автореферат диссертации по транспорту, 05.22.07, диссертация на тему:Совершенствование методов анализа термодинамической эффективности объектов и систем обслуживания подвижного состава

МИНИСТЕРСТВО ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ РФ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ _(МИИТ)_

На правах рукописи УДК 629.4.067: 614.841.12:621.311.62

ПОПОВ Владимир Георгиевич

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ АНАЛИЗА ТЕРМОДИНАМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОБЪЕКТОВ И СИСТЕМ ОБСЛУЖИВАНИЯ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА

05.22.07-Подвижной состав железных дорог и тяга поездов.

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва-2000

Работа выполнена в Московском государственном университете путей сообщения (МИИТ).

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор КОССОВ Евгений Евгеньевич доктор технических наук ХЛЕСТКИН Дмитрий Алексеевич доктор технических наук, профессор ШЕБЕКО Юрий Николаевич Ведущее предприятие - Научно-производственное объединение машиностроения (НПО Машиностроения).

Защита состоится " I " 2000 года в. -М/ ч. 0() мин.

на заседании диссертационного Совета Д 114.05.05 при Московском государственном университете путей сообщения (МИИТ) по адресу: 101475, г. Москва, А-55, ул. Образцова, 15, ауд..'/ 'X А -Г С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан "¿Ц " (Л ^Ч-У <;' к 2000 г. Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью, просим направлять в адрес Ученого Совета университета.

Ученый секретарь ......'

диссертационного Со д. т. н., профессор

OiSh.SE,о

-3-

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА-РАБОТЫ Актуальность. Проблема обеспечения безопасности и уменьшения энергоемкости перевозочного процесса является ключевой для железнодорожного транспорта. Особое место на железнодорожном транспорте занимает безопасность при перевозке опасных грузов. Ряд аварий с пожарами и взрывами, произошедших с железнодорожными цистернами для транспортировки сжиженных газов и имевших катастрофические последствия, свидетельствуют о высокой степени химической, пожарной и взрывоопасности процессов перевозки этих веществ. Предотвращение подобных аварий, разработка технических средств защиты цистерн от аварийного теплового воздействия не возможны без понимания сложных термодинамических процессов, происходящих в цистерне. Трудности с проведением экспериментов выдвигают на передний край исследование подобных аварий с применением компьютерного моделирования.

Основная задача снижения энергоемкости перевозок состоит в совершенствовании тяги, создании энергетически совершенных установок, теплообменных аппаратов, систем охлаждения силовых полупроводниковых приборов (СПП). Оценка энергопотребления в локомотивных и вагонных депо, на ремонтных заводах МПС показала наличие значительных ресурсов энергосбережения. Остро стоит задача реконструкции существующих промывочно-пропарочных предприятий (ППП), использующих энергоемкую и экологически несовершенную технологию очистки цистерн от остатков нефтепродуктов с предварительной пропаркой.

Решение поставленных задач по пожаровзрывобезопасности цистерн и снижению энергоемкости перевозок возможно на основе анализа термодинамической эффективности объектов и систем обслуживания подвижного состава с использованием универсальных, объективных критериев совершенства, дальнейшим поиском оптимальных технических решений. Выбор параметров технических средств по обеспечению безопасности при перевозке опасных грузов с учетом аварийного теплового воздействия и оценка термодинамической эффективности объектов и систем обслуживания подвижного состава напрямую связаны с построением математических моделей объекта, формулированием целевых функций, выбором безопасных и оптимальных теплотехнических решений.

Поэтому тема диссертационной работы актуальна и соответствует научному направлению кафедры «Вагоны и вагонное хозяйство» по обеспечению безопасности при перевозке опасных грузов, а также научному направлению кафедры «Теплоэнергетика железнодорожного транспорта» по совершенствованию энергетических объектов и систем обслуживания подвижного состава.

Автором лично выполнен весь объем работ по созданию методологии единого подхода к исследованию термодинамической эффективности объектов подвижного состава и систем технического содержания и ремонта подвижного состава (ПС и СТСР ПС) с учетом ограничений на их массогабаритные характеристики и затрат технически работоспособной энергии на транспортировку (объекты ПС). Разработаны системные термодинамические критерии эффективности, математическое и программное обеспечение по оценке эффективности энергопотребле-

ния в СТСР ПС, оптимизации теплообменных аппаратов и установок подвижного состава и его систем обслуживания, воздушных и испарительных систем охлаждения СПП, выбору параметров по обеспечению безопасности при перевозке опасных грузов с учетом аварийного теплового воздействия. Проведены соответствующие расчеты и проанализированы полученные результаты.

Цель работы. Оценка термодинамической эффективности объектов и систем обслуживания подвижного состава и выбор параметров технических средств по обеспечению безопасности при перевозке опасных грузов с учетом аварийного теплового воздействия.

Общая методика исследований. Решение поставленных задач осуществляется на основе системного анализа и методов математического моделирования. Математические модели решались численными методами на ЭВМ.

Достоверность результатов подтверждается сравнительным анализом теоретических и экспериментальных данных.

Научная новизна.

На основе системного анализа создана методология единого подхода к исследованию термодинамической эффективности объектов и систем обслуживания подвижного состава. Получены универсальные, объективные критерии термодинамического совершенства (минимум необратимых потерь энергии при различных способах ее преобразования и передачи) для объектов и систем обслуживания подвижного состава с учетом ограничений на массогабаритные характеристики и затрат технически работоспо-

собной энергии на их транспортировку. С использованием критериев термодинамического совершенства разработаны методы поиска эффективных теплотехнических решений для объектов и систем обслуживания подвижного состава различного уровня сложности, предназначенных для производства, преобразования, аккумулирования, передачи, потребления теплоты и энергии.

Практическая ценность

1. Методология единого подхода к исследованию термодинамической эффективности объектов и систем обслуживания подвижного состава, разработанные методы оптимизации существенно сокращают объем, трудоемкость и стоимость работ при выборе параметров технических средств по обеспечению безопасности при перевозке опасных грузов, создании новых видов энерготехнологических установок.

2. Создана автоматизированная система - Пакет Прикладных Программ (ППП) "HEAT" для расчета показателей энергопотребления СТСР ПС и других теплоэнергетических систем ж. д. транспорта.

3. Проведен анализ теплопотребления вагоноремонтного завода «Выхино» г. Москва. Предложен комплекс организационно-технических мероприятий по энергосбережению.

4. Составлена программа на ЭВМ оптимизации кожухотрубного водомасляного теплообменника тепловоза для различных габаритных и определяемых работой дизеля и системой охлаждения ограничений.

5. Проведена оптимизация водомасляного теплообменника для тепловозов серии 2ТЭ10 и 2ТЭ109 (с дизелем Д70). Найдены конструктивные характеристики и определена степень термодинамического совершенства.

- ?-

6. Получены аналитические зависимости для расчета оптимальных соотношений проходных сечений подъемных и опускных участков контура естественной циркуляции различного вида групповых систем испарительного охлаждения силовых полупроводниковых приборов (СПП), обратного теплообменного элемента.

7. Составлена программа расчета на ЭВМ нестационарного температурного поля с целью оценки эффективности охлаждения в установках энергонапряженных элементов и узлов, работающих под воздействием циклических тепловых нагрузок (элементы конструкций подвижного состава, системы охлаждения СПП и т.д.) и имеющих вид многослойных тел сложной формы.

8. Проведена оценка теплового состояния тиристора ТБ-2-400 с индивидуальным воздушным охладителем и выполнены исследования по оптимизации воздушной групповой системы охлаждения СПП для электроподвижного состава (Тип-1320 "моноплита").

9. Создан программный комплекс «Fobot» для компьтерного моделирования поведения цистерн со сжиженными газами в очаге пожара, выбора оптимальных технических средств защиты.

10. Проведены исследования по выбору оптимальные технические средства защиты цистерн моделей 15-1519(15-1569), 151556, 15-1597, 15-1619 и перспективной цистерны с пропаном объемом V=100 м3, внутренним диаметром D=3 м при аварийном тепловом воздействии.

11. Определены три возможных подхода (стратегии) к повышению эффективности энергосбережения в СТСР ПС. У станов-

-в-

лено, что наиболее перспективным подходом является подход «Адапти-визация», который направлен на создание энергетического хозяйства с наивысшими возможностями энерго- и ресурсосбережения.

12. Предложена энергосберегающая и экологически чистая технология очистки цистерн от остатков нефтепродуктов.

Реализация результатов работы

1. Пакет Прикладных Программ (111111) "HEAT - средство оценки энергопотребления в системах обслуживания подвижного состава эксплуатируется с 1993 г. в Топливно-теплотехническом отделе Локомотивной службы Северной железной дороги.

2. Решением Топливно-теплотехнической секции НТС МПС РФ (протокол №2 от 24.02.94) (111111) "HEAT" рекомендован к внедрению на других железных дорогах, а также в качестве подсистемы автоматизированной системы управления топливно-энергетическими ресурсами на ж.д. транспорте (АСУ ТЭРЖ). Пакет Прикладных Программ (ППП) "HEAT" отмечен медалью и дипломом выставки "ЭКСПОЖД-96", ВВЦ, г. Москва.

3. Проведена школа передового опыта с работниками депо и ремонтных заводов МПС РФ по использованию программных средств при определении технико-экономических показателей энергопотребления в СТСР ПС. г.Москва. ЦТ МПС РФ. 1994.

4. Проведенный анализ теплопотребления вагоноремонтного завода «Выхино» г. Москва позволил предложить комплекс организационно-технических мероприятий, суммарный экономический эффект от реализации которого составил порядка 100-130 тонн условного топлива в год.

5. Разработанные методы оценки теплового состояния энергонапряженных узлов энергетических установок ПС и СТСР ПС применяются во ВНИИЖТе при реконструкции и проектировании энерготехнологического оборудования.

6. Разработанные математические модели, алгоритмы использовались на Таллиннском электротехническом заводе им. М.И. Калинина при создании систем испарительного охлаждения СПИ и воздушной групповой системы охлаждения СПП для электроподвижного состава (Тип-1320 "моноплита"), а программные средства являлись подсистемой САПР силовых полупроводниковых приборов.

7. Методика расчета поведения цистерны со сжиженным газом в очаге пожара представлена на рассмотрение в ЦРБ МПС РФ в качестве нормативного материала.

8. Предложенная энергосберегающая и экологически чистая технология очистки цистерн от остатков нефтепродуктов передана в Промтрансниипроект г. Москва с целью использования при реконструкции промывочно-пропарочных предприятий.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на:

• секции "Обеспечение безопасности перевозки опасных грузов" Научно-практической конференции "Безопасность движения поездов". Москва. 1999;

• заседании кафедры «Локомотивы и локомотивное хозяйство» МИИТа, Москва. 1999;

• научной секции "Энергосбережение и экология на ж.д. транспорте" Совета РАН по проблеме "Тепловые режимы машин и аппаратов". Москва. 1997;

• научно-практической конференции" Работа локомотивного хозяйства железных дорог в рыночных условиях". Белоруссия. Брест. 1995;

• школе передового опыта "Использование программных средств в условиях железных дорог для нормирования расхода котельно-печного топлива и расчета топливных режимов котельных". Москва. ЦТ МПС РФ. 1994;

• топливно-теплотехнической секции Научно-технического Совета МПС РФ. Москва. 1994;

• международном семинаре № 145 "Физика и химия обработки материалов ...". РАН. Институт металлургии им. A.A. Байкова. Москва. 1993;

• Минском международном форуме ММФ-92. (HEAT/MASS TRANSFER- MIF-92). Минск. 1992;

• секции "Методы расчета процессов теплопереноса и физико-химических превращений в высокотемпературных материалах" Научного Совета ГКНТ СССР по проблеме массо- и теплоперенос в технологических процессах, на тему: "Физические и математические модели теплопереноса в технике и технологии". Москва. 1990;

• восьмой Всесоюзной конференции "Двухфазный поток в энергетических машинах и аппаратах". Ленинград. 1990;

• седьмой Всесоюзной конференции "Двухфазный поток в энергетических машинах и аппаратах". Ленинград. 1985;

-/У-

• всесоюзной конференции "Воздушное, жидкостное и испарительное охлаждение силовых полупроводниковых приборов и преобразователей на их основе". Таллинн. 1982;

• шестой Всесоюзной конференции по теплообмену и гидравлическому сопротивлению при движении двухфазного потока в элементах энергетических машин и аппаратов. Ленинград. 1978;

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано в печати 36 работ.

