автореферат диссертации по энергетике, 05.14.04, диссертация на тему:Выбор системы обеспечения микроклимата в помещениях подвижного состава для летного режима эксплуатации

Введение.

1. Состояние вопроса о системах обеспечения микроклимата в помещениях подвижного состава ж. д. транспорта.

1.1 Требования к микроклимату в помещениях подвижного состава ж. д. транспорта и средствам его обеспечения.

1.2 Типы кондиционирования, применяемые на подвижном составе и анализ микроклимата в помещениях подвижного состава.

1.3 Анализ средств теплозащиты помещений на подвижном составе ж. д. транспорта.

2. Разработка метода расчета требуемой холодопроизводительности кондиционирующих установок.

2.1 Метод расчета требуемой холодопроизводительности помещений подвижного состава.

2.2 Тепловлажностные балансы и расчет требуемой холодопроизводительности для систем охлаждения различных помещений подвижного состава.

2.3 Оценка требуемой холодопроизводительности кабин локомотивов подвижного состава ж. д. транспорта.

2.4 Оценка требуемой холодопроизводительности помещений специального подвижного состава ж. д. транспорта.

3. Оценка холодопроизводительности систем кондиционирования подвижного состава по результатам испытаний.

3.1 Выбор методики испытаний кондиционирующих установок и оценки их холодопроизводительности в помещениях подвижного состава.

3.2 Испытания кондиционеров в помещениях подвижного состава.

3.2.1 Испытания фреоновых систем кондиционирования в помещениях подвижного состава.

3.2.2 Испытания термоэлектрических систем кондиционирования в помещениях подвижного состава.

3.3 анализ результатов испытаний систем охлаждения в помещениях

3.4 подвижного состава.

4. Определение эффективности систем охлаждения в помещениях подвижного состава.

4.1 Определение эффективной холодопроизводительности по результатам испытаний фреоновых кондиционеров.

4.2 Определение эффективной холодопроизводительности по результатам Испытаний термоэлектрических кондиционеров.

5. Разработка технических рекомендаций к системам охлаждения в помещениях подвижного состава ж.д. транспорта.

5.1 Сравнительный анализ эффективной холодопроизводительности с требуемой холодопровдводительностью систем охлаждения.

5.2 Разработка общего метода расчета рекомендуемой холодопроизводительности для разных помещений подвижного состава.

5.3 Технических рекомендаций по выбору систем охлаждения в помещениях подвижного состава ж.д. транспорта.

Железные дороги России являются ведущим видом транспорта страны, выполняющим свыше 80% грузооборота и более 40% пассажирооборота транспорта общего пользования.

Перспективными планами развития железнодорожного транспорта является широкая программа работ по созданию новых видов тягового и мотор-вагонного подвижного состава, а также путевой техники. Это связанно с постоянно увеличивающимся грузооборотом и пассажиропотоком на сети железных дорог страны.

Одним из основных направлений плана научно-исследовательских и опытно-консгрукторских работ на 2001-2005 гг. является ориентация на повышение безопасности движения поездов. Целый ряд работ направлен на обеспечение охраны здоровья работников отрасли, а также на стандартизацию и сертификацию подвижного состава железнодорожного транспорта.

За последние годы российскими конструкторами и специалистами ж. д. транспорта созданы новые локомотивы, электропоезда, пассажирские вагоны, средства автоматики для управления движением поездов, машин для механизации ремонтных работ, имеющие по сравнению с эксплуатируемой техникой более высокую производительность, лучшие тягово-энергетические характеристики, компьютерные системы управления и диагностики. Новые образцы техники, значительно отличаются друг от друга своими конструктивными характеристиками и мощностями.

В тоже время вопросы, связанные с улучшением условий труда локомотивных бригад (бригад путевых машин) и их оптимизации, остаются актуальными. Так, в частности одним из важнейших вопросов был и остаётся вопрос о поддержании оптимальных микроклиматических условий (температуры воздуха и стен помещения кабины, движение воздуха и его влажность). Как известно, температура на рабочем месте в значительной степени определяет надёжность работы операторов, в том числе и машиниста. При повышении температуры воздуха в помещении от 25 °С до 45 °С увеличивается возможность аварийной ситуации до 150 %. Это прежде всего связано с тем, что работа в некомфортных условиях сильно влияет на внимание и самочувствие машинистов (операторов), что приводит к снижению производительности труда на 40%.

