАО «РЖД» - ОАО «ТрансКонтейнер», базируясь на основных направлениях разработанной концепции, начало изготавливать опытные модели 20-футовых контейнеров-термосов и осуществлять в них перевозки СПГ на железнодорожных маршрутах, где имеются контейнерные площадки. Кроме того, разработана и утверждена корпоративная программа ОАО «РЖД» по терминальному электроснабжению.

В пятой главе представлены результаты натурных испытаний 40-футового экспериментального образца крупнотоннажного рефрижераторного контейнера (КРК), приведены этапы разработки, создания и проведения комплекса стационарных и эксплуатационных испытаний отдельных узлов и систем опытного рефрижераторного контейнерного сцепа в целом.

В соответствии с положениями разработанной концепции изначально на Новороссийском вагоноремонтном заводе (ВРЗ) был изготовлен экспериментальный образец крупнотоннажного рефрижераторного контейнера типа 1АА. За основу взята металлоконструкция сухогрузного контейнера, выполненная на заводе «Абаканвагонмаш». Конструкция отличалась от стандартной наличием двух смещенных относительно друг друга боковых дверей. Впоследствии корпус контейнера был теплоизолирован листами полистирола марки ПСБ-С толщиной 150 мм - согласно действующей в то время на заводе ремонтной технологии по восстановлению изоляции кузовов рефрижераторных вагонов. Контейнер, схематично представленный на рис. 7, оборудован отопительной и холодильно-отопительной установками, расположенными в торцах корпуса. Холодильно-отопительная установка контейнера выполнена на базе узлов от ХОУ типа ФАЛ-056, предназначенной для использования в составе грузового рефрижераторного вагона немецкой постройки. Рабочий хладагент - R12.

Рис. 7. Принципиальная схема воздухораздачи в экспериментальном КРК

1 - отопительная установка; 2 - крыша; 3 - боковые двери; 4 - напольные решетки; 5 - холодильно-отопительная установка

После выполнения комплекса стационарных и пробежных испытаний в Испытательном центре ВНИИЖТ контейнер был направлен для проведения эксплуатационных испытаний на сеть железных дорог.

В качестве источника питания оборудования контейнера использовался установленный вместе с ним в сцепе дизельно-служебный вагон от рефрижераторной секции типа БМЗ. Контроль температуры воздуха внутри КРК осуществлялся по показателям восьми температурных датчиков, расположенных в нижней и верхней зонах торцевых и средних сечений контейнера. Замеры температуры производились при помощи переносной телеметрической станции во время стоянки сцепа.

В процессе проведения эксплуатационных испытаний выполнены три опытных перевозки скоропортящихся грузов большой продолжительности. Как видно из табл. 4, общая продолжительность нахождения груза в контейнере составила при перевозке: соков - 76,5 суток; рыбы - 34 суток; яблок - 42,5 суток.

Таблица 4

Данные об опытных перевозках СПГ в экспериментальном образце КРК

№ п/п	Груз	Маршрут	Рейс	Температура, оС
			Дата	Масса груза брутто, т	груза	наружного воздуха
					погр.	выгр	погр.	выгр
1	Соки	Краснодар СКВ - Мыс Астафьева ДВост	17.12.99 - 03.03.00	27,16	+15	+12	+15	-1
2	Рыба	Мыс Астафьева ДВост - Краснодар СКВ	19.04.00 - 23.05.00	29,29	-15	-13	+5	+28
3	Яблоки	Краснодар СКВ - Мыс Астафьева ДВост	28.08.00 - 10.10.00	18,4	+19	+4	+17	+10

Среднесуточные температуры воздуха в КРК при перевозке грузов поддерживались на уровне, обеспечивающем сохранность их качества.

Особый интерес для исследования вызывала перевозка соков в зимний период, так как на Транссибирской магистрали наблюдались случаи подморозки грузов при их перевозке в рефрижераторных транспортных средствах зарубежной постройки.

Во время рейса разность минимальных и максимальных значений температур воздуха в верхней и нижней зоне грузового помещения при неработающих отопительных установках контейнера в среднем составляла 4 °С. Такая разность, например, при транспортировке свежих плодов и овощей (режим перевозки +2 ч +5 °С) может вызвать при температуре в нижней зоне +2 °С температуру в верхней части штабеля +6 °С, что является отклонением от режима перевозки и причиной потери качества скоропортящегося груза.

Работа одной электропечи, а особенно двух одновременно, уменьшает разность максимальных и минимальных температур воздуха в верхней и нижней зоне грузового помещения контейнера, и снижает вероятность переохлаждения груза в нижней зоне грузового помещения (рис. 8 а, б).

а) б)

Рис. 8 Распределение разности максимальных и минимальных температур воздуха в КРК при работе одной электропечи (а) и при одновременной работе двух электропечей (б)

При неработающем оборудовании вероятность достижения разности температур по грузовому помещению 3,8 °С составляет 60 %, а при включении электропечи она снижается до 20 %, как это видно из рис. 9.