Структура н объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, выводов, списка литературы и приложения. Диссертационная работа содержит 201 страницу машинописного текста, 38 рисунков, 14 таблиц, 17 страниц литературы с перечнем использованных источников и 122 страницы приложения.

Благодарности. Автор выражает глубокую признательность Л.Ф. Федорову, В.Н. Филиппову за помощь в выборе направления исследований, Г.А. Третьякову, A.C. Селиванову - за многолетнюю совместную работу. Автор благодарит персонально П.С. Анисимова, И.В. Бирюкова, В.Н. Котуранова, В.И. Киселева, В.Д. Кузьмича, Ю.П. Сидорова, П.А. Устича, A.A. Хохлова, В.Д. Хусидова, а также многим других сотрудников кафедр «Вагоны и вагонное хозяйство» и «Теплоэнергетика ж.д. транспорта» за доброжелательное отношение и ценные советы, высказанные при обсуждении диссертации.

-¿г-

Основное содержание работы Во введении отмечается важность и актуальность совершенствования методов анализа термодинамической эффективности объектов ПС и СТСР ПС, дается общая характеристика работы.

В первой главе дан обзор исследований по термодинамическому анализу объектов ПС и СТСР ПС, вырабатывается общая методология исследований, формулируются основные задачи решаемой проблемы.

Термодинамический анализ энергетических объектов ПС и СТСР представлен в работах Е.Т. Бартоша, И.Г. Киселева, Е.Е. Коссо-ва, В.Д. Кузьмича, Ю.А. Куликова, М.Г. Маханько, Н.И. Панова, А.П. Третьякова, Л.Ф. Федорова, М.М. Хазена и многих других. Исследования термодинамических процессов при разгерметизации резервуаров высокого давления, закономерностей истечения метастабильной вскипающей жидкости приведены в работах В.В. Фисенко, Д.А. Хлесткина. Способы противопожарной защиты цистерн со сжиженными углеводородными газами в очаге пожара, предотвращающие взрыв резервуара с метастабильной жидкостью, рассматривались в работах В.Н. Филиппова, Ю.Н. Шебеко. Установлено, что дальнейшее совершенствование методов анализа термодинамической эффективности должно идти путем учета целевого назначения объекта, ограничений на его массогаба-ритные характеристики, побочных эффектов (выбросов) объекта. Требует особого рассмотрения вопрос соответствия критерия эффективности сложного объекта в целом и критериев эффективности его частей.

Эти обстоятельства обусловливают необходимость разработки единого подхода к исследованию термодинамической эффективности энергетических объектов ПС и СТСР ПС, базирующегося на методоло-

-/.з -

гии системного анализа. С системной точки зрения к энергетическим объектам подвижного состава и систем технического содержания и ремонта подвижного состава (ПС и СТСР ПС) должны быть отнесены все системы, установки и их элементы, которые и/или производят, преобразуют, аккумулируют, передают, используют на той или иной стадии технологического процесса тепловую энергию. В работе сформулированы эвристические процедуры, позволяющие формализовать построение системной модели энергетического объекта. Системная модель энергетического объекта ПС и СТСР ПС включает в себя: модель «черного ящика», которая определяет внешнюю границу объекта и множество его входов и выходов; модели состава и структуры; законы сохранения; выбранный критерий эффективности. Признак - «степень сложности» позволяет упорядочить все множество энергетических объектов ПС и СТСР ПС на основе «принципа вложения» в многоуровневую, иерархическую систему. Множество энергетических объектов ПС и СТСР ПС разбивается на четыре класса: энергетическое хозяйство СТСР ПС; энерго- и топливопотребляющие установки ПС и СТСР ПС; звенья и узлы энерготехнологических установок; физико-химические системы звеньев и узлов. При такой классификации объекты верхних уровней иерархии содержат объекты низших уровней во все более агрегированном виде (по числу частей, типов частей, входов, выполняемых функций). Это позволяет поставить каждому уровню иерархии в соответствие системные критерии эффективности. Можно выделить три возможных стратегии, с помощью которой объект (система) эффек-

-14-

тивно достигает цели. Назовем условно эти стратегии: «поддержание», «оптимизация», «адаптивизация». При выборе стратегии «поддержание» эффективным считается тот объект, который при заданном выходе

на произведенные «ценности» затрачивает минимальные ресурсы Р=тт ^ /Х/С„,ВД при [Хк(Сп.и„)]=сот1

Сп

При выборе стратегии «оптимизация» эффективным считается такой объект, который при заданном входе обеспечивает получение максимального количества произведенных «ценностей»

Р=шах 1Уеых" [Хк(С,п,От] при Я^даС, ,Вт)]=сот\.

Сп

При выборе стратегии «адаптивизация» эффективным считается такой объект, который при минимальных затратах ресурсов обеспечивает получение максимального количества произведенных «ценностей»

р=шах {жеых" /хксся,ад- швх[хк(сп ,вд}

Сп

Здесь \¥т[ХК(Сп ,От)] и УУвыхП[Хк(С„ - эквиваленты затраченных ресурсов и произведенных «ценностей»; С„ и Вт - векторы управляемых и неуправляемых переменных состояния объекта. Для получения термодинамических критериев эффективности энергетических объектов ПС и СТСР ПС любого уровня сложности, используя уравнение Гюи-Стодола, можно записать

где = ¿^Е™ ; И^^ = ^ Е™х ; ЕГ - входной эксергетический поток 1-го вида; Е™х - использованный по целевому назначению поток

эксергии у'-го вида; И^опх= ^ Е^х - суммарный выходной поток неис-

1

пользованной эксергии (отходы, выбросы); А.?>0 - приращение потока

энтропии, получаемого окружающей средой в результате необратимых процессов в энергетическом объекте; То- температура окружающей среды. Для получения сопоставимого ряда критериев эффективности энергетических объектов, можно получить КПД (11„<1) и коэффициент потерь

п=}у - 1 - ^стх - п

Чп п вых ' > Г ех - 1 , '/„

Ж

ЦТ"

вых

Для энергетических объектов подвижного состава в эквивалент затраченных ресурсов должны входить необратимые потери касательной мощности локомотива на их транспортировку. Выделим некоторый энергетический объект массой Мтэ на тепловозе и массой Мвэ , находящийся в вагоне. Записав систему уравнений тяги

в энергепгческой форме для расчетной точки тяговой характеристики локомотива, можно получить необратимые потери касательной мощности тепловоза, затраченные на транспортировку энергетического объекта тепловоза М™3 =Мтэм>'агр и энергетического объекта вагона N° 0 = Здесь и'0, ы о - основное

удельное сопротивление соответственно тепловоза и вагона; ур -расчетная скорость тепловоза. В работе получены аналитические зависимости для термодинамических критериев эффективности следующих объектов ПС и СТСР ПС: энергетического хозяйства СТСР ПС; промывочно-пропарочной станции; тепловозной тяги; дизельной установки тепловоза; системы охлаждения дизельной установки тепловоза; многоцелевой энергетической установки вагона; радиатора системы отопления пассажирского вагона и т.д. Так для многоцелевой энергетической установки вагона, выходом

-16 -

которой является теплота [// разных потенциалов Ти холод -< О потенциалов 7} и другие виды энергии 1] '3К (электрическая, механическая и т.д.), эквивалент затраченных ресурсов будет иметь вид

IV +

6Х,у к>у *

где N -мощность привода установки от стороннего источника; -

небратимые потери касательной мощности локомотива на транспортировку установки. Эквивалент произведенных «ценностей»

к«,У +Ии: >

' } X

где теЛ=(ГI - То)/7',>0 и ^¿-/7} - Т0)/ 7]<0 - эксергетические температуры. Для тепловозов с электрической передачей определены показатели термодинамического совершенства тепловозной тяги. Получено, что наиболее совершенным с термодинамической точки зрения является тепловоз 2ТЭ116 (коэффициент полезного использования энергии -т]э=32,26%, коэффициент полезного действия - г/п=29,91%).

Во второй главе обосновывается актуальность повышения эффективности использования теплоты и топлива в энергетическом хозяйстве СТСР ПС.

В качестве цели исследования принято такое использование энергоресурсов в энергетическом хозяйстве СТСР ПС, которое обеспечивает экономически обоснованный и технически достижимый, учитывающий социальные и экономические ограничения, минимальный (нормируемый) уровень их потребления. При определении состава и структуры энергетического хозяйства СТСР ПС можно выделить три уровня иерархии элементов энергетического хозяйства. Высший уровень иерархии: общесистемные элементы - промышленные ТЭЦ, котельные, ком-

-п -

прессорные, системы наружного освещения, очистки воды, канализации, наружные системы транспорта энергоносителей. К среднему уровню иерархии относятся: энергетические подсистемы основных производственных цехов, отделений, участков, имеющих автономные сооружения; энергетические подсистемы вспомогательных производственных сооружений, энергетические подсистемы административно-бытовых и санитарно-бытовых сооружений. Низший уровень иерархии энергетического хозяйства СТСР ПС образуют базовые элементы. К ним относятся: топливо-и энергопотребляющие, теплоиспользующие установки; системы внутреннего освещения, отопления, вентиляции и горячего водоснабжения зданий и сооружений. В соответствии с выбранной целью в качестве критерия эффективности энергетического хозяйства СТСР ПС следует принять системный критерий «под держание»

i к

где {О™ + ^ 01 ^ В ¡к} а - суммарное нормализованное потреб-

I к

ление энергетических ресурсов в СТСР ПС; О"" - количество электроэнергии, полученной от внешнего источника; Вц- расход органического топлива г-то вида в к-ом элементе энергетического хозяйства СТСР ПС; О* - энергоемкость органического топлива /-го

вида.