Для обеспечения требуемого комфорта необходимо применение систем кондиционирования воздуха в кабинах и помещениях подвижного состава ж. д. транспорта в теплый период года

Несмотря на то, что в последние годы кондиционирующими установками оснащались кабины локомотивов, вагоны служебные, дальнего следования, межобластные, микроклиматические условия на рабочих местах не всегда соответствовали параметрам комфорта

Это объясняется такими причинами как:

- значительное несоответствие тепловых нагрузок помещений от внешних воздействий мощностям установленных в них систем кондиционирования;

Такая ситуация возникает из-за того, что на подвижном составе в связи с отсутствием транспортного кондиционера, часто эксплуатируются кондиционеры, которые рассчитаны на работу в стационарных условиях и предназначены для зданий и сооружений. Подвижной состав заметно отличается своими теплотехническими и конструктивными характеристиками от зданий: это прежде всего большая остекленность, не всегда удачно подобрана и положена теплоизоляция, плохая герметизация, смена климатических районов.

- неэффективность использования существующих установок кондиционирования;

Наибольшее количество помещений подвижного состава было оборудовано компрессионными кондиционерами (фреоновыми) украинского производства (КТА, КТГ), не являющимися транспортными, следовательно ненадежными в эксплуатации; после распада СССР связи с заводом были утеряны. Прошли испытания опытные образцы термоэлектрических кондиционеров (БТК, Россия), но не налажен серийный выпуск. По результатам испытаний вихревые и турбо-детандерные (воздушные) кондиционеры недостаточно эффективны. Прекращены разработки водоиспарительных кондиционеров. В последнее время используются импортные кондиционеры, в основном фреоновые, такие как КК7 (Германия), ЕЬЕСТЛА (Япония), Ш1Ю8Т (Китай). Такие кондиционеры нуждаются в испытаниях на эффективность и надежность.

За последние годы значительно увеличился выпуск специального подвижного состава (путевых машин, СПС) для текущего ремонта пути и коммуникаций и их обслуживанию, а также перевозки бригад до места работы. Так как, некоторые виды машин должны обслуживать большие районы, возникла необходимость работы вахтовым методом. С этим связано оснащение помещений СПС необходимыми бытовыми удобствами. Также повышение общего уровня требований к условиям труда и отдыха обслуживающего персонала путевых машин требует внедрение в помещения и кабины СПС в том числе и кондиционирующих установок.

Целевая установка работы по оптимизации условий труда машинистов (операторов) локомотивов и путевых машин в настоящее время состоит в достижении стабильности гигиенических показателей качества каждой единицы подвижного состава путем их сертификации. На основании документов: Федеральный закон "О федеральном железнодорожном транспорте" от 25 августа 1995г. № 153-ФЭ; положение о Министерстве путей сообщения Российской Федерации, утвержденного постановлением Правительства Российской Федерации от 18 июля 1996 г. № 848; соглашение о взаимодействии Государственного комитета российской федерации по стандартизации, метрологии, и сертификации и Министерства путей сообщения Российской Федерации в области обязательной сетификации от 06. 09 96 г., Министерством путей сообщения Российской Федерации разработаны следующие документы:

- Номенклатура продукции и услуг (работ), в отношении которых Федеральным законом "О федеральном железнодорожном транспорте" предусмотрена их обязательная сетификация в Российской Федерации, 1999 г.

- Система сертификации на федеральном железнодорожном транспорте Российской Федерации (Порядок сертификации серийно выпускаемого подвижного состава и других железнодорожных технических средств) 2000 г.

Данное постановление дает возможность заказчику повысить уровень требований, направленных на обеспечение безопасности движения и работы, а также охраны здоровья работников отрасли. Как уже отмечалось выше, неблагоприятные микроклиматические условия на рабочих местах в значительной степени влияют на надежность работы машинистов (операторов). Исходя из данной ситуации, заказчик новой техники крайне заинтересован в установке и безотказной работе систем обеспечения микроклимата в помещениях подвижного состава

В связи с вышеизложенным целью настоящей работы является: Разработка метода расчета рекомендуемой холодопроизводительности систем охлаждения для каждого помещения подвижного состава (кабина локомотивов, кабина и служебно-бытовых помещений путевых машин), с учетом условий эксплуатации и его конструктивно-теплотехнические особенностей, а также разработка технических требований для возможности оптимального выбора микроклиматической установки при проектировании новой техники или оснащении эксплуатирующейся.