а) б)

Рис. 9 Вероятность разности температур воздуха в КРК при неработающих электропечах (а) и при работе электропечи (б)

В то же время из-за низких теплотехнических качеств ограждения корпуса КРК, значение коэффициента теплопередачи которого составляло величину 0,6 Вт/м2 К, имел место высокий темп:

понижения температуры воздуха при неработающих электропечах (в среднем 0,531 оС/час) при перевозке соков зимой;

повышения температуры воздуха при неработающей холодильной установке (в среднем 0,423 оС/час) при перевозке замороженной рыбы летом.

Как следствие этого, во избежание слишком частого включения-выключения ХОУ, допускались большие диапазоны изменения температуры воздуха за нерабочие периоды установок, достигающие 20 оС при перевозке соков и 8,4 оС при перевозке замороженной рыбы. При перевозке яблок максимальная за сутки разность между температурой воздуха в отдельных точках по всему объему КРК составила 5,7 оС в среднем за время перевозки, а в зоне погрузочных дверей - 3,2 оС.

Холодильно-отопительное оборудование контейнера работало надежно.

По результатам испытаний был сделан вывод о том, что экспериментальный образец КРК пригоден для перевозок СПГ во все периоды года, а систему нижней раздачи термообработанного воздуха в КРК можно считать удовлетворительной.

К недостаткам конструкции КРК были отнесены высокая величина коэффициента теплопередачи ограждения корпуса и использование в холодильно-отопительной установке КРК озоноопасного хладагента - R12.

Для устранения выявленных недостатков под руководством и при непосредственном участии автора была изготовлена опытная партия крупнотоннажных рефрижераторных контейнеров типа СКР-5-40-1АА в рамках создания на Новороссийском ВРЗ рефрижераторного контейнерного сцепа. Теплотехнические характеристики опытной партии контейнеров смоделированы в программной среде «MatLab» при помощи разработанного алгоритма, представленного на рис. 10.

Рис. 10 Алгоритм расчета теплотехнических характеристик корпуса КРК

В качестве исходных данных для расчета взяты размеры стандартного 40-футового контейнера, характеристики пенополиуретановой изоляции и холодильно-отопительной установки экспериментального контейнера.

Исследования зависимости коэффициента теплопередачи корпуса КРК от толщины теплоизоляции выполнялись для условий расчетного температурного напора 60 оС. Полученная зависимость представлена на рис. 11. Расчет показывает, что значение К равное 0,4 (Вт / м2 К), характеризующее контейнер как транспортное средство с усиленной изоляцией, может быть достигнуто при толщине теплоизоляции не менее 72 мм.

Рис. 11 Расчетная зависимость коэффициента теплопередачи от толщины изоляционного слоя

Результаты сравнительных испытаний двух контрольных образцов крупнотоннажных рефрижераторных контейнеров показали, что применение для изоляции ограждений контейнера блоков ПСБ-С вместо напыляемой изоляции марки «Изолан» приводит к снижению теплотехнических характеристик ограждений корпуса контейнера.

К основным особенностям конструкции КРК можно отнести следующее.

Все ограждения контейнеров (кроме двух) изолированы пенополиуретановой изоляцией типа «Изолан» с плотностью 40 кг/м3 и коэффициентом теплопроводности 0,029 Вт/(м • К) способом послойного напыления. В боковых стенах, торцевой заглушке и крыше толщина изоляции составляет 90 мм без учета гофр, в полу 120 мм.

В двух контейнерах для изоляции крыши в качестве эксперимента использованы плиты типа ПСБ-С, которые применялись при изготовлении рефрижераторных вагонов и экспериментального образца КРК.

Холодильно-отопительная установка, названная РК-45, размещается в торцевой стенке контейнера. На контейнере может быть установлена одна или две ХОУ. При установке одной ХОУ вторая заменяется специальной торцевой теплоизолированной заглушкой. В случае установки двух заглушек теплоизолированный корпус контейнера может быть использован в качестве контейнера-термоса.

Результаты теплотехнических испытаний показали, что теплопередача для опытного образца № 1 контейнера, изготовленного с отступлениями от конструкторской документации в части теплоизоляции крыши, составила 42,5 Вт/К. При этом, средний коэффициент теплопередачи этого контейнера оказался равным 0,36 Вт/(м2 К). Теплопередача для опытного образца № 2 контейнера, соответствующего конструкторской документации, составила 37,5 Вт/К, а величина среднего коэффициента теплопередачи оказалась равной - 0,32 Вт/(м2 · К).

Проведенные на двух образцах испытания на воздухонепроницаемость показали, что по этому параметру опытные контейнеры полностью отвечают требованиям правил изготовления и технической документации. Величина воздухонепроницаемости составила 15 м3/ч.

Уменьшение величины коэффициента теплопередачи в контейнерах опытной партии, по сравнению с экспериментальным образцом - в 1,9 раза - позволило улучшить неравномерность температурных полей по объему контейнера. Как показали результаты исследовательских испытаний, в каждый момент времени без включенного холодильно-отопительного оборудования максимальная разность температур в объеме грузового помещения не превышала 3 оС.

Таким образом, изготовленная опытная партия рефрижераторных контейнеров имеет право быть отнесенной к типу контейнеров с усиленной теплоизоляцией, для которых теплопередача и коэффициент теплопередачи составляют соответственно 48 Вт/К и 0,4 Вт/(м2 ·оК).