Для оценки топливо- и энергопотребления в СТСР ПС целесообразно использовать две формы записи математической модели. Во-первых, топливно-энергетический баланс, структурированный по элементам СТСР ПС

er +Е01А=ZÔ;+TLQ7+

1 к j j k

J k j k i k

где o;r =e;r +Q::+Q7 Q7=•

i

Во-вторых, топливно-энергетический баланс CTCP ПС, структурированный по видам потребителей

' К j j

> j »

где;ôr=Eô£ m-lLQJ

k k k k

Qr=XQ™ >Q7p = 1lQ7 ■

k k k

Здесь <9jC " расход энергии у'-го энергоносителя на общесистемные нужды; ,Q°k, Q%, Qjk ? (2jt - количество энергииу-го энергоносителя,

потребляемой к-ым элементом СТСР ПС (цехом, зданием, сооружением

и т. д.) на отопление, вентиляцию, горячее водоснабжение, технологические нужды и освещение соответственно; 0™f- потери энергии при

передаче j-го энергоносителя от к-го элемента (место производства) к /-му (место потребления); Q"{? - потери энергии при производстве j-го

энергоносителя в ¿-ом элементе СТСР ПС; О-1" = Q™" - количество

к

энергии /'-го вида органического топлива, используемой в топливопот-ребляющих установках. Для нормализованных балансов определяются следующие нормы (среднегодовые и максимально-часовые) расхода теплоты на: отопление; вентиляцию; горячее водоснабжение; моечные машины; разогрев и слив

нефтепродуктов; компенсацию потерь при хранении нефтепродуктов; технологические и выварочные ванны объемом меньше 4 м3; пропиточные ванны; приготовление дистиллята; промывку и пропарку цистерн; сушку лесоматериалов. Также рассчитываются: удельная норма расхода условного топлива для источника теплоснабжения; нормы потерь теплоты во внешних тепловых сетях; количество условного топлива, необходимое для выработки нормализованного количества теплоты, потребляемой СТСР ПС за год. Сопоставление фактического и нормализованного балансов энергопотребления в СТСР ПС в двух его формах позволяет выявить различия в потреблении теплоты и топлива для элементов всех уровней иерархии энергетического хозяйства. Анализ выявившихся различий в потреблении теплоты и топлива в элементах энергетического хозяйства СТСР ПС дает возможность установить причины их возникновения. Разработать комплекс организационно-технических мероприятий по повышению эффективности использования теплоты и топлива в энергетическом хозяйстве СТСР ПС. Комплекс организационно-технических мероприятий должен представлять собой систему, охватывающую задачи планирования, мотивации, организации и контроля для всех уровней иерархии энергетического хозяйства СТСР ПС. На основе метода создана автоматизированная система - Пакет Прикладных Программ (ППП) "HEAT". Он предназначен для оперативного определения норм расхода теплоты и топлива для систем производственных и непроизводственных потребителей СТСР ПС, составления двух форм нормализованного теплового баланса. Проведен анализ теплопо-

-го -

требления вагоноремонтного завода «Выхино» г. Москва. Обнаружен существенный перерасход теплоты на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение, который составляет 12,3%, а на технологические нужды - 85,9%. Определен перечень организационно-технических мероприятий по экономии тепловой энергии. Суммарная экономия от реализации энергосберегающих мероприятий составила 100-130 тонн условного топлива в год.

В третьей главе доказывается необходимость оптимизации теп-лообменных аппаратов ПС с использованием системных термодинамических критериев, так как при технико-экономической оптимизации минимум приведенных затрат имеет пологий вид и полученные значения оптимизируемых параметров часто являются неприемлемыми из-за ограничений на массогабаритные характеристики установок. Рассматривается оптимизация кожухотрубных водомасляных теплообменников тепловоза (принудительная циркуляция). При этом возникают следующие ограничения:

1. Определяемые работой дизеля. Задан GM - массовый расход масла; Г/л/, hn - температуры масла на входе и выходе из теплообменника соответственно.

2. Ограничения, определяемые работой системы охлаждения дизеля, могут быть двух видов:

2.1. Задан массовый расход GB и температура воды входе ¡¡в.

2.2. Задан только массовый расход GB.

3. Габаритные ограничения могут быть также двух видов:

3.1. Задан V=const и отношение его длины к диаметру, L'D-const.

3.2. Задан физический объем трубного пучка V=const.

Из ограничения 1. следует \¥"Ъ!Х т — const, поэтому системным

критерием эффективности подсистемы «водомасляный теплообменник» может быть только критерий «поддержание»

Р(С, D) = шт{ GBeBet!X +AEQ+N„+NB+ N^},

с

где ЛЕд - потери от необратимости теплообмена при конечной разности температур между маслом и водой; eBiS)JX - удельная эк-сергия потока воды на выходе из теплообменника; N„ , Nb - доля мощности масляного и водяного насосов, затраченная на прокачку

через теплообменник масла и воды соответственно; N"T - расчетные необратимые потери касательной мощности локомотива на транспортировку подсистемы «водомасляный теплообменник». Здесь С - вектор управляемых переменных состояния, D - вектор неуправляемых переменных состояния.

Для различных видов ограничений на переменные состояния они имеют следующий вид:

Оптимизация 1. (ограничения 1, 2.1, 3.1)

С = (уя> zs> глЛ» в = (ntp> vM> А Л h);

Оптимизация 2. (ограничения 1., 2.1., 3.2.)

С = {va, zB, zM,D}, D = {NTP,vM,L,t„l, h];

Оптимизация 3. (ограничения 1, 2.2, 3.1)

С = {tw, vB,zB,zM), D = {t1B, NTP, vu,tx,D, L, I, h};

Оптимизация 4. (ограничения 1, 2.2, 3.2)

с = {tXB, VB, zB, zM ,D}, D = {t2B, vM ,Njp,t\,L, /, h).

Здесь Zb - число ходов воды в теплообменнике; zAt - число ходов масла в теплообменнике; NTP - число труб в трубном пучке; D -

-

диаметр трубного пучка; Ь - длина трубного пучка; - шаг трубок в трубном пучке; / - расстояние между сегментными перегородками; ув -скорость воды; ул/- скорость масла; И - высота сегментной перегородки. При поиске оптимального решения использовались технологические и конструктивные ограничения в виде двойных неравенств на значения t2B, ув. гв. уд/. ИФ. Так как вектор С содержит непрерывные (Ув, Ьв, Щ и дискретные (гв, ¿л/) составляющие, то для поиска оптимального решения был разработан модифицированный метод покоординатного спуска. Составлена программа для 1ВМ-совместимых компьютеров. Проведены различные виды оптимизации водомасляного теплообменника для тепловозов 2ТЭ10 и 2ТЭ109(с дизелем Д70). Для тепловозов 2ТЭ10 результаты оптимизации представлены в таб. 1. При последовательном переходе от «Оптимизации 1.» к «Оптимизации 4.» КПД теплообменника т}„ монотонно возрастает, что означает повышение степени его термодинамического совершенства. В тоже время другие показатели (ГОСТ 13211-80 и ГОСТ 10598-82) относительно увеличиваются или уменьшаются. Можно утверждать, что они в целом образуют противоречивую систему показателей, а КПД г]п является единственным наиболее полным показателем термодинамического совершенства водомасляного теплообменника. Далее в Главе представлен метод оптимизации на основе системного критерия «поддержание» энергетических установок различного вида и назначения, работающих на принципе естественной циркуляции (ЕЦ) при заданном объеме контура ЕЦ. Такие установки находят широкое применение в системах испарительного охлаждения энергонапряженных узлов энергетических и технологических установок СТСР ПС, в индивидуальных и группо-

-¿з -

вых системах испарительного охлаждения силовых полупроводниковых приборов для установок подвижного состава. При проектировании контуров ЕЦ возможны случаи, когда мощ-

ность установки и параметры греющего теплоносителя известны,

Таблица 1.

Оптимизация водомасляного теплообменника

тепловоза 2ТЭ 10

Наименование Серия Оптимум 1 Оптимум 2 Оптимум 3 Оптимум 4

Температура воды на входе, ° С 65,5 65,5 65,5 40 40

Размеры трубного пучка: Диаметр, мм Длина, мм 460 2036 460 2036 755 755 460 2036 755 755

Количество трубок, шт. 955 714 2453 368 1378

Шаг трубок в пучке, мм 13 16 14,2 22,2 18,8

Живое сечение для прохода масла, м" 0,0144 0,0236 0,0494 0,0349 0,0798

Поверхность теплопередачи, м2 59.8 45,7 58.2 23.6 32,7

Расстояние между перегородками, мм 143 143 248 152 248

Число ходов масла (воды) 14(3) 14(2) 3(3) 13(1) 3(1)

Масса, кг: Трубного пучка теплообменника 454 750 368 663 469 845 190 345 263 475

КПД - г?„, % 35,5 36,6 39,8 62,5 63,9

Ку=1&- 0/(1'АТср) 87634 87634 87634 27003 27185

Кв=Ю30/(0АТср) 31 45 60 27 19

Кт=1030/(ЕЛТС„) 389 649 509 388 281

Е=0/[Ъ1[+ N2] 36 46 189 153 562

а из конструктивных соображений заданы объем и некоторые геометрические характеристики отдельных участков подъемной и опускной систем контура.

Рассматривается произвольный контур ЕЦ, состоящий из N участков, из которых М участков приходится на подъемную систему. Под участками контура понимаются элементы контура, отличающиеся параметрами теплоносителя, конструктивным исполнением. Задачу оптимизации можно свести к следующей: для заданного вектора

D = {кц, Агн, Lt, d)i, Я,., Р) найти вектор управляемых переменных С = {Sj,S2,...,SN} , обеспечивающий минимальное значение

N

Р = min F{C,D) при V = У1Д =const,

6 W

V N Т

где ^ = + + ' ■

p'SL tt Чф) 2/?Д2.'

(S-02 , p' r = ~T7,-7 + "

кч кцр'<рв«

Здесь кц - кратность циркуляции контура; со, - угол между направлением /-го участка и вертикалью; Ьи Д - длина, площадь поперечного сечения, коэффициент трения жидкой фазы /-го участка; Л„=г -/„ - не-догрев теплоносителя в барабане-сепараторе; (р - истинное объемное

паросодержание. Ч/,-1 для участка с однофазным теплоносителем и = для участка с двухфазным теплоносителем, где Ф^ - средний по длине участка параметр двухфазности. Экстремальная задача решалась методом множителей Лагранжа.

-

Данный метод оптимизации применялся для следующих энергетических объектов: испарительного канал типа трубки Фильда (обратный теплообменный элемент); системы испарительного охлаждения СПП, состоящей из несколько опускных необогревае-мых и подъемных обогреваемых участков, соединенных с конденсатором-сепаратором; контура естественной циркуляции, в котором конструкция блока подъемных участков задана, а из технологических соображений конденсатор находится на значительном расстоянии от блока подъемных труб и соединен с блоком протяженным пароотводящим и жидкостным трактом. Для всех этих объектов были получены аналитические выражения для оценочного и конструкторского расчета оптимальных площадей подъемных и опускных участков контура ЕЦ. Результаты оптимизации сравнивались с экспериментом и поиском оптимального соотношения площадей с помощью многовариантных расчетов на ЭВМ. Получено удовлетворительное совпадение результатов.

В четвертой главе рассматриваются методы оценки эффективности охлаждения индивидуальных и групповых, воздушных систем охлаждения СПП. Для математического моделирования нестационарного температурного поля в гетерогенном (многослойном) теле с пульсирующим внутренним тепловым источникам, коэффициентом теплоотдачи и температурой среды использовался метод двухмасштабных разложений.

Идея метода состоит в выделении в задаче двух разномасштабных по времени процессов: высокочастотного процесса, масштаб которого определяется наиболее высокочастотным внешним воз-

"¿6-

действием на нестационарное температурное поле; низкочастотного процесса с масштабом, определяемым постоянным внешним воздействием. Можно ввести два характерных безразмерных времени; г = г/г0 - медленное время; г*=а>г - быстрое время. Здесь г0 - масштаб низкочастотного процесса; со = maх{а> ,соa,û)t} , где coq, а>а, a>t -

характерная круговая частота пульсаций внутреннего теплового источника, коэффициента теплоотдачи, температуры среды соответственно. Тогда искомое нестационарное поле можно представить в следующем виде

Г (г, г) = Т(г, т,т* ) — Т(г, г) + t(r, т,т), где Т(г,т) - медленная составляющая нестационарного температурного поля; i(r,f,T*) - пульсирующая составляющая нестационарного температурного поля.