Для достижения поставленной проблемы необходимо решить следующие задачи:

1 провести анализ средств теплозащиты кабин и помещений на подвижном составе ж.д транспорта;

2 провести анализ конструктивных и технических характеристик систем кондиционирования, установленных в кабинах и помещениях; 8

3 разработать математическую модель требуемой холодопроизводительно-сти системы охлаждения для любого помещения подвижного состава, учитывая его конструктивно-теплотехнические особенности; 4 провести экспериментальные испытания систем кондиционирования воздуха в различных помещениях подвижного состава и по результатам испытаний разработать математическую модель эффективной холодопроизводительности систем кондиционирования воздуха в помещениях подвижного состава, учитывая условия их эксплуатации (температуру и влажность наружного воздуха);

5. на основе математических моделей требуемой и эффективной холодопроизводительности разработать метод расчета рекомендуемой холодопроизводительности системы охлаждения для каждого помещения подвижного состава с учетом условий эксплуатации и его конструктивно-технических особенностей;

6. разработать рекомендации для возможности оптимального выбора микроклиматической установки при проектировании новой техники или оснащении эксплуатирующийся.

ВЫВОДЫ

В диссертационной работе разработан метод расчета рекомендуемой холодо-производительности системы охлаждения для каждого помещения подвижного состава с учетом условий эксплуатации и его конструктивно-теплотехнических особенностей, а так же разработаны технические рекомендации для возможности оптимального выбора микроклиматической установки.

1. В связи с тем, что в последнее время увеличился парк подвижного состава, в частности путевых машин, вопрос о требуемой холодопроизводительности систем охлаждения для различных видов помещений остался открытым.

2. Анализ существующих методов расчета требуемой холодопроизводительности показал, что далеко не всегда из-за большого разнообразия кабин и других помещений подвижного состава, в расчетах учитываются их конструктивно-теплотехнические особенности. Предложенный в диссертации метод позволяет рассчитать по двум математическим формулам рекомендуемую холодопроиз-водительность системы кондиционирования для любого помещения подвижного состава, избегая объемных расчетов;

3. На основе теоретических исследований разработана математическая модель требуемой холодопроизводительности системы кондиционирования для любого помещения подвижного состава, учитывая его конструктивно-теплотехнические особенности;

4 Проведены экспериментальные испытания систем кондиционирования в разных помещениях подвижного состава. По результатам испытаний разработана математическая модель определения эффективной холодопроизводительности систем охлаждения в помещениях, которая учитывает условия эксплуатации данного подвижного состава (температуру и влажность наружного воздуха); 5. Результаты теоретических и экспериментальных исследований (математическая модель требуемой и эффективной холодопроизводительности систем охлаждения) позволили разработать метод расчета рекомендуемой холодопроизводительности системы охлаждения для каждого помещения подвижного со

223 става с учетом эксплуатации и его конструктивно-теплотехнических особенностей;

6. Практическое применение полученного метода дало возможность разработать технические рекомендации для оптимального выбора микроклиматической установки при проектировании новой техники или оснащении эксплуатирующейся.

1. Фаерштейн Ю.О., Китаев Б.Н. Кондиционирование воздуха в пассажирских вагонах,- М.: Транспорт, 1984. с.272

2. Маханько М.Г., Сидоров Ю.П., Хенач А., Шмидт М. Кондиционирование воздуха в пассажирских вагонах и на локомотивах. М.: Транспорт, 1981.-c.254

3. Сидоров Ю.П. Основы кондиционирования воздуха на предприятиях ж.д. транспорта и в подвижном составе.- М.Транспорт, 1984-Изд-е 2-е.-208с.

4. ГОСТ 12.2.056-81. Электровозы и тепловозы колеи 1520 мм. Требования безопасности. М.: Госстандарт СССР, 1981.-37с.

5. СНиЭТ ЦУВСС 6/29 от 30.08.%. Санитарные нормы и эргономические требования к проектированию кабин и салонов высокоскоростного моторвагонного подвижного состава ж.д. транспорта - 24 с.

6. СНиЭТ ЦУВСС 6/1 от 17.02.97. Санитарные нормы и эргономические требования. Проектирование вагонов моторвагонного подвижного состава ж.д. транспорта межобластного и пригородного сообщения.- 20 с.