В холодильно-отопительных установках опытной партии КРК был заменен хладон 12 на выбранные хладоны марки С10М1 и М1LE.

Результаты проведенных сравнительных испытаний работы ХОУ на указанных хладагентах подтвердили преимущество смесевых композиций. На рис. 12 представлена динамика снижения температуры воздуха в грузовом помещении контейнера при охлаждении до минимальной температуры.

Рис. 12 Динамика охлаждения рефрижераторного контейнера установкой РК-45;

ф - опережение по времени достижения -12 оС и -20 оС при работе на смесях

Как видно из рисунка, охлаждение грузового помещения крупнотоннажного рефрижераторного контейнера при работе установки на новых хладагентах выше, чем при охлаждении машиной, работающей на R12. При этом более высокая динамика охлаждения, в среднем на 8%, характеризующаяся величиной t, наблюдалась при использовании хладагента М1LE по сравнению с хладагентом С10М1.

Эффективность работы ХОУ была подтверждена поддержанием температуры воздуха в контейнере на уровне -19,2 оС при заданной наружной температуре 38 оС. При этом колебания температуры воздуха внутри контейнера при автоматическом режиме работы ХОУ не превышали 1 оС, неравномерность температур воздуха по внутреннему объему составляла 1,4 оС.

Полученные значения показывают, что теплотехнические свойства корпусов опытной партии КРК значительно превышают аналогичные показатели у экспериментального образца рефрижераторного контейнера.

Для управления холодильно-отопительной установкой КРК был разработан многофункциональный микропроцессорный контроллер типа «Квазар», созданный на новой элементной базе и обладающий повышенными функциональными возможностями автоматизации, в том числе способностью управлять двумя ХОУ.

Функциональные испытания микропроцессорной системы управления ХОУ типа «Квазар», проведенные на четырех установках, показали, что разработанная система обеспечивает управление ХОУ в автоматическом, полуавтоматическом и прямом режиме.

Из представленных на рис. 13 фрагментов режимов перевозки скоропортящихся грузов, видно, что разработанная система способна с большой точностью поддерживать в автоматическом режиме заданный температурный диапазон перевозки.

а) б)

Рис. 13 Фрагменты режимов перевозки скоропортящихся грузов

а) бананов: +11 ч +14 оС; б) мясокопченостей: +0 ч -3 оС

Используемые для формирования сцепа платформы типа 13-3103 с двух сторон дополнительно были оборудованы переходными площадками, подножками и ограждающими поручнями. Работы выполнены для обеспечения безопасности механиков, обслуживающих холодильное оборудование контейнеров, установленных на платформы сцепа.

Разработанная конструкция электрической магистрали платформ обладала рядом особенностей, которые ранее не применялись. К ним следует отнести:

1. Прокладка магистрали произведена по наружной поверхности рамы платформы, симметрично хребтовой балке. Магистраль проложена в металлических прямоугольных трубах на уровне - ниже фитинговых опор платформы. Такое размещение обеспечивает безопасную установку контейнера над трубами магистрали.

Расположение магистрали на поверхности платформы имеет следующие преимущества:

на порядок снижается трудоемкость монтажа магистрали;

упрощается техническое обслуживание;

ремонт и замена проводов магистрали производятся без снятия контейнера с платформы и установки платформы на домкраты.

2. Два электрических шкафа подключения холодильных машин контейнеров к магистрали установлены диагонально на продольных балках рамы платформы, а электрические ящики межвагонных соединений магистрали расположены симметрично хребтовой балке - на буферных балках платформы, по два с каждой стороны. Такое размещение устройств магистрали, дает возможность одновременно питать, например, два 20-футовых контейнера и производить перестановку платформ при маневрах, без нарушения схемы сцепа.

3. Применение двухсторонней схемы прокладки магистрали позволило обеспечить схемное резервирование электроснабжения контейнеров в случае выхода из строя одного из участков сцепной магистрали.

Электрическая схема магистрали платформы также имеет свои особенности. Для обеспечения эксплуатационной надежности магистрали она оборудована входными и выходными автоматическими выключателями номинальным током 250А - для защиты от токов короткого замыкания в силовой цепи. При соединении платформ в состав сцепа, все платформенные участки сцепной магистрали соединяются между собой через входные и выходные автоматические выключатели последовательно, обеспечивая защитное отключение каждой последующей платформы.

Наряду с этим, электрическая схема магистрали платформы позволяет реализовывать следующие функции управления и защиты:

дистанционное включение и отключение питания контейнера от силовой магистрали;

локальное включение и отключение питания контейнера от силовой магистрали;

дистанционный контроль нагрева букс платформы;

дистанционный контроль обрыва заземления платформы;

дистанционный контроль полнофазного режима работы магистрали.

Наличие таких платформ позволяет формировать сцеп с центральным диспетчерским управлением. Электропитание платформ в сцепе осуществляется от служебно-дизельного вагона, который располагается в середине состава.

Выполненные стационарные и эксплуатационные испытания на маршруте Краснодар-Щербинка с пробегом более 1500 км показали функциональную пригодность и надежность работы электрических магистралей платформ сцепа.

