УДК: 629.463.12:629.4.016.15

СОКРАЩЕНИЕ ВРЕМЕНИ ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ КАК ИНСТРУМЕНТ ПОВЫШЕНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ И ЭФФЕКТИВНОСТИ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫХ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ

А.А. Голубин1, С.Н. Науменко2

 1 Общество с ограниченной ответственностью «Центр безопасности информации» (ООО «ЦБИ»), Королев, 141090, Россия 

2 Акционерное общество «Научно-исследовательский институт железнодорожного транспорта (АО «ВНИИЖТ»), Москва, 129626, Россия

Аннотация. В статье рассмотрены способы повышения экологической безопасности и эффективности специализированных транспортных средств (СТС) за счет применения инструмента, оптимизирующего расход топливно-энергетических ресурсов. Разработка нового алгоритма ускоренного проведения теплотехнических испытаний позволит проводить оценку теплотехнического состояния кузовов СТС, что благоприятно отразится на энергоэффективности и повышении экологической безопасности.

Ключевые слова: экологическая безопасность, теплотехнические испытания, экономия ресурсов.

Введение Требования экологической безопасности указывают на острую необходимость в экономии топливно-энергетических ресурсов, что в свою очередь, отражается на предъявляемых требованиях к качеству материалов и конструкций, отвечающих за сопротивление расходу тепловой энергии. От эффективности используемых в конструкциях СТС материалов зависит продолжительность работы систем отопления и охлаждения воздуха, неразрывно связанных с электро- и топливопотреблением.

В случае значительного несоответствия показателей теплоограждающих конструкций СТС нормативным характеристикам снижается ресурс или происходит преждевременный выход из строя энергетического оборудования, способный привести к невозможности обеспечения в кузовах СТС требуемых параметров микроклимата или заданного для перевозки скоропортящихся грузов с должным качеством температурного режима.

Для исключения подобных явлений основные теплотехнические характеристики кузовов СТС, а также показатели эффективности работы штатных энергетических установок, во всем мире подлежат периодическому контролю и регламентируются соответствующими документами. [1-3]

Важнейшей нормативной величиной, характеризующей изотермические свойства теплоограждающих конструкций кузовов СТС, является значение коэффициента теплопередачи – К (Вт/м2 К), описываемое следующим                    выражением: [4]

                                                                                             (1)

где: Q - тепловой поток, расходуемый внутри кузова, средняя поверхность которого равна Н, и необходимый для поддержания при постоянном режиме абсолютной разности  между средней внутренней температурой и средней наружной температурой, когда средняя наружная температура является постоянной.

Утвержденный и используемый порядок проведения испытаний по определению К состоит в том, что воздух внутри кузова СТС, помещенного в атмосферу с постоянной температурой, нагревают источником тепла определенной мощности P до такого состояния, при котором температура этого воздуха перестает расти и остается постоянной во времени. Достигнутое таким образом состояние воздуха представляет собой равновесный тепловой режим (равновесный метод). Величина К по равновесному методу определяется из выражения (1). Этот метод достаточно точный, максимальная погрешность определения К при его использовании не превышает +5%. [5]

Однако, несмотря на очевидную простоту и мировое признание опыты по определению К равновесным методом не только трудоемки, но и связаны со значительными простоями испытуемого транспортного средства в специальной теплоизолированной испытательной станции. Только непосредственно эксперимент продолжается порядка 3 суток. Это не позволяет организовать сплошной контроль теплотехнического состояния кузовов СТС, приводя, в конечном итоге, к перерасходу энергоресурсов и сверхнормативным выбросам парниковых газов штатными энергетическими установками. Таким образом, минимизация времени определения К кузовов СТС с сохранением требуемой точности его оценки, является актуальной задачей.

Способы решения. Предпринимались различные попытки сокращения периода испытаний [6, 7], с использованием менее длительных неравновесных методов, основанных на исключении из программы испытаний периода установившегося стационарного режима теплопередачи. Но их общими недостатками, в сравнении с равновесным методом, явились: несущественное сокращение длительности испытаний либо недостоверность полученных результатов.