7. СНиЭТ ЦУВСС 6/18 от 05.07.95. Санитарные нормы и эргономические требования к проектированию путевых машин ж. д. транспорта. -25 с.

8. ЦУВСС 6/3 от 12.01.98. Гигиена труда и эпидемиология на транспорте. санитарные правила для дорожных лабораторий дефектоскопии.-15с.

9. Гигиеническая оценка условий труда на новых типах локомотивов: Отчет ВНИИЖГ, рук. Б.И. Школьников; № ГР 0840055267. М.Д985.- 69 с.

10. Бушуйкин Ю. Б, Кондиционирование воздуха в кабинах локомотивов. -М.: Транспорт, труды ВНИИЖТ -1979 Вып.411. - 81 с.

11. Смышляев O.E. Применение систем летнего кондиционирования воздуха на тепловозах/ Тр. ВНИТИ. 1983. - Вып 57. - с. 106-107.

12. Холодильный агрегат установки кондиционирования воздуха для высокоскоростных поездов // U. Adolph. Железные дороги мира, 1988. -№11.- с.2-6.

13. Гигиеническая оценка эффективности систем обеспечения микроклимата в кабинах локомотивов: Отчет / Моск. Ин-т инж. Жд. трансп. (МИИТ); руковод. Темы Ю.ПСидоров: Тема 64/88; №> ГР 01880045077.-1988.-37 с.

14. Гигиеническая оценка микроклимата в кабине электровоза ВЛ85 с кондиционером КТА2-0,5Э-01А: Отчет ВНИИЖГ; рук. Б.И, Школьников.; тема 05.02.90.88, № ГР 01880020644. 1988. - 17 с.

15. Китаев Б.Н., Ребрик Б.И. Перспективы развития техники кондиционирования воздуха пассажирских вагонов и скоростных поездов // Холодильная техника-1978. -№4. с.31 -36.

16. Гаршин ИМ., Зворыкин М.А., Шустер A.A. Кондиционирование воздуха и электроснабжение пассажирских вагонов. М.: Транспорт, 1965. -89 с.

17. Китаев Б.Н. Тегоюобменные процессы при эксплуатации вагонов. М.: Транспорт, 1984. - 184 с.

18. Грейвес Т. Оборудование кондиционирования воздуха поезда APT // Железные дороги мира, 1979, №7. - с. 30-33.

19. Китаев Б.Н. Тепловое воздействие солнечной радиации на вагоны. -М: трансжелдориздат, 1962, 32 с,

20. Сидоров Ю.П., Терпеньянц Ю.В. обеспечение комфортных микроклиматических условий в кабинах транспортных средств // Доклад на всесоюзной конф. По охране труда в строительстве Госстроя ССР. -1984.

21. Квят И.Д., Виленц М.Л. Определение оптимального расхода воздуха, охлаждающего конденсатор холодильной машины кондиционера.// Холодильная техника- 1990. №8 - с. 31-32.

22. Бялый Б.И., Степанов A.B., Яковенко А,А Теплотехнические характеристики установок и аппаратов косвенного испарительного охлаждения // Холодильная техника -1990. №8 - с. 27-30.

23. Евстифеев В.Н., Вербицкая H.A., Сидоров Ю.П. Методические рекомендации по определению теплофизических комфортных условий работы операторов строительных и дорожных машин. М., 1983. - ВНИ-ПИ труда в строительстве Госстроя СССР. - 36 с.

24. Новые акустические и термодинамические решения для дизель -поездов. // Н. Iwainky. Железные дороги мира, 2000. №3. - с. 51-54.

25. Теплопроводность кузова пассажирского вагона ft G. Opel. Железные дороги мира, 2000. №2. - с. 42-47.

26. Баркалов Б.В., Карпис Е.Е. Кондиционирования воздуха в промышленных, общественных и жилых зданиях. ~ М.: Стойиздат, 1971. 270 с.

27. Активная и пассивная термоизоляция вагона с облегченным кузовом // Müller М. Железные дороги мира, 1988. №11. - с. 29-31.

28. Шорин С.Н. Теплопередача М.: Высшая школа, 1962. - 430 с.

29. Тепло-и массообмен: технический справочник; под ред. В.А. Григорьева, В.М. Зорина. М.: Энергоиздат, 1982. - 510 с.