Для дистанционного управления и контроля температурных режимов и оборудования КРК, была разработана автоматизированная система управления, получившая название «Диспетчер». Она расположена в служебно-дизельном вагоне и состоит из консоли оператора в виде специализированного компьютера, модема связи с информационно-измерительной сетью (ИИС), организованной по силовой магистрали фитинговых платформ сцепа, и комплекта программных средств.

Система «Диспетчер» решает следующие задачи:

регистрация КРК в составе контейнерного сцепа и/или удаления из него;

управление работой холодильно-отопительных установок (ХОУ);

информационно - справочное обеспечение;

техническая помощь обслуживающему сцеп персоналу;

психологическая разгрузка механиков-операторов.

При включении КРК в силовую магистраль сцепа, «Диспетчер» идентифицирует имеющиеся в его составе контейнеры по индивидуальному номеру блока микропроцессорного управления (БМУ) типа «Квазар-2», которым оборудован каждый из контейнеров. Отсутствие контейнера фиксируется в очереди незарегистрированных контейнеров. «Диспетчер» производит постоянный контроль над температурными режимами всех подключенных КРК и выводит цифровое значение температуры воздуха в грузовом помещении контейнера на «Экран мнемосхемы контейнерного сцепа». Более подробную информацию о параметрах работы оборудования любого из зарегистрированных КРК можно получить при открытии «Экрана мнемосхемы ХОУ РК-45», как это видно из рис. 14.

Рис. 14 Экран мнемосхемы ХОУ РК-45

Обязательной является процедура удаления КРК из контейнерного сцепа при передаче его на контейнерный терминал или собственнику. При этом «Диспетчер» выдает отчет о режимах хранения груза и состоянии оборудования в период транспортировки контейнера по маршруту следования. Данный отчет может быть представлен на специальном бланке в дополнение к транспортным сопроводительным документам.

Результаты функциональных испытаний показали, что работа системы соответствует предъявленным к ней требованиям, выгодно отличается от имеющихся систем дистанционного контроля новыми возможностями, способными в значительной степени повысить эффективность перевозок скоропортящихся грузов.

Эксплуатационные испытания опытного рефрижераторного контейнерного сцепа были проведены на полигоне Краснодар - Москва - Краснодар.

В процессе проведения испытаний проверялась работоспособность холодильно-отопительных установок контейнеров и надежность работы оборудования сцепа, определялись температурные условия проведения испытаний, термические, барометрические и энергетические характеристики работы установок.

Результаты испытаний показали, что разность температур на входе в испаритель (температура испарения) и в компрессор (температура всасывания), характеризующая величину перегрева хладона в испарителе, является достаточной для обеспечения работы компрессоров без аварийного режима «влажного хода».

Температуры хладона на входе и выходе из конденсаторов соответствовали температурам воздуха, поступающего на конденсаторы и давлениям конденсации, что указывает на отсутствие в системах холодильных установок контейнеров технологических остатков воздуха.

Разность температур воздуха на входе и выходе из конденсатора свидетельствует о нормальном течении процесса конденсации и переохлаждении хладона. Рабочие давления в холодильных установках, зафиксированные в процессе испытаний, соответствовали режимам нормальной работы.

Отказов в работе агрегатов в процессе проведения цикла испытаний не отмечено.

В целом, при проведении испытаний энергетическое оборудование показало надежную и безотказную работу.

Для работы с КРК на терминальных площадках ОАО «РЖД» был разработан и реализован на ст. Краснодар-Сортировочная проект по электроснабжению площадки.

Таким образом, результаты проведенных эксплуатационных испытаний экспериментального образца КРК, находящегося в сцепе с дизельно-служебным вагоном типа БМЗ, и опытной партии контейнеров - перевозимых специализированным 9-ти вагонным контейнерным сцепом с питанием от дизельно-служебного вагона позволили за пятилетний период апробировать технологию работы с рефрижераторными контейнерами в рядовых условиях эксплуатации с учетом разработанных и реализованных предложений по модернизации элементов инфраструктуры ОАО «РЖД».

В шестой главе исследовано влияние технических решений, принятых при эксплуатации и создании вагонных и контейнерных СТС на их финансово-экономические и инвестиционные показатели.

В соответствии с предложенными в работе экспресс-методами определения коэффициента теплопередачи кузова специализированного транспортного средства, продолжительность проведения теплотехнических испытаний по сравнению с равновесным методом может быть сокращена на 67…89%. При стоимости испытаний в специализированных испытательных станциях порядка 110 тыс. руб., ожидаемый экономический эффект при испытании одного специализированного транспортного средства может составить до 53, 4 тыс. руб., или в расчете на эксплуатационный вагонный парк порядка 930 млн. руб.

Показано, что годовая экономия только материальных средств при переводе эксплуатационного парка ГРПС, в соответствии с разработанной технологией повышения экологической безопасности, на хладагент С10М1 составит около 40,0 млн. руб. При этом в расчете на одну 5-ти вагонную рефрижераторную секцию: для вагонов типа ЦБ она равна 27,0 тыс. руб., а для вагонов типа БМЗ - 55,5 тыс. руб.

Использование технологии энергосбережения в оборудовании вагонных СТС позволит сэкономить для эксплуатационного парка ГРПС дополнительно около 7,5 млн. руб. В случае использования указанной технологии в оборудовании мирового парка рефрижераторных контейнеров, составляющих более 500 тыс. единиц, ожидаемая экономия дизельного топлива составит свыше 33 тыс. тонн.