Задачу удобно записать в вариационной формулировке, равносильной системному критерию «адаптивизация»

Р = I J{^(V7T)2 -2qT + 2cpT~)dV + J{-аТг - aT6}dF, 2 v ÔT F 2

Здесь Л - коэффициент теплопроводности; с - удельная теплоемкость; р -плотность; q - внутренний тепловой источник; а - коэффициент теплоотдачи; 0 - температура среды; dV - элемент объема; dF - элемент поверхности. Нестационарное температурное поле гетерогенного тела определяется из минимума исходного функционала. Предположив периодичность t(r, т,т* ), представим t{f, т, т* ) в виде разложения в

конечный ряд Фурье по быстрому времени. Можно получить частные вариационные функционалы для определения Т(г,т), ак(г,т),

Ьк(г,г), которые зависят только от медленного времени г. Здесь

* -

ак(г,г), Ьк(7,т) - коэффициенты ряда Фурье. Поэтому при использовании численного решения получается значительный выигрыш в затратах машинного времени, так как шаг дискретизации по медленному времени А г не будет зависть от высокочастотного процесса, а будет определяться только условием устойчивости численного метода. Метод двухмасштабных разложений был реализован на ЭВМ ЕС-1030 с помощью вариационно-разностного метода для расчета нестационарного поля в многослойном теле, представляющим собой совокупность цилиндрических пластин разной толщины, материалов и сечений. Данная программа использовалась для оценки теплового состояния тиристора таблеточного типа ТБ-2-400 с индивидуальным воздушным охладителем. Далее рассматривается задача нахождения нестационарного температурного поля в плоской, оребренной с одной стороны ребрами переменного сечения, пластине применительно к оценке эффективности охлаждения группового воздушного охладителя СПП. На гладкой стороне такой пластины действует поверхностный тепловой источник произвольной пространственной формы с мощностью, меняющейся во времени по заданному закону. Оребренная пластина заменяется гладкой пластиной с приведенным коэффициентом теплоотдачи а„. Линейная задача решалась методом функции Грина. Предложенный метод был применен к расчету нестационарного температурного поля группового воздушного охладителя СПП типа "моноплита" (ТИП-1320), который разрабатывался Таллиннским электротехническим заводом для моторва-гонов электроподвижного состава. При расчетах имитировался

режим движения электропоезда (разгон, торможение, стоянка). Анализ температурного поля моноплиты, формируемого единичным СПП, показал, что амплитуда пульсаций убывает с расстоянием от центра прибора. При размещении СПП на плите на расстоянии друг от друга порядка 2,5а, где а- радиус прибора, взаимное тепловое влияние их друг на друга пренебрежимо мало. Это расстояние является оптимальным при размещении приборов на моноплите.

В пятой главе представлен метод выбора технических средств защиты вагонов-цистерн со сжиженным газом (СГ) в очаге пожара. Взрыв резервуара с перегретой жидкостью в очаге пожара получил название BLEVE (Boiling Liquid Expanding Vapor Explosion - взрыв при расширении паров вскипающей жидкости). Если содержимое цистерны является горючим веществом, то в результате BLEVE возникает «огненный шар» - крупномасштабное диффузионное пламя с интенсивным тепловым излучением. Требованиями обеспечения безопасности являются: предотвращение развития аварии по сценарию BLEVE за время, необходимое для развертывания пожарного подразделения (1час -станция; 4 часа - перегон), а по максимуму - исключение такого сценария. Для ядовитых СГ недопустимо открытие предохранительного клапана цистерны. В качестве технических средств защиты цистерн СГ в очаге пожара рассматривались следующие: использование тепловой изоляции; нанесение вспенивающегося огнезащитного покрытия на внешнюю поверхность цистерн; увеличение проходного сечения предохранительных устройств. При нагревании цистерны в очаге пожара, сжиженный газ может находиться в двухфазном, однофазном и сверхкритическом состоянии. Модель теплообмена в котле цистерны включала в

-г $ -

себя пузырьковое, поверхностное, пленочное кипение СГ, режим естественной конвекции. Механизм теплообмена при кипении СГ в очаге пожара осложняется наличием замкнутого объема, непрерывным изменением температуры и давления СГ, произвольной ориентацией в пространстве теплообменных поверхностей, возможным наличием динамических сил. Эти особенности кипения СГ требуют создания теоретических моделей, использующих микрохарактеристики процесса кипения (частота отрыва и отрывной диаметр пузыря, плотность центров парообразования и т.д.). Для их определения проводились теоретические исследования по поведению пузырей на поверхности теплообмена, которые позволили получить соответствующую зависимость для расчета коэффициента теплоотдачи при пузырьковом и поверхностном кипении СГ.

Далее в Главе представлена математическая модель поведения цистерн в очаге пожара с учетом переменности теплофизиче-ских свойств СГ, двухфазного, однофазного и сверхкритического состояния СГ. На внешней поверхности цистерны рассматривался конвективный и радиационный теплообмен с окружающим воздухом. Записывались соответствующие уравнения законов сохранения массы, энергии и уравнения состояния СГ:

г/г

где р - /(Р, Т) - плотность однофазного СГ; р = р(\~Р) + рр _ на линии насыщения; р'=/СГ$)', р =/(Т$); -плотность жидкой и газовой фазы на линии насыщения; 7$ - температура СГ на линии насыщения; ¡3 - объемное газосодержание;

-зо-

О - критический расход сжиженного газа, истекающего из предохранительного клапана.

ат ат

(¥СР $ - двухфазная область',

\VpCp - однофазная и сверхкритическая область;

Г/Л - двухфазная область; 1 {¡к - /) - однофазная и сверхкритическая область;

V

\-р

одпофазп. и сверхкрит. область.

V - двухфазная область; ЧФугУ

Здесь /* - энтальпия истекающей газожидкостной смеси; Р - давление в котле цистерны; ае - коэффициент теплоотдачи на внутренней поверхности котла цистерны; Рв - площадь внутренней поверхности

котла цистерны; Тк - температура внутренней поверхности котла цистерны; г - энтальпия сжиженного газа; СР 3 - удельная объемная

теплоемкость двухфазного СГ; СР - удельная массовая теплоемкость однофазного СГ. Для определения нестационарного температурного поля двухслойной стенки котла цистерны использовался вариационно-разностный метод, представленный в Главе 4. На основе математической модели был разработан программный комплекс «РоЬоЪ>, который позволяет рассчитывать аварийные режимы с возникновением пожара, выбирать оптимальные средства противопожарной защиты цистерн СГ. Установлено удовлетворительное совпадение теоретических результатов с экспериментальными данными, полученными ВНИИПО МВД РФ и МИИТом по поведению бытовых баллонов с пропаном в очаге пожа-

-ЗУ-

ра. Проведено компьютерное моделирование с целью выбора оптимальных технических средств защиты цистерн СГ в очаге пожара. В качестве аварийных ситуаций рассматривались аварийные расчетные режимы для железнодорожных цистерн, предложенные НИЛ «Испытания вагонных конструкций» МИИТа:

• Авария 1 степени. Огневое воздействие в течение 24 часов на верхнюю зону котла площадью 7 л г" при д~~100 кВт'м2.

• Авария 2 степени. Огневое воздействие в течение 1 часа на нижнюю зону котла площадью .и2 при д=100 кВт/м'.

• Авария 3 степени. Огневое воздействие в течение 2 часов на всю поверхность котла при д=400 кВптм2.

Здесь д -мощность поверхностного теплового потока.

р, мп» ' '

1

I |

I »

• *

•■> I

Рис. 1. Расчетная авария 3 степени. Цистерна с пропаном объемом У=100м3. (Огнезащитное покрытие СГК-1, дисх =5мч.) Расчеты проводились для цистерн с пропаном модели 15-1519(15-1569) и объемом У=100м3, внутренним диаметром 0 =3 м, хлором модели 15-1556, аммиаком моделей 15-1597, 15-1619 при

-3,2.-

Таблица 2.

Результаты расчета СГ - Пропан. Цистерна 15-1519_

№ Вид Аварии. Продолжи-тсль-ность Средства защиты Начало работы клапана, мин Состояние цистерны в конце аварии

Вид клапана СГК-1 5всп мм Тепло изоляция, мм Параметры СГ Закон изменения давления Исход аварии, состояние котла

Состояние СГ Р. МПа Т, °с Регулируемый Нерегулируемый

1 1 ст. (4 ч) Стандарт. 33 Две фазы 2,25 63 + Упруг, деформации

2 2 ст. (1ч) Стандарт. 5 Две фазы 3,78 90 + Упруг, деформации

3 3 ст. (2 ч) Стандарт. 0,67 Жидкость 9,5 85 + Разрушение, 13 мин

4 3 ст. (2 ч) Стандарт. 5 11 Две фазы 2.2 62 Упруг, деформации

5 3 ст. (2 ч) Стандарт. 10 22 Две фазы 2.05 58 Упрут, деформации

6 3 ст. (2 ч) Стандарт. 15 33 Две фазы 1,95 55 + Упруг, деформации

7 3 ст. (2 ч) Стандарт. 20 46 Две фазы 2,25 63 + Упруг, деформации

8 Зет. (2 ч) Стандарт. 30 68 Две фазы 2,15 61 + Упруг, деформации

9 3 ст. (2 ч) Стандарт. ■ 20 110 Две фазы 2Д 59 + Упруг, деформации

10 3 ст. (2 ч) Стандарт. 25 Не открылся Две фазы 1,76 51 Упруг, деформации

-зз-

стандартной степени заполнения сжиженным газом £=85% и расчетной температуре окружающего воздуха Тв~ 20 °С. Расчетное время аварии 1 степени принималось равное 4 часам. Варьировались параметры предохранительного клапана, а также толщина слоя огнезащитного покрытия СГК-1 (после вспенивания) и теплоизоляции. Для расчетной аварии 1 степени закон изменения давления СГ в цистернах без дополнительных средств защиты после открытия предохранительного клапана является циклическим и в течение 4 часов находится в пределах, регулируемых стандартным клапаном. Для расчетной аварии 2 степени при открытии клапана в цистерне после несколько циклов изменения давления начинается монотонный рост давления и температуры двухфазного сжиженного газа. При этом за расчетное время аварии 2 степени (1час) напряженно-деформированное состояние котла цистерны остается в пределах упругости. Мощное тепловое воздействие очага пожара на поверхность цистерны в аварии 3 степени проявляется в резком росте давления и температуры СГ при одновременно истечении его из предохранительного клапана, приводящем к сценарию ВЬЕУЕ. Использование СГК-1 и теплоизоляции даже минимальной толщины приводят к существенному увеличению времени до начала работы предохранительного клапана и качественному изменению хода аварии 3 степени (см. рис. 1). Для цистерн с пропаном моделей: 15-1519(15-1569) (см. таб.2) и объемом У-~1 00 м\ внутренним диаметром В=3 м произведен выбор оптимальной толщины вспенивающего огнезащитного покрытия СГК-1 и теплоизоляции, исключающих развитие расчетной аварии

-343 степени по сценарию ВЬЕУЕ. Найдена минимальная толщина тепловой изоляции, при которой предохранительный клапан не открывается за расчетное время аварии 3 степени (2 часа). Для цистерн с хлором модели 15-1556, с аммиаком моделей 15-1597, 15-1619 произведен выбор минимальной толщины огнезащитного покрытия СГК-1 и теплоизоляции, при которой клапан начинает работать через час после начала аварии 3 степени (нормативное время развертывания пожарного подразделения на станции). Найдена оптимальная толщина СГК-1 и тепловой изоляция, при которой исключается выброс ядовитого газа в атмосферу за расчетное время аварии 3 степени.