30. Маханько М.Г. Сидоров Ю.П., Терпеньянц Ю.В. Поступление тепла в кабину тепловоза 2ТЭ121 от солнечного излучения // ВНИТИ, деп.2933, 1985.-№3.-с. 102

31. Сидоров Ю.П., Терпеньянц Ю,В. лучистый теплообмен в кабине тепловоза 2ТЭ116 / Деп. ЦЕИИТЭИ; 1984. № 2934-84.

32. Сидоров Ю.П., Гришина Л.А., Скогорев И.В. Определение количества инфильтрационного воздуха, поступающего в кабину электровоза серии ВЛ80 // Электровозостроение, 1984. т. 25. - с. 153-156.

33. Сидоров Ю.П., Гришина Л. А Определение количества инфильтрационного воздуха в кабине электровоза // Межвузовский сборник трудов1. МИИТ. Вып. 756. - 1984.

34. Кирпичников ДМ., Демина Е.М., Ратнер Е.М. Физиолого-гигиенические обоснования норм микроклимата в кабине магистрального локомотйва // Сб. научн. Тр. М.: Транспорт, 1984. - с. 69-73.

35. Маханько М.Г., Сидоров Ю.П., Терпеньянц Ю.В. Расчетный метод определения теплового состояния машиниста локомотива // Железнодорожный транспорт, 1986. №5. - с. 17-20.

36. Разработка комплексной программы теплотехнической оценки кабин локомотивов: Отчет / Моск. Йн-т инж. Ж.д. трансп. (МИИТ); руковод. темы Ю.П.Сидоров: Тема 184/86; № ГР 01860089292,- М., 1983.- 74 с.

37. Разработка комплексной программы теплотехнической оценки кабин локомотивов: Отчет / Моск. Ин-т инж. Ж.д. трансп. (МИИТ); руковод. темы Ю.П.Сидоров: Тема 184/86; № ГР 01860089292.- М., 1987.- 57 с.

38. Исследование комбинированной системы летнего и зимнего кондиционирования воздуха кабины электровоза ЧС7: Отчет по НИР ВНИИЖГ, рук. Школьников Б.И. -М., 1984 30с.

39. Лосавио Н.Г., Школьников Б.Й., Дорфман A.A. Вопросы теплотехнического совершенствования кабин локомотивов и путевых машин. // Медицина труда и промышленная экология. 1995. - №2 - с. 8-9.

40. Смышпяев O.E., Майсоценко B.C. Воздухоохладитель регенеративного косвенно-испарительного типа для кабины транспортного стедства. // Холодильная техника 1987. - №2 - с. 20-23.

41. Зворыкин М.Л., Черкез В.М. Кондиционирование воздуха в пассажирских вагонах. М.: Транспорт, 1977. - 288 с.

42. Руководство по железнодорожной медицине. Том II под ред. Кривули С. Д., Коршунова Ю.Н. М., 1991. - 450 с.

43. Гольдман Э.И., Глушков А.Ф. Кондиционирование воздуха в кабине машиниста// Железнодорожный транспорт, 1980. №11. - с. 36-39.

44. Конструирование. Расчеты и экспериментальные исследования системы кондиционирования воздуха в кабине магистрального электровоза.

45. Китаев Б.Н., Рубинчик K.M., Гудыма Е.В. Пути улучшения теплотехнических показателей пассажирских вагонов с кондиционированием воздуха при высоких скоростях движения / Тр. ЦНИИ МПС 1974. -Вып 528. - 72 с.

46. Теоретические и прикладные проблемы современного здравоохранения и медицинской науки: Сборник научных трудов МГИУ. Часть 1. М., 2001. -412 с.

47. Лосавио Н.Г., Ракинцев Ю М., Дмитриев А.С. оценка эффективности кондиционеров, испытанных на подвижном составе ж.д. транспорта и метрополитена. // Сб. трудов ВНИИЖГ. М.: Транспорт, 1984. - с.17-23.

48. Смышляев О.Е. Установки для кондиционирования воздуха кабин локомотивов: Обзор. -М: ЦНИИТЭИтяжмаш,1986. сер.5. Вып.7. - 40 с.

49. СП ЦУВСС 6/7 от 27.02.97. Санитарные правила при работе с ульт-розвуковыми дефектоскопами на ж.д. транспорте.