В соответствии с результатами расчетов срок окупаемости вложений в организацию производства термоконтейнерных энергетических комплексов составляет не более 3-х лет.

В конкурентном секторе контейнерных перевозок СПГ широко распространенные на автомобильном транспорте седельные автопоезда-контейнеровозы способны перевозить один 20-футовый контейнер полной допустимой массой 26 тонн и высотой 2438 мм. В то же время, использование менее распространенных двухзвенных автопоездов-контейнеровозов допускает перевозку двух 20-футовых контейнеров полной допустимой массой 40 тонн и высотой 2591 мм. Эта технологическая схема перевозки наиболее приемлема для грузовладельцев и рассмотрена в качестве конкурентоспособной железнодорожной отправке фитинговой платформы длиной 13 или 18 м, на которой размещены два 20-футовых термоизолированных контейнера (TEU). Вместе с тем, стоимость перевозки двух контейнеров по железной дороге на расстояние 1500 км ниже автомобильной в 3,4 раза - с применением платформ общего парка и практически в 4 раза - при использовании платформ собственных, или арендованных. Кроме того, ограничения по грузоподъемности позволяют перевозить, при прочих равных условиях, дополнительно от 4 до 4,9 т груза объемом 8,22 м3 в расчете на один контейнер.

Применение для перевозки СПГ рефрижераторных контейнерных сцепов в коридорах: Транссибирская магистраль - МТК № 9 - Западная Европа; Страны азиатско-тихоокеанского региона (АТР) - МТК № 2 - Западная Европа и др. с учетом апробированных на сети демонстрационных пробегов ускоренных контейнерных поездов со скоростью 1000 км/сутки делает их альтернативными морским контейнерным маршрутам с общим дедвейтом контейнерного судна до 3000 TEU. В этом случае перевозка судовой партии крупнотоннажных рефрижераторных контейнеров, составляющей около 2%, может быть обеспечена одним рефрижераторным контейнерным поездом постоянного формирования в два раза быстрее, чем при перевозке морем. При этом соответственно снижаются расходы потребляемой энергии и уменьшаются вредные выбросы в атмосферу.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. На основе выполненного анализа рынка перевозок скоропортящихся грузов, состояния и конструктивных особенностей действующих на этом рынке специализированных транспортных средств, представляющих собой сложные энергетические системы, сформулированы теплотехнические и экологические требования к ним с целью разработки комплекса технических и технологических решений, использование которых позволило сохранить существующие и создать перспективные энергетические системы для железнодорожных перевозок пищевых продуктов.

2. Разработаны экспресс-методы оценки качества теплоизоляционных свойств кузовов специализированных транспортных средств, исключающие продолжительные и трудоемкие процедуры проведения соответствующих испытаний. Применение на вагоноремонтных предприятиях экспресс-методов сделало возможным сократить время проведения испытаний в 3…5 раз и, благодаря обеспечению сплошного контроля теплоизоляционных свойств, оптимизировать эксплуатационные режимы работы энергетического оборудования специализированных транспортных средств в процессе перевозок скоропортящихся грузов.

3. Разработаны технические решения, позволяющие повысить экологическую безопасность и эффективность эксплуатационной работы энергетического оборудования (дизель-генераторные и холодильно-отопительные установки, системы вентиляции и пр.) специализированных транспортных средств путем замены экологически опасного хладагента R12 озонобезопасным аналогом с учетом его термодинамических характеристик. В соответствии с разработанной технологией реализованные технические решения (на 70% парка рефрижераторного подвижного состава ОАО «Российские железные дороги») позволили не только уменьшить выбросы парниковых газов при эксплуатации специализированных транспортных средств, но и за счет их перевода в класс экологически чистых, существенно расширить полигоны обращения рефрижераторных вагонов, особенно в международных транспортных коридорах, вплоть до окончания регламентированного срока службы.

4. Разработана и внедрена технология использования специального модификатора, защищающего металлические поверхности теплообмена элементов холодильно-отопительной системы рефрижераторного подвижного состава от загрязнений, что привело к увеличению коэффициентов теплопередачи для этих поверхностей, уменьшению на 6…8% затрат топлива при эксплуатации дизель-генераторных установок и, соответственно, снижению вредных выбросов в окружающую среду.

5. Разработаны основные технические положения концепции развития железнодорожных перевозок скоропортящихся грузов в теплоизолированных контейнерных комплексах (термоконтейнерах), в том числе:

предложены новые технологии организации перевозок скоропортящихся грузов в контейнерах-термосах и крупнотоннажных рефрижераторных контейнерах (КРК) в рамках реализации Федеральной целевой программы «Модернизация транспортной системы России на 2002…2010 гг.»;

разработан перспективный типоряд энергетических контейнерных систем с учетом особенностей железнодорожной инфраструктуры и требований эксплуатации (энергооснащенный вагонный сцеп, термоконтейнеры с боковым расположением дверей, схемы автономного энергоснабжения термоконтейнеров, электрораздаточные колонки на контейнерных площадках грузовых станций и т.п.);

6. Разработана, создана и испытана конструкция специализированного контейнерного комплекса, состоящая из:

вагона дизель-электростанции, оборудованного системой мониторинга температурных режимов в грузовых помещениях термоконтейнеров;

электрифицированных фитинговых платформ;

крупнотоннажных рефрижераторных контейнеров типа СКР-5-1АА.