В шестой главе показано, что переход к новой технологии технического обслуживания и ремонта подвижного состава, ориентированной на его фактическое состояние, требует решения следующих задач: определение видов и структур организаций и предприятий (СТСР ПС); оптимизацию их числа, мощностей и размещения; упорядочение и планирование работ по реконструкции существующих и строительству новых СТСР ПС. Можно выделить следующие виды действий, приводящих к достижению поставленной цели: выбор подхода к энергосбережению в СТСР ПС; мотивация работников; организация соответствующих производственных отношений и производственных структур, обеспечивающих выбор, принятие и реализацию управленческих решений; контроль фактического состояния энергопотребления. Системный анализ позволяет определить три возможных подхода к повышению эффективности энергосбережения в СТСР ПС:

'36'-

«Поддержание». Подход «Поддержание» направлен на достижение некоторого удовлетворительного, но необязательно наилучшего уровня энергосбережения, представлен в Главе 2.

«Оптимизация». Второй подход представляет собой программу осуществления сбережения теплоты и топлива на предприятии на уровне «как можно лучше». Можно найти оптимальные решения для следующих задач: управление запасами ТЭР; календарное планирование порядка и сроков выполнения технического обслуживания и ремонта подвижного состава с целью минимизации затрат энергоресурсов; техническое обслуживание (минимизация затрат на профилактический осмотр, ремонт, замену, обновление энерготехнологического оборудования).

«Адаптивизация». Этот подход направлен на создание «желаемого будущего», т.е. энергетического хозяйства СТСР ПС с наивысшими возможностями энерго- и ресурсосбережения.

Выбор конечных целей в рамках уже рассмотренных подходов требует знания возможных последствий, которые возникают при осуществлении действий. Эти последствия часто выходят за рамки желаемого. Такое положение приводит к необходимости определения гипотетической цели последнего подхода, в качестве которой выступает идеализированное «желаемое будущее» (гипотетическое энергетическое хозяйство СТСР ПС). Можно сформулировать си-нергетические принципы организации гипотетического энергетического хозяйства СТСР ПС: самоорганизация; полифункциональность; малооперационность; ресурсосбережение; маловодность; экологическое совершенство.

Необходимость адаптации ж.д. транспорта к рыночным условиям хозяйствования заставляет считать подход «Адаптивизация» наиболее перспективным и выгодным в деле повышения эффективности энергосбережения в СТСР ПС. Сложность задач, решаемых в рамках данного подхода, требует разработки специальной программы. Такая программа представляет собой систему всесторонне согласованных экономических, социальных, производственно-технических, организационных и научно-исследовательских мероприятий, направленных на достижение поставленной цели. Далее с позиций синергетических принципов анализируются существующая технология очистки цистерн с предварительной пропаркой.

Анализ термодинамического совершенства наиболее распространенной технологии очистки цистерн с предварительной пропаркой (коэффициент полезного использования энергии г/э~ 17,6% и коэффициент полез-

1-технологическая крышка;

2-предохранит.-впускной клапан;

3-лродувочное устройство;

4-двухходовой клапан;

5-регулятор давления «после себя»;

6-сопло;

7-механический промывальщик;

8-клапан

Рис. 2. Схема технологического устройства очистки

- 3F-

ного действия ?7„«5,2%), показал наличие значительных резервов экономии энергоресурсов. Для оценки потерь теплоты с выпаром рассматривалась динамика разогрева котла цистерны и кинетика образования выпара. Установлено, что потери теплоты с выпаром для различных условий пропарки (тип цистерн 15-1443, 15-1427, 15-1428) составляют от 25% до 65% от общего количества теплоты, подведенной с паром. Поэтому разработка энергосберегающей технологии очистки, исключающая парогазовые выбросы в атмосферу, позволит повысить энергетическую эффективность технологии до r¡n&19-25% (экономия тепловой энергии 0,0196 - 0,284 Гкал на одну цистерну).

Задачу можно решить: созданием полифункционального технологического устройства, применяемого на всех операциях очистки (пропарка, промывка, дегазация); автоматизацией процесса очистки; использованием замкнутых технологических циклов. Это технологическое устройство (см. рис. 2) устанавливается на горловину люка цистерны и прижимается к ней с помощью пневмомеханического манипулятора для обеспечения герметичности. Операция пропарки происходит при повышенном давлении пара (1,31,5 ama) в герметично закрытом объеме цистерны, последующее снижение давления пара в котле цистерны до атмосферного происходит за счет автоматического впрыска воды на стадии промывки, за которой следует операция дегазации цистерны сжатым воздухом.

-зг-

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. На основе системного анализа создана методология единого подхода к исследованию термодинамической эффективности объектов и систем обслуживания подвижного состава с учетом ограничений на их массогабаритные характеристики и затрат технически работоспособной энергии на транспортировку (транспортные объекты). Такой подход позволяет формализовать процедуры построения математических моделей, получения и выбора соответствующего критерия эффективности, определения круга задач оптимизации, поиска оптимальных решений для объектов и систем обслуживания подвижного состава различного уровня сложности.

2. Сформулированы системные критерии эффективности объектов подвижного состава (ПС) и систем технического содержания и ремонта подвижного состава (СТСР ПС) в общей и термодинамической постановке: «поддержание» - минимум затраченных ресурсов; «оптимизация» - максимум произведенных «ценностей»; «адаптивизация» -максимум разности произведенных «ценностей» и затраченных ресурсов.

3. Получены аналитические зависимости для системных критериев термодинамической эффективности следующих объектов ПС и СТСР ПС: энергетического хозяйства СТСР ПС; промывочно-пропарочной станции; тепловозной тяги; дизельной установки тепловоза; системы охлаждения дизельной установки тепловоза; многоцелевой энергетической установки вагона; энергетических установок, работающих на принципе естественной циркуляции; водомасляного теплооб-

~39-

менника тепловоза; радиатора системы отопления пассажирского вагона.

4. Определены величины показателей термодинамического совершенства тяги для тепловозов с электрической передачей. Установлено, что наиболее совершенным с термодинамической точки зрения является тепловоз 2ТЭ126 (коэффициент полезного использования энергии - г]э=32.26%. коэффициент полезного действия -г;,,-29,91%), наименее - ТЭ127 (^ 29,83%, т]п=27.18%).

5. Разработан метод анализа эффективности использования теплоты и топлива в энергетическом хозяйстве СТСР ПС. Создана автоматизированная система - Пакет Прикладных Программ (111111) "HEAT"- средство управления энергопотреблением в СТСР ПС. Проведен анализ теплопотребления вагоноремонтного завода «Выхино» г. Москва. Предложен комплекс организационно-технических мероприятий. Суммарный экономический эффект от реализации энергосберегающих мероприятий составил порядка 100-130 тонн условного топлива в год.

6. Разработаны методы оптимизации кожухотрубного водо-масляного теплообменника тепловоза для различных габаритных и определяемых работой дизеля и системой охлаждения ограничений. Составлена программа на ЭВМ, проведены различные виды оптимизации водомасляного теплообменника для тепловозов серии 2ТЭ10 и 2ТЭ109 (с дизелем Д70).

7. Получено, что для заданного L/D (отношения длины к диаметру) и при заданной температуре воды на входе КПД теплообменников по отношению к серийному (2ТЭ10-?7„=55,5%,

-40-

2ТЭ109- г]п=48,5%). увеличивается примерно на 1% - 2%, а для оптимального Ь'В - примерно на 3% - 6%. Варьирование температуры охлаждающей воды для заданного ЬЮ позволяет существенно повысить степень термодинамического совершенства теплообменников (глобальный оптимум - Г1„~60%-800/о).

8. Разработан метод оптимизации конструктивных параметров энергетических установок, работающих на принципе естественной циркуляции (ЕЦ) и применяемых в системах испарительного охлаждения электро- и энергоустановок ПС и СТСР ПС. Для испарительного канала типа трубки Фильда получены инженерные формулы расчета оптимального соотношения проходных сечений подъемной кольцевой щели и опускной трубы. Теоретические результаты оптимизации удовлетворительно согласуются с экспериментом и численными многовариантными расчетами в диапазоне давлений Р=1-10 МПа.

9. Для различного вида групповых систем испарительного охлаждения силовых полупроводниковых приборов (СПП) получены расчетные зависимости, которые позволяют рассчитать оптимальные соотношения проходных сечений подъемных и опускных участков контура ЕЦ.

10. Предложен экономичный метод двухмасштабных разложений для оценки эффективности охлаждения в установках энергонапряженных элементов и узлов, работающих под воздействием циклических тепловых нагрузок (элементы конструкций ПС, СПП и их системы охлаждения и т.д.). Составлена программа расчета на ЭВМ нестационарного температурного поля, которая использовалась для оценки теп-

лового состояния тиристора ТБ-2-400 с индивидуальным воздушным охладителем, применяемого на ПС и в СТСР ПС. 11. Предложен метод функции Грина для расчета нестационарного температурного поля оребренной пластины с заданным поверхностным тепловым источником произвольной формы. Составлена программа на ЭВМ, которая использовалась для оценки теплового состояния группового воздушного охладителя СПП типа "моноплита" (ТИП-1320), применяемого на электроподвижном составе. Найдено оптимальное размещение приборов на моноплите.

12. Разработан метод расчета эффективности теплообмена (при пузырьковом и поверхностном кипении) в кипящих системах подвижного состава, работающий в широком диапазоне режимных параметров, с учетом переменности давления, динамических нагрузок, произвольно ориентированной поверхности, реальных условий смачивания. Этот метод был применен расчету процессов теплообмена в котлах железнодорожных цистерн со сжиженными газами (СГ) в очаге пожара.

13. Разработан метод расчета поведения железнодорожных цистерн со сжиженными газами в очаге пожара с учетом переменности теплофизических свойств СГ в процессе нагрева, двухфазного, однофазного и сверхкритического состояния СГ. Составлен программный комплекс, который содержит базы данные для любых видов железнодорожных цистерн, сжиженных газов, предохранительных клапанов, теплоизоляционных материалов и огнезащитных покрытий. Он позволяет рассчитывать аварийные ре-

жимы с возникновением пожара, выбирать оптимальные средства противопожарной защиты цистерн СГ.

14. Для расчетной аварии 1 степени закон изменения давления сжиженного газа в цистернах (пропаном, хлором, аммиаком) без дополнительных средств защиты после открытия предохранительного клапана является циклическим и в течение 4 часов находится в пределах, регулируемых стандартным клапаном. Для расчетной аварии 2 степени при открытом клапане в цистерне после несколько циклов начинается монотонный рост давления и температуры двухфазного сжиженного газа. При этом за расчетное время аварии 2 степени (1час) напряженно-деформированное состояние котла цистерны остается в пределах упругости.