Решение. Равновесные методы требуют длительного поддержания стабильных температур теплового процесса, и поэтому достаточно надежные результаты можно получить, лишь проводя опыты в приспособленных для этого специальных помещениях. В ходе эксперимента, в грузовом помещении СТС устанавливаются электрические нагреватели, мощность которых контролируется. Как правило, применяются электрические печи, и испытание ведется методом внутреннего обогрева.

Температура в кузове СТС поднимается до некоторого стабильного (равновесного) значения. После достижения равновесного значения фиксируется внутренняя и наружная температура, а также мощность источника, после чего производится расчет К по формуле (1). Расчетное значение К в этом случае будет иметь некоторую погрешность. Основные причины ее возникновения связаны с разницей между реальным и экспериментальным режимом эксплуатации СТС, не учитывающим отдельные параметры (аккумулирование тепла изоляцией кузова, направление воздухообмена и т.д.). [8]

Минимизация погрешности достигается дифференциальными методами. При проведении теплотехнических испытаний дифференциальным методом не требуется выхода на равновесный тепловой режим. В этом случае для определения К используются производные температуры по времени, что существенно (в разы) сокращает время эксперимента, а значение К определяется с относительной погрешностью не более 5%. [9, 10]

Выводы:

1.                     Использование дифференциальных методов ускоренного определения коэффициента теплопередачи СТС позволит:

–        значительно сократить длительность проведения испытаний;

–        увеличить производительность испытательных станций;

–           перейти от практикуемого в настоящее время выборочного контроля изготавливаемых и/или ремонтируемых СТС к их сплошному контролю.

2.                     Применение дифференциальных методов ускоренного определения коэффициента теплопередачи СТС открывает возможности для эксплуатирующих компаний к организации электронного паспорта теплотехнического состояния для каждого кузова СТС, контроль над которым дает возможность обеспечения энергооптимальных режимов работы энергетического оборудования, а следовательно и существенного повышения экологической безопасности.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1.  Соглашение о международных перевозках скоропортящихся пищевых продуктов и о специальных транспортных средствах, предназначенных для этих перевозок (СПС). ООН, Нью-Йорк и Женева, 2015г;

2.  ГОСТ Р 55182-2012 Вагоны пассажирские локомотивной тяги. Общие технические требования, М.: Стандартинформ, 2013, 24 стр.;

3.  СТ ССФЖТ ЦТ-ЦП129-2002 Локомотивы, моторвагонный и специальный подвижной состав железных дорог. Кабины, салоны, служебные и бытовые помещения. Методики испытаний по показателям систем обеспечения микроклимата. 2002 г. 57 стр.;

4.  К.А. Ибраев, И.Г. Дынга, А.В. Кондратьев/Контроль и освидетельствование изотермических транспортных средств// ж-л «Автотранспортное предприятие», №9, 2006 г., С. 20-24;

5.  Ускоренные методы оценки коэффициента теплопередачи кузовов изотермических транспортных средств/ Н.С.Теймуразов, С.Н.Науменко//Вестник ВНИИЖТ, №5, 2009, С. 18-21;

6.  С.Н.Науменко, Н.С.Теймуразов, А.А.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;

7.  С.Н.Науменко, Н.С.Теймуразов, А.А.Голубин/ Точность определения коэффициента теплопередачи//Сб. трудов молодых ученых и аспирантов по результатам работы конференции под редакцией А.Е. Семечкина: «Железнодорожный транспорт на современном этапе. Задачи и пути их решения». М.: ОАО «ВНИИЖТ», 2008, 76-78 с;

8.  Е.Т. Бартош. Энергетика изотермического подвижного состава. М.: Транспорт, 1976. 304 с.

9.  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;

10.   Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ «Система экспресс-оценки коэффициента теплопередачи транспортных средств»                           № 2017618464  Голубин А.А. Науменко С.Н. заявка № 2017615802, дата поступления 07.06.2017; дата государственной регистрации в Реестре программ для ЭВМ 01.08.2017.