Результаты комплексных испытаний показали, что:

система мониторинга обеспечивает непрерывный контроль параметров температурных режимов внутри грузовых помещений термоконтейнеров при перевозке скоропортящихся грузов;

системы силовых и управляющих электрических цепей работоспособны и соответствуют разработанным техническим требованиям;

корпусы КРК, коэффициенты теплопередачи которых не превышают величины 0,32 Вт/м2 · К отвечают требованиям международных соглашений по перевозкам скоропортящихся пищевых продуктов в специальных транспортных средствах;

по параметру воздухонепроницаемости, составившей величину 15 м3/ч, контейнеры полностью соответствуют техническим требованиям стандартов на изготовление корпусов термоизолированных транспортных средств.

7. Разработаны, созданы и испытаны перспективные конструкции контейнера-термоса увеличенного объема типа ИКТ 26Н5, а также крупнотоннажного многокамерного рефрижераторного контейнера типа СКР-5-1АА, одна из камер которого оснащена модернизированным блоком регулирования газовой среды.

Результаты испытаний показали, что:

корпус контейнера-термоса типа ИКТ 26Н5, коэффициент теплопередачи которого составил величину 0,26 Вт/м2 · К, соответствует требованиям по изготовлению транспортных средств с усиленной изоляцией;

блок регулирования газовой среды, установленный в грузовом помещении крупнотоннажного многокамерного рефрижераторного контейнера типа СКР-5-1АА, функционально работоспособен.

8. Опытные образцы специализированного термоконтейнерного комплекса апробированы в процессе эксплуатации на сети железных дорог России. Конструкция контейнера-термоса типа ИКТ 26Н5 принята за основу при организации промышленного производства 20-футовых термоконтейнеров на предприятиях ОАО «Российские железные дороги».

9. Срок окупаемости вложений в организацию производства термоконтейнерных энергетических комплексов, как показали расчеты, составляет не более 3-х лет.

10. Апробированные на сети железных дорог транспортно-контейнерные технологии позволили установить, что перевозки скоропортящихся грузов на расстояние в 1500 км (конкурентное с автомобильными перевозками) с помощью рефрижераторных контейнеров и контейнеров-термосов, размещенных на фитинговых платформах, являются примерно в 3-4 раза менее затратными по сравнению с автомобильными.

Основные положения диссертационной работы опубликованы в следующих работах

Рекомендованных ВАКом:

1. по специальности «Энергетика»:

1. С.Н. Науменко. Выбор теплоэнергетических систем для железнодорожного хладотранспорта// Тяжелое машиностроение. 2008. № 9., С.38-40;

2. С.Н. Науменко. Энергоснабжение при перевозках крупнотоннажных рефрижераторных контейнеров// НТТ - наука и техника транспорта. 2008. № 3.;

3. С.Н. Науменко. Энергосбережение при проведении теплотехнических испытаний специализированных транспортных средств.// Энергосбережение и водоподготовка. 2008. № 4.;

4. С.Н. Науменко. Технология энергосбережения в охлаждающих системах// Энергосбережение и водоподготовка. 2008. № 3.;

5. С.Н. Науменко. Железнодорожный рефрижераторный транспорт: проблемы и перспективы// Холодильная техника. 2008. № 5. С. 14-17;

6. С.Н. Науменко. Энерго-экологические аспекты при работе холодильных установок парокомпрессионного типа// Промышленная энергетика. 2008. №10;

7. С.Н. Науменко, Д.О. Губарев. Перспективы использования российских крупнотоннажных рефрижераторных контейнеров // Тяжелое машиностроение. 2005. №2. С. 34…36;

8. С.Н. Науменко, Д.О. Губарев. Новые типы перспективного подвижного состава для транзитных и внешнеторговых перевозок рефрижераторных контейнеров// Тяжелое машиностроение. 2004. №11. С. 13…14.;

2. по специальности «Транспорт»:

1. С.Н. Науменко, Н.С. Теймуразов/Актуальные проблемы развития хладотранспорта//Железнодорожный транспорт, 2008 г., № 4, стр. 103-106;

2. Система управления перевозкой скоропортящихся грузов в рефрижераторных контейнерных поездах / Науменко С.Н., Минаев Б.Н., Любан Г.Б. // Вестник ВНИИЖТ № 2, 2005., С. 6-10;

3. Перспективы использования энерго-и ресурсосберегающих модификаторов на железнодорожном транспорте /Науменко С.Н., Постников И.В., Мартынов Л.К. и др.// Вестник ВНИИЖТ. 2005. № 1. С. 23…26;

4. С.Н. Науменко, Н.С. Теймуразов/Перевозки скоропортящихся грузов в изотермических контейнерах//Железнодорожный транспорт, 2004 г., № 10, стр. 42-45;

5. Результаты испытаний холодильно-нагревательных установок крупнотоннажных рефрижераторных контейнеров/ С.Н. Науменко, Н.С. Теймуразов, Д.О. Губарев и др. // Вестник ВНИИЖТ. 2003. № 1. С. 41…43;

6. О создании первых отечественных крупнотоннажных рефрижераторных контейнеров (КРК) типа 1-АА / В.И. Панферов, В.М. Богданов, С.Н. Науменко и др. // Вестник ВНИИЖТ. 2002. № 6. С. 3…5;

7. Панферов В. И., Науменко С.Н. / Экологически чистые и экономичные хладагенты // Железнодорожный транспорт, 2000 г., № 3, стр. 26 - 27;

8. Панферов В.И., Науменко С.Н. / О возможности использования масла марки ХФ12-16 при переводе установок рефрижераторных вагонов на озонобезопасные хладагенты. // Вестник ВНИИЖТ, 1998, № 2, с. 45 - 47.