15. Для цистерн с пропаном произведен выбор оптимальной толщины вспенивающего огнезащитного покрытия и теплоизоляции, исключающих развитие расчетной аварии 3 степени по сценарию ВЬЕУЕ. Для цистерн моделей: 15-1519(15-1569) и объемом У-100 м3, внутренним диаметром м минимальная толщина огнезащитного покрытия СГК-1 составляет 6цсх~2лш (двсп -Юлш), а тепловой изоляции -6113=10 лш. При толщине тепловой изоляции 5цз=25 лш для цистерн моделей 15-1519(15-1569) и при 5цз=20 лш для цистерны объемом У=100м3 предохранительный клапан не открывается за расчетное время аварии 3 степени (2 часа).

16. Для цистерн с хлором модели 15-1556 произведен выбор минимальной толщины огнезащитного покрытия СГК-1 6цах~5лш (<$всп=20мм) и теплоизоляции 6ц3=10мм, при которой клапан начинает работать через час после начала аварии 3 степени (нормативное вре-

мя развертывания пожарного подразделения на станции). При оптимальной толщине СГК-1 (двсп=40лш) и тепловой

изоляция 5цу=20мм исключается выброс хлора в атмосферу за расчетное время аварии 3 степени.

17. Для цистерн с аммиаком моделей 15-1597, 15-1619 произведен выбор минимальной толщины огнезащитного покрытия СГК-1 5цсх~2,5лш (5всп=12лш), 5цсх~2,25мч (6всп=11мм), и теплоизоляции Зиз-Ммм, при которой клапан начинает работать через час после начала аварии 3 степени. При оптимальной толщине СГК-1 8цсх~5мм (5всп=25лш) и тепловой изоляция 5ц3 -20мм для цистерны модели 15-1597, бцсх^, 5мм (§всп~22лш) и 6][з=15мм для цистерны модели 15-1619 исключается выброс аммиака в атмосферу за расчетное время аварии 3 степени.

18. На основе предложенных критериев эффективности определены три возможных подхода (стратегии) к повышению эффективности энергосбережения в СТСР ПС. Установлено, что наиболее перспективным подходом является подход «Адаптивизация», который направлен на создание энергетического хозяйства с наивысшими возможностями энерго- и ресурсосбережения. Реализация подхода «Адаптивизация» требует разработки специальной программы, охватывающей задачи планирования, мотивации, организации и контроля.

19. Предложена энергосберегающая и экологически чистая технология очистки цистерн от остатков нефтепродуктов, обладающая следующими преимуществами: технологическая интегрирован-ность процесса; экономия тепловой энергии от 0,0196 до 0,284

-

Гкал на одну цистерну; исключение парогазовых выбросов в атмосферу

на стадии пропарки; относительная маловодность технологии; наличие

водоочистки и оборотного водоснабжения; возможность практически

полной автоматизации технологического процесса.

Перечень публикаций по теме диссертации:

1. Попов В.Г. Выбор оптимальных технических средств защиты железнодорожных цистерн со сжиженным газом в очаге пожара. //Железнодорожный транспорт. Сер. Безопасность движения. ОИ / ЦНИИТЭИ МПС.-2000.-Вып 2. (в печати).

2. Попов В.Г. Критерии термодинамической эффективности энергетических объектов подвижного состава.//Вестник ВНИИЖТ. 2000. № 5.(в печати).

3. Попов В.Г. Энергосберегающая технология очистки цистерн от остатков нефтепродуктов.//Вестник ВНИИЖТ. 2000. № З.-С. 2226.

4. Попов В.Г. Методика расчета процесса теплообмена в железнодорожных цистернах со сжиженными углеводородными газами в очаге пожара. //Пожаровзрывобезопасность.2000. №2.-С. 34-40.

5. Попов В.Г. Модель процессов теплообмена в железнодорожных цистернах со сжиженными углеводородными газами в очаге пожара. - В кн.: Безопасность движения поездов//Труды Научно-практической конференции. М.: МИИТ. 1999.-С. 1У-12^1У-14.

6. Попов В.Г. Метод оптимизации водомасляного теплообменника системы охлаждения тепловоза.//Вестник ВНИИЖТ. 1999. № 4.-С. 40-44.

7. Попов В.Г. О выборе подхода к повышению эффективности энергосбережения в системах технического содержания и ремонта подвижного состава .//Вестник ВНИИЖТ. 1998. № 1.-С. 34-39.

В. Петраковский С.С., Попов В.Г. Стационарная теплоэнергетика: реальность и проблемы. Локомотив. № 8. 1994.-С. 10-12.

9. Попов В.Г. О влиянии реальных условий смачивания на гистерезис краевого угла.//Теплофизика Высоких Температур. РАН . 1992. Т. 30. № 5.-С. 915-923.

10. Попов В.Г. О многообразии состояний капель (пузырей) на поверхности теплообмена. Гистерезис краевого угла.//Сб. Тепломассообмен.-ММФ-92. (HEAT/ MASS TRANSFER-MIF-92).-Минск: 1992. Т. 4.-Ч. 2.-С. 69-72.

11. Попов В.Г., Селиванов A.C. О равновесии пузырька пара в конической поре. //Межвуз. сб. научн. статей. МИИТ.-М.: 1991.-С. 57-62.

12. Попов В.Г. О гистерезисе краевого угла смачивания капель (пузырей). //Теплофизика Высоких Температур. АН СССР. 1991. Т.29. № З.-С. 960-964.

13. Попов В.Г. О равновесии капель (пузырей) на наклонной поверхности твердого тела. //Теплофизика Высоких Температур. АН СССР. 1990.-Т. 28. № 5.-С. 960-964.

14. Popov V.G. About the equilibrium of drops (bubbles) on horizontal surface of solid body. Fluid. Mech. 1989. JV° 5,- p. 7.

С-

15. Попов В.Г. К вопросу равновесия капель (пузырей) на горизонтальной поверхности твердого тела. Известия ВУЗов СССР "Энергети-ка".1988.№ 11.-С. 78-84.

16. Попов В.Г. Оптимизация конструкции обратного элемента тепло-обменных аппаратов. Известия ВУЗов СССР "Энергетика". 1987. № 6.-С. 79-83.

17. Попов В.Г. Выбор сечений парового и жидкостного трактов контура естественной циркуляции.//Межвуз. сб. науч. статей. МИИТ-М.: 1982.-С. 20-23.

18. Попов В.Г., Третьяков Г.А., Федоров Л.Ф. Некоторые вопросы оптимизации систем испарительного охлаждения мощных полупроводниковых приборов .//Сб. "Воздушное, жидкостное и испарительное охлаждение силовых полупроводниковых приборов и преобразовательных агрегатов на их основе".-Таллинн. 1982.-С. 97103.

19. Мересмаа Р.Р., Попов В.Г., Спирка В.М., Третьяков Г.А. Теплогид-равлический расчет и оптимизация систем охлаждения силовых полупроводниковых приборов.//Сб. "Воздушное, жидкостное и испарительное охлаждение силовых полупроводниковых приборов и преобразовательных агрегатов на их основе".-Таллинн. 1982.-С. 155-158.

20. Попов В.Г., Федоров Л.Ф. Оптимизация контуров естественной циркуляции по максимальным циркуляционным характеристи-кам.//В кн. "Повышение эффективности теплообмена в энергетическом оборудовании".-Л.: 1981.-С. 73-79.

21. Попов В.Г., Федоров Л.Ф. Оптимизация контура естественной циркуляции при заданных ограничениях на параметры конту-ра.//Теплоэнергетика. 1980. № 9.-С. 46-49.

22. Брянцев A.B., Дилевская Е.В., Мосин С.Т., Попов В.Г., Третьяков Г.А. Метод расчета температурного поля силовых полупроводниковых приборов.//Сб."Методы случайного поиска в САПР". Таллинн: 1980.-С. 27-31.

23. Федоров Л.Ф., Попов В.Г., Мосин С.Т. Повышение надежности электротехнического оборудования. Реф. сб. ЦНИИТЭИ МПС. Железнодорожный транспорт. Сер. "Электрификация и энергетическое хозяйство".-М.: 1979. Вып 2.-С. 3-5.

24. Федоров Л.Ф., Попов В.Г., Третьяков Г.А., Мосин С.Т. Моделирование на ЭВМ нестационарного температурного поля в гетерогенных телах с импульсным тепловым источником.//Сб. "Тепломассообмен и моделирование в энергетических установках". Часть l.-Тула. 1979.-С. 32-33.

25. Федоров Л.Ф., Попов В.Г, Третьяков Г.А., Биказов М.П. К вопросу оптимизации систем испарительного охлаждения силовых полупроводниковых приборов .//Межвуз. сб. науч. статей. МИИТ-М.: 1979.-Вып. 634.-С. 10-17.

26. Федоров Л.Ф., Попов В.Г., Терещенко К.И., Конарев Ю.П., Мосин С.Т. Использование ЭВМ для обработки результатов теплотехнических экспериментов .//Сб. Экспресс-информации ЦНИИТЭИ МПС. Железнодорожный транспорт. Сер. "Локомотивы и локомотивное хозяйство".-М.: 1979.-Вып.2.-С. 7-10.

27. Федоров Л.Ф., Попов В.Г. Вариационно-разностный метод расчета температурных полей тиристоров.//Межвуз. сб. науч. статей. МИИТ-М.: 1979,- Вып. 634.-С. 3-9.

28. Федоров Л.Ф., Попов В.Г., Воропаева Э.Н. Влияние схемы движения греющего теплоносителя на циркуляционные характеристики испарительного канала.//Теплоэнергетика.1978. № 8.-С. 37-39.

Материалы диссертации изложены также в 16 научно-исследовательских отчетах, представленных ЦРБ МПС РФ, Локомотивной Службе Управления Северной железной дороги, Таллиннскому электротехническому заводу им. М.И. Калинина и депонированных в ЦНИИТЭИ МПС РФ.

ПОПОВ Владимир Георгиевич

//

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ АНАЛИЗА ТЕРМОДИНАМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОБЪЕКТОВ И СИСТЕМ ОБСЛУЖИВАНИЯ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА

05.22.07-Подвижной состав железных дорог и тяга поездов.

Подписано к печати ОЬ. 2000г.

Формат &0х£4//£ Объем - Д Заказ -343._Тираж 100 экз.

Типография МИИТа, 101475, ГСП-4, ул. Образцова, 15.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ МЕТОДА СИСТЕМНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОБЪЕКТОВ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА, СИСТЕМ ТЕХНИЧЕСКОГО СОДЕРЖАНИЯ И РЕМОНТА ПОДВИЖНОГО

СОСТАВА (ПС и СТСР ПС).

§1.1. Существующие подходы к определению эффективности энергетических объектов ПС и СТСР ПС.

§1.2. Энергетический объект ПС и СТСР ПС как исследуемая система. Классификация энергетических объектов

ПС и СТСР ПС по степени сложности.

§1.3. Системные критерии эффективности и модели иерархии эквивалентных систем энергетических объектов ПС и СТСР ПС.

ГЛАВА 2. МЕТОД АНАЛИЗА ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТЕПЛОТЫ И ТОПЛИВА В

ЭНЕРГЕТИЧЕСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ СТСР ПС.

§2.1. Определение цели исследования, состава и структуры энергетического хозяйства СТСР ПС.

§2.2. Выбор критерия эффективности. Математическая модель энергопотребления в СТСР ПС.

§2.3. Автоматизированная система (111111) "HEAT" - средство управления энергопотреблением в СТСР ПС. Анализ теплопотребления вагоноремонтного завода «Выхино».

ГЛАВА 3. МЕТОДЫ ОПТИМИЗАЦИИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ

АППАРАТОВ И УСТАНОВОК ПС и СТСР ПС.

§3.1. Оптимизация водомасляного теплообменного аппарата системы охлаждения тепловоза принудительная циркуляция).

§3.2. Оптимизация энергетических установок, работающих на принципе естественной циркуляции.

ГЛАВА 4. МЕТОДЫ ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОХЛАЖДЕНИЯ ЭНЕРГОНАПРЯЖЕННЫХ УЗЛОВ И ЭЛЕМЕНТОВ

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК ПС и СТСР ПС.

§4.1. Метод двухмасштабных разложений в расчете нестационарного температурного поля гетерогенного тела с пульсирующим внутренним тепловым источником и внешним тепловым потоком.

§4.2. Метод функции Грина в расчете нестационарного температурного поля оребренной пластины с заданным тепловым источником произвольной формы.

ГЛАВА 5. МЕТОД ВЫБОРА ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ЗАЩИТЫ ВАГОНОВ-ЦИСТЕРН СО СЖИЖЕННЫМ ГАЗОМ

В ОЧАГЕ ПОЖАРА.

§5.1. Расчет эффективности теплообмена в котле цистерны со сжиженным газом в очаге пожара.

§5.2. Расчет поведения цистерны со сжиженным газом в очаге пожара.

§5.3. Выбор оптимальных технических средств защиты цистерн со сжиженным газом в очаге пожара.

ГЛАВА 6. МЕТОД СИСТЕМНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ В ЗАДАЧЕ ПОИСКА ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ

ТЕХНОЛОГИЙ И УСТАНОВОК ПС и СТСР ПС.

§6.1. Выбор подхода к решению задачи поиска энергосберегающих технологий и установок ПС и СТСР ПС.

§6.2. Энергосберегающая технология очистки цистерн от остатков нефтепродуктов.

ВЫВОДЫ.:.

Обеспечение безопасности и снижение энергоемкости перевозок является ключевой проблемой железнодорожного транспорта. Особое место в на железнодорожном транспорте занимает безопасность при перевозке опасных грузов. Ряд аварий, происшедших с железнодорожными цистернами для транспортировки сжиженных газов (СГ) и сопровождавшихся пожарами и взрывами, свидетельствуют о высокой степени химической, пожарной и взрывоопасное™ процессов перевозки этих веществ. В большинстве случаев аварии вагонов-цистерн СГ протекают по сценарию, когда резервуар с СГ подвергается воздействию очага пожара. В результате возможен взрыв резервуара с последствиями, которые часто оказываются катастрофическими. Предотвращение подобных аварий, разработка технических средств защиты цистерн СГ от аварийного теплового воздействия не возможны без понимания сложных термодинамических и теплофизических процессов, происходящих в котле цистерны и с цистерной в целом. Высокая стоимость (а для ядовитых сжиженных газов еще и химическая опасность) затрудняют проведение модельных и натурных экспериментов подобных аварий, выдвигая на передний край исследования с применением компьютерного моделирования.

Основная задача снижения энергоемкости перевозок состоит в совершенствовании тяги, повышении качества энерготехнологических установок автономного и неавтономного подвижного состава (ПС), а также систем технического содержания и ремонта подвижного состава (СТСР ПС). Эта задача напрямую связана с созданием энергетически совершенных силовых установок, теплообменных аппаратов, воздушных и испарительных систем охлаждения силовых полупроводниковых приборов (СПП) и т.д. Энергетически совершенные установки обладают наивысшим с термодинамической точки зрения коэффициентом полезного действия (минимум необратимых потерь при преобразовании и передачи энергии). Так увеличение коэффициента полезного действия дизельной установки локомотива на 1% дает экономический эффект сравнимый с затратами на производство дизеля. Энергетически совершенные теплообменные аппараты и установки обеспечивают необходимый режим теплосъема при заданных массогабаритных ограничениях. При том же характере ограничений энергетически совершенные воздушные и испарительные системы охлаждения силовых полупроводниковых приборов поддерживают необходимый температурный режим и заданный ресурс работы СПП. Затраты на техническое обслуживание и ремонт подвижного состава составляют 18% от себестоимости перевозок, причем топливная составляющая этих затрат является доминирующей. Оценка энергопотребления в локомотивных и вагонных депо позволила выявить значительное, от 10% до 30%, превышение фактически расходуемого количества теплоты и топлива над нормируемым. На ремонтных заводах МПС полезно используется только 25%-28% энергии, что значительно меньше, чем на отечественных предприятиях других отраслей промышленности. Одной из наиболее энергоемких и экологически несовершенных технологий СТСР ПС является способ очистки цистерн от остатков нефтепродуктов с предварительной пропаркой. Загрязнение окружающей среды, значительные потери теплоты с выпаром остро ставят проблему реконструкции существующих ППП. Анализ показывает [1-6], что, во-первых, из-за несоответствия рабочих параметров энерготехнологических установок систем технического содержания и ремонта (СТСР ПС) нормируемым значениям наблюдается перерасход органического топлива в СТСР ПС на 1-1,2 млн. т условного топлива в год. Во-вторых, использование современных организационных, технологических и технических решений, приближение энергоемкости продукции СТСР ПС к лучшим мировым стандартам обладает потенциалом энергосбережения с экономическим эффектом в 1,6-1,8 млн. т условного топлива в год. Общая экономия денежных ресурсов при реализации энергосберегающей политики в СТСР ПС составит в ценах 2000 г. от 1,5 до 2 млрд. рублей в год.

Поставленные задачи могут быть решены путем анализа термодинамической эффективности объектов ПС и СТСР ПС с использованием универсальных, объективных критериев совершенства, с последующим поиском оптимальных технических и организационных решений.

Целью диссертационной работы является решение крупной народнохозяйственной проблемы по оценке термодинамической эффективности объектов и систем обслуживания подвижного состава и выборе параметров технических средств по обеспечению безопасности при перевозке опасных грузов с учетом аварийного теплового воздействия.

Оценка термодинамической эффективности объектов и систем обслуживания подвижного состава напрямую связана с построением математических моделей объекта и формулированием термодинамических критериев эффективности (целевых функций), выбором безопасных и оптимальных решений. Поэтому совершенствование методов анализа термодинамической эффективности объектов и систем обслуживания подвижного состава различного уровня сложности, позволяющих находить безопасные и оптимальные решения является актуальной проблемой.

Основная цель диссертационной работы согласуется с Отраслевой Научно-технической Программой МПС РФ по экономии топливно-энергетических ресурсов на железнодорожном транспорте в 1991-1995 гг. и на период до 2005 года. Представленные результаты являются частью научно-исследовательских работ кафедры "Теплоэнергетика ж. д. транспорта" МИИТа, выполненных в 1976-1995 гг. по договорам с Таллиннским электротехническим заводом им. М.И. Калинина и Локомотивной Службой Управления Северной железной дороги, а также научно-исследовательской работы по обеспечению безопасности при перевозке опасных грузов, выполненной в 2000 г. для НИЛ «Испытания вагонных конструкций».

В данной работе анализируется термодинамическая эффективность объектов и систем обслуживания подвижного состава, то есть они рассматриваются как энергетические объекты. Огромное разнообразие объектов подвижного состава и их элементов, различный уровень их сложности вызывает необходимость использования методологии системного анализа. С системной точки зрения [7-9] к энергетическим объектам подвижного состава и систем технического содержания и ремонта подвижного состава (ПС и СТСР ПС) должны быть отнесены все системы, установки и их элементы, которые и/или производят, преобразуют, аккумулируют, передают, используют на той или иной стадии технологического процесса тепловую энергию.

В работе на основе системного анализа создана методология единого подхода к исследованию термодинамической эффективности объектов и систем обслуживания подвижного состава. Получены универсальные, объективные критерии термодинамического совершенства (минимум необратимых потерь энергии при различных способах ее преобразования и передачи) для объектов и систем обслуживания подвижного состава с учетом ограничений на массогабаритные характеристики и затрат технически работоспособной энергии на их транспортировку. С использованием критериев термодинамического совершенства разработаны методы поиска эффективных теплотехнических решений для объектов и систем обслуживания подвижного состава различного уровня сложности, предназначенных для производства, преобразования, аккумулирования, передачи, потребления теплоты и энергии.

В диссертации рассматривается термодинамическая эффективность объектов автономного и неавтономного подвижного состава, СТСР ПС и их элементов различного уровня сложности. Разработаны системные термодинамические критерии эффективности, методы оптимизации и программное обеспечение. Проведены соответствующие расчеты и проанализированы полученные результаты.

ВЫВОДЫ

1. На основе системного анализа создана методология единого подхода к исследованию термодинамической эффективности объектов и систем обслуживания подвижного состава с учетом ограничений на их массогабаритные характеристики и затрат технически работоспособной энергии на транспортировку (транспортные объекты). Такой подход позволяет формализовать процедуры построения математических моделей, получения и выбора соответствующего критерия эффективности, определения круга задач оптимизации, поиска оптимальных решений для объектов и систем обслуживания подвижного состава различного уровня сложности.

2. Сформулированы системные критерии эффективности объектов ПС и систем технического содержания и ремонта подвижного состава (СТСР ПС) в общей и термодинамической постановке: «поддержание» - минимум затраченных ресурсов; «оптимизация» - максимум произведенных «ценностей»; «адаптивизация» - максимум разности произведенных «ценностей» и затраченных ресурсов.

3. Получены аналитические зависимости для системных критериев термодинамической эффективности следующих объектов ПС и СТСР ПС: энергетического хозяйства СТСР ПС; промывочно-пропарочной станции; тепловозной тяги; дизельной установки тепловоза; системы охлаждения дизельной установки тепловоза; многоцелевой энергетической установки вагона; энергетических установок, работающих на принципе естественной циркуляции; водомасляного теплообменника тепловоза; радиатора системы отопления пассажирского вагона.

4. Определены величины показателей термодинамического совершенства тяги для тепловозов с электрической передачей. Установлено, что наиболее совершенным с термодинамической точки зрения является тепловоз 2ТЭ126 коэффициент полезного использования энергии - т]э=32,26%, коэффициент полезного действия - rj„=29,91%), наименее - ТЭ127 (^=29,83%, rfn=27,18%).

5. Разработан метод анализа эффективности использования теплоты и топлива в энергетическом хозяйстве СТСР ПС. Создана автоматизированная система - Пакет Прикладных Программ (ППП) "HEAT"- средство управления энергопотреблением в СТСР ПС. Проведен анализ теплопотребления вагоноремонтного завода «Выхино» г. Москва. Предложен комплекс организационно-технических мероприятий. Суммарный экономический эффект от реализации энергосберегающих мероприятий составил порядка 100-130 тонн условного топлива в год.

6. Разработаны методы оптимизации кожухотрубного водомасляного теплообменника тепловоза для различных габаритных и определяемых работой дизеля и системой охлаждения ограничений. Составлена программа на ЭВМ, произведены различные виды оптимизации водомасляного теплообменника для тепловозов серии 2ТЭ10 и 2ТЭ109 (с дизелем Д70).