3. В других научно-технических изданиях:

1. С.Н. Науменко/ Новые технические средства и технологии для перевозки скоропортящихся грузов: Сб. науч. тр. научно-практической конференции ОАО «ВНИИЖТ»/ Под ред. А.Е. Семечкина. -М.: Интекст, 2008. С .72-76;

2. С.Н.Науменко, Н.С.Теймуразов, А.В.Голубин / Оценка точности определения в деповских условиях коэффициента теплопередачи кузова изотермического вагона/ Сб. докладов участников объединенной научной сессии советов РАН на тему «Энергосбережение и защита окружающей среды на теплоэнергетических объектах железнодорожного транспорта, промышленности и жилищно-коммунального хозяйства». М.: МИИТ, 2008. С 189-192;

3. С.Н. Науменко. Развитие на мултимодалните превози в Русия/ Железопътен транспорт, 2007, № 10. С. 42…43;

4. В чем повезем скоропорт? / А. Коковихин, С. Науменко, Н. Теймуразов // РЖД - Партнер. Машины, оборудование, материалы; 2007. №1(4). С. 14-15;

5. С.Н. Науменко / Термоконтейнеры / Теплоэнергетика железнодорожного транспорта: Справочно-методическое пособие/ Под общей ред. Б.Н.Минаева., р. 12.6 - М.: МИИТ, 2006. с. 296-297;

6. Перевозки продовольствия - нужны действия / А. Коковихин, С. Науменко, Н. Теймуразов // РЖД - Партнер. 2006. № 2. С. 50-51;

7. Doswiadczenie w stosowaniu alternatywnych czynnikьw chіodniczych w serwisie wyposaїchіodniczego w Rosji/ W.S. Zlotnikow, W.I. Samojenko, A.J. Bielajew, S.N. Naumienko, J.I. Uskacz// Technika chіodnicza i klimatyzacyjna, №1, 2005, 5 - 13;

8. Губарев Д.О., Науменко С.Н. Выбор теплоизоляционных материалов для опытных образцов крупнотоннажных рефрижераторных контейнеров типа СКР-5-40-1АА. Вопросы развития железнодорожного транспорта: Сб. науч. тр./ Под ред. А.Б. Косарева и Г.В. Гогричиани. М.: Интекст, 2004. с. 149-153;

9. Науменко С.Н. Новая технология перевозок грузов с использованием изотермических контейнеров: Сб. научных трудов ВНИИЖТ по материалам н-практ. конф. «Инновации ОАО «РЖД»-2004», 2004, С .110-113;

10. Науменко С.Н./Возможности новых терморегулируемых контейнеров для российских железных дорог// Сб. трудов по материалам международной выставки-семинара «Современные технологии на железнодорожном транспорте России», Варшава, 2004, С 34-39;

11. Новый хладагент - новые перспективы /С. Науменко, О. Савельев, В. Крупеньков // РЖД - Партнер. 2003. № 8. С. 42-43;

12. Науменко С.Н./Технические решения, использованные в конструкции опытных термоконтейнеров, адаптированных к условиям эксплуатации по Транссибу//Материалы международной н-практической конференции МИИТ, «Транссибирская магистраль на рубеже XX-XXI веков: Пути повышения эффективности использования перевозочного потенциала», 2003, С. IVa-18 - Iva-20;

13. S. Naumenko,V. Panferov, Konљtrukиne materiбlly a moћnosti novэch ћelezniиnэch termickэch kontajnerov pre Ruskй Ћeleznice, Zbornнk prednбљok XVI medzinбrodnej konferencie «Sъиasnл problлmy v koеajovэch vozidlбch», Diel II, Ћilina 8.-10.10.2003, SLOVENSKO, 135-141;

14. Панферов В.И., Науменко С.Н. Исследование параметров и выбор озоносберегающего хладагента для энерго-холодильного оборудования подвижного состава. Сб. научных трудов РГОТУПС по материалам 5 межвузовской н-т конф. «Актуальные проблемы и перспективы развития ж.д. тр-та, ч. 1, 2000, с. 78-79;

15. Панферов В.И., Науменко С.Н. Повышение экологической безопасности при эксплуатации подвижного состава железных дорог РФ. Тезисы докладов международной научно-практической конференции БелГУТ, «Проблемы безопасности на транспорте», 2000, с. 144;

16. Науменко С.Н. Использование экологически безопасных веществ в транспортных холодильных установках. Материалы научно-технической конференции «Актуальные проблемы развития ж. д. транспорта и роль молодых ученых в их решении», Ростов-на-Дону.: РГУ, ноябрь 1998, с. 34 - 35.;

17. Панферов В.И., Науменко С.Н., Коковихин А.В., Дуганов А.Г. Результаты испытаний холодильных машин рефрижераторных вагонов при работе на альтернативном R12 хладагенте - Межвузовский сб. научн. тр., ДИИТ, 1997, вып. 219, с. 41 - 44.;

4. В патентах на изобретение, свидетельствах и патентах на полезную модель:

1. Науменко С.Н., Голиков Н.И. Способ энергосбережения в холодильном оборудовании. Решение о выдаче патента на изобретение. Заявка № 2007119963/06(021749), ФИПС Роспатент, М., приоритет от 30.05.07;

2. Науменко С.Н., Теймуразов Н.С., Бартош Ю.Е. Способ определения коэффициента теплопередачи кузова транспортного изотермического средства. Патент на изобретение № 2319951, ФИПС Роспатент, М., приоритет от 27.04.06.;

3. Науменко С.Н., Теймуразов Н.С. Способ определения среднего коэффициента теплопередачи кузова транспортного средства. Патент на изобретение № 2269768, ФИПС Роспатент, М., приоритет от 12.10.04.;

4. Андрюшин В.М., Беляев А.Ю., Науменко С.Н. и др. Композиция хладагента (варианты). Патент на изобретение № 2161637, ФИПС Роспатент, М., приоритет от 26.02.99.;

5. Науменко С.Н., Панферов В.И., Беляев А.Ю. Композиция хладагента для железнодорожного холодильного оборудования. Патент на изобретение № 2177491, ФИПС Роспатент, М., приоритет от 16.11.99.;

6. Барабанов В.Г., Зотиков В.С., Науменко С.Н. и др. Композиция хладагента. Патент на изобретение № 2140431, ФИПС Роспатент, М., приоритет от 21.09.98.;

7. Панферов В.И., Науменко С.Н. Способ применения смеси хладагентов. Патент на изобретение № 2137056, ФИПС Роспатент, М., приоритет от 28.10.97;

8. Панферов В.И., Науменко С.Н., Жариков В.А. Рабочий агент для холодильной установки. Патент на изобретение № 2137055, ФИПС Роспатент, М., приоритет от 31.10.97;

9. Губарев Д.О., Губарев О.А., Науменко С.Н. и др. Рефрижераторный контейнер. Патент на полезную модель № 50163, ФИПС Роспатент, М., приоритет от 04.08.05.;

10. Бартош Е.Т., Науменко С.Н., Теймуразов Н.С. и др. Воздушная детандерная холодильно-отопительная установка. Патент на полезную модель № 488892, ФИПС Роспатент, М., приоритет от 24.06.05;

11. Губарева Н.Н., Губарев Д.О., Науменко С.Н. и др. Контейнер-термос. Патент на полезную модель № 44593, ФИПС Роспатент, М., приоритет от 03.11.04.;

12. Ворон О.А., Губарева Н.Н., Науменко С.Н. и др. Универсальный контейнер-термос. Патент на полезную модель № 45684, ФИПС Роспатент, М., приоритет от 03.11.04.;

13. Ворон О.А., Губарева Н.Н., Науменко С.Н. и др. Контейнер-термос с охлаждением. Патент на полезную модель № 44595, ФИПС Роспатент, М., приоритет от 03.11.04.;

14. Губарев Д.О., Губарев О.А., Науменко С.Н. и др. Теплоизолированный контейнер с подогревом. Свидетельство на полезную модель № 30313, ФИПС Роспатент, М., приоритет от 18.12.02.;

15. Губарев Д.О., Губарев О.А., Науменко С.Н. и др. Изотермический контейнер-термос. Свидетельство на полезную модель № 30314, ФИПС Роспатент, М., приоритет от 26.11.02.;

16. Губарев Д.О., Губарев О.А., Науменко С.Н. и др. Фитинговая платформа с терморегулируемыми транспортно-складскими модулями. Свидетельство на полезную модель № 30320, ФИПС Роспатент, М., приоритет от 26.11.02.;

17. Губарев Д.О., Губарев О.А., Науменко С.Н. и др. Фитинговая платформа с терморегулируемыми модулями. Свидетельство на полезную модель № 30319, ФИПС Роспатент, М., приоритет от 26.11.02.;

18. Губарев Д.О., Губарев О.А., Науменко С.Н. и др. Фитинговая платформа с транспортно-складскими терморегулируемыми модулями. Свидетельство на полезную модель № 30321, ФИПС Роспатент, М., приоритет от 26.11.02.

НАУМЕНКО СЕРГЕЙ НИКОЛАЕВИЧ

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ ДЛЯ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ ПЕРЕВОЗОК СКОРОПОРТЯЩИХСЯ ГРУЗОВ

Специальность 05.14.01- Энергетические системы и комплексы

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Подписано в печать -

Печать офсетная. Бумага для множит. апп.

Тираж 100 экз. Заказ № Усл.-печ. Л. 1,5

Формат 60Х84 1/16

Типография МИИТ, 127994, г. Москва, ул. Образцова, 15

Размещено на Allbest.ru

...