7. Получено, что для заданного L/D (отношения длины к диаметру) и при заданной температуре воды на входе КПД теплообменников по отношению к серийному (2ТЭ10-77„=35,5%, 2T3\09-tj„=48,5%). увеличивается примерно на 1% - 2%, а для оптимального L/D - примерно на 3% - 6%. Варьирование температуры охлаждающей воды для заданного L/D позволяет существенно повысить степень термодинамического совершенства теплообменников (глобальный оптимум - rjn=60%-80%).

8. Разработан метод оптимизации конструктивных параметров энергетических установок, работающих на принципе естественной циркуляции (ЕЦ) и применяемых в системах испарительного охлаждения электро- и энергоустановок ПС и СТСР ПС. Для испарительного канала типа трубки Фильда получены инженерные формулы расчета оптимального соотношения проходных сечений подъемной кольцевой щели и опускной трубы.

Теоретические результаты оптимизации удовлетворительно согласуются с экспериментом и численными многовариантными расчетами в диапазоне давлений Р=1-10 МПа.

9. Для групповых систем различного вида испарительного охлаждения силовых полупроводниковых приборов (СПП) получены расчетные зависимости, которые позволяют рассчитать оптимальные соотношения проходных сечений подъемных и опускных участков контура ЕЦ.

10.Предложен экономичный метод двухмасштабных разложений для оценки эффективности охлаждения энергонапряженных элементов и узлов энергетических установок, работающих под воздействием циклических тепловых нагрузок (СПП, элементы конструкций их систем охлаждения и т.д.). Составлена программа расчета на ЭВМ нестационарного температурного поля, которая использовалась для оценки теплового состояния тиристора ТБ-2-400 с индивидуальным воздушным охладителем, применяемого на ПС и в СТСР ПС.

11. Предложен метод функции Грина для расчета нестационарного температурного поля оребренной пластины с заданным поверхностным тепловым источником произвольной формы. Составлена программа на ЭВМ, которая использовалась для оценки теплового состояния группового воздушного охладителя СПП типа "моноплита" (ТИП-1320), применяемого на электроподвижном составе. Найдено оптимальное размещение приборов на моноплите.

12.Разработан метод расчета эффективности теплообмена (при пузырьковом и поверхностном кипении) в кипящих системах подвижного состава с учетом переменности давления, динамических нагрузок; произвольно ориентированной поверхности; реальных условий смачивания, работающий в широком диапазоне режимных параметров. Этот метод был применен расчету процессов теплообмена в котлах железнодорожных цистерн со сжиженными газами (СГ) в очаге пожара.

13. Разработан метод расчета поведения железнодорожных цистерн со сжиженными газами в очаге пожара с учетом переменности теплофизических свойств СГ в процессе нагрева, двухфазного, однофазного и сверхкритического состояния СГ. Составлен программный комплекс, который содержит базы данные для любых видов железнодорожных цистерн, сжиженных газов, предохранительных клапанов, теплоизоляционных материалов и огнезащитных покрытий. Он позволяет рассчитывать аварийные режимы с возникновением пожара, выбирать оптимальные средства противопожарной защиты цистерн СГ.

14.Для расчетной аварии 1 степени закон изменения давления сжиженного газа в цистернах (пропаном, хлором, аммиаком) без дополнительных средств защиты после открытия предохранительного клапана является циклическим и в течение 4 часов находится в пределах, регулируемых стандартным клапаном. Для расчетной аварии 2 степени при открытом клапане в цистерне после несколько циклов начинается монотонный рост давления и температуры двухфазного сжиженного газа. При этом за расчетное время аварии 2 степени (1час) напряженно-деформированное состояние котла цистерны остается в пределах упругости.

15.Для цистерн с пропаном произведен выбор оптимальной толщины вспенивающего огнезащитного покрытия и теплоизоляции, исключающих развитие расчетной аварии 3 степени по сценарию ВЬЕУЕ. Для цистерн моделей: 15-1519(15-1569) и объемом У=100 м3, внутренним диаметром 0=3 м минимальная толщина огнезащитного покрытия СГК-1 составляет дисх~2мм (двсп =10мм), а тепловой изоляции - дт=10 мм. При толщине тепловой изоляции 5т=25 мм для цистерн моделей 15-1519(15-1569) и при диз=20 мм для цистерны объемом ¥=100м3 предохранительный клапан не открывается за расчетное время аварии 3 степени (2 часа).

16.Для цистерн с хлором модели 15-1556 произведен выбор минимальной толщины огнезащитного покрытия СГК-1 5цсх~5мм (двсп=20мм) и теплоизоляции 8из=10мм, при которой клапан начинает работать через час после начала аварии 3 степени (нормативное время развертывания пожарного подразделения на станции). При оптимальной толщине СГК-1 Sf/cx^MM (8всп=40мм) и тепловой изоляция 8ю=20мм исключается выброс хлора в атмосферу за расчетное время аварии 3 степени.

17.Для цистерн с аммиаком моделей 15-1597, 15-1619 произведен выбор минимальной толщины огнезащитного покрытия СГК-1 8цсх~2,5лш {бвсп=12мм), 8исх~2,25мм (8всп=11лш), и теплоизоляции 0цз=10мм, при которой клапан начинает работать через час после начала аварии 3 степени. При оптимальной толщине СГК-1 6исх&5мм (двсп=25мм) и тепловой изоляция диз^20мм для цистерны модели 15-1597, ^схя4,5мм (¿>всп=22мм) и <5вд=/5лш для цистерны модели 15-1619 исключается выброс аммиака в атмосферу за расчетное время аварии 3 степени.

18.На основе предложенных критериев эффективности определены три возможных подхода (стратегии) к повышению эффективности энергосбережения в СТСР ПС. Установлено, что наиболее перспективным подходом является подход «Адаптивизация», который направлен на создание энергетического хозяйства с наивысшими возможностями энерго-и ресурсосбережения. Реализация подхода «Адаптивизация» требует разработки специальной программы, охватывающей задачи планирования, мотивации, организации и контроля.

19. Предложена энергосберегающая и экологически чистая технология очистки цистерн от остатков нефтепродуктов, обладающая следующими преимуществами: технологическая интегрированность процесса; экономия тепловой энергии от 0,0196 до 0,284 Гкал на одну цистерну; исключение парогазовых выбросов в атмосферу на стадии пропарки; относительная маловодность технологии; наличие водоочистки и оборотного водоснабжения; возможность практически полной автоматизации технологического процесса.

1. Концепция энергетической политики России в новых экономических условиях.-М.:сентябрь 1992.-67 с.

2. Минаев Б.Н.,Мокриденко Г.П. Возможности сбережения топливно-энергетических ресурсов.//Железнодорожный транспорт.№ 1.1995.-С. 48-52.

3. Железнодорожный транспорт. Энциклопедия.//Под ред. Н.С. Конарева-М.: Большая Российская энциклопедия. 1994.-559 с.

4. Локомотивное хозяйство.//Под ред. С.А. Айзинбуда. -М.: Транспорт. 1986.263 с.

5. Гридюшко В.И., Бугаев В.П., Криворучко Н.З. Вагонное хозяйство.-М.: Транспорт. 1988.-295 с.

6. Малоземов H.A., Иунихин Л.И., Каплунов М.П. Тепловозоремонтные предприятия. Организация, планирование, управление.-М.: Транспорт. 1988.296 с.

7. Кудрин Б.И. Введение в технетику.-Томск. ТГУ. 1993 .-551с.

8. Перегудов Ф.И., Тарасенко Ф.И. Введение в системный анализ.-М.: Высшая школа. 1989.-367с.

9. Меренков А.П. и др. Современные проблемы преобразования теплового хозяйства России.//Известия АН РФ «Энергетика». №3. 1996.-С. 70-77.

10. Петраковский С.С., Попов В.Г. Стационарная теплоэнергетика: реальность и проблемы.//Локомотив. № 8. 1994.-С. 10-12.

11. Кистьянц Л.К., Юдаева Е, М. Экономия теплоты и топлива в стационарном теплоэнергетическом хозяйстве железнодорожного траспорта.-М.: Транспорт. 1977.-222 с.

12. Подшивалов Б.Д., Кочуров П.Н., Плавинский Ю.Э. Организация производства на тепловозоремонтных заводах.-М.: Трансжелдориздат.1961 .189 с.

13. Нормирование расходов тепла и топлива для стационарных установок железнодорожного транспорта.-М.: Транспорт. 1976.-189 с.

14. Сидоров Ю.П. Основы кондиционирования воздуха на предприятиях железнодорожного транспорта и в подвижном составе.-М.: Транспорт. 1978.304 с.

15. Бартош Е.Т. Энергетика изотермического подвижного состава.-М.: Транспорт.-304 с.

16. Розенблит Г .Б., Михайлов И.Д., Перелет В.И., Мокриденко Г.П. Теплосиловые и тепло- топливопотребляющие установки железнодорожного траспорта.-Харьков.: ХИИТ. 1986.-85 с.

17. Болховитинов Г.Ф., Григорьев С.Н. Тепловые машины и установки железнодорожного транспорта.-М.: Транспорт. 1976.-280 с.

18. Иванов И.Т. Тепломассообменные и холодильные установки железнодорожного транспорта. -М.: Транспорт. 1984.-223 с.

19. Аракелов В.Б. Комплексная оптимизация энергоустановок промпредприятий.-М.: Энергоатомиздат. 1984.-128 с.

20. Аракелов В.Б. Методы и алгоритмы выбора теплоутилизационных установок.-Тр. ВНИИПИэнергопром. 1975. № 7.-С. 72-79.

21. Тепловозы.//Под ред. Н.И. Панова.-М.: Машиностроение. 1976.-544 с.

22. Куликов Ю. А. Системы охлаждения силовых установок тепловозов.-М.: Машиностроение. 1988.-280 с.

23. Киселев И.Г. Охлаждение энергетических установоклокомотивов.-JI.: ЛИИЖТ. 1984.-42 с.

24. Макаров A.A., Мелентьев Л.А. Методы исследований и оптимизации энергетического хозяйства.-Новосибирск: Наука. 1973.-274 с.

25. Попырин Л.С. Математическое моделирование и оптимизация теплоэнергетических установок.-М.: Энергия. 1978.-416 с.

26. Мелентьев Л.А. Энергетический комплекс СССР.-М.: Экономика. 1983. -483 с.

27. Янтовский Е.И. Потоки энергии и эксергии.-М.: Наука. 1988.-144 с.

28. Бродянский В.М. Эксергетический метод термодинамического анализа.-М.: Энергия. 1973.-485 с.

29. Массе П. Критерии и методы оптимального определения капиталовложений.-М: Статистика. 1971.-502 с.

30. Янтовский Е.И. Энергия нетто.// Пром. Энергетика. №1. 1985.-С. 63-57.

31. Бродянский В.М., Фратшер В., Михалек К. Эксергетический метод и его приложения.-М.: Энергоатомиздат. 1988.-432 с.

32. Хазен М.М. Энергетика локомотивов.-М.: 1988.-432 с.

33. Бартош Е.Т. Тепловые насосы в энергетике железнодорожного транспорта,-М.: Транспорт. 1985.-279 с.

34. Лебедев П.Д. Теплообменные, сушильные и холодильные установки.-М.: Энергия. 1972.-320 с.

35. Соколов Е.Я., Бродянский В.М. Энергетические основы трансформации тепла и процессов охлаждения.-М.: Энергоиздат. 1981.-294 с.

36. Лариков Н.Н. Теплотехника.-М.: Стройиздат. 1985.-432 с.

37. Справочник по теплообменникам. Т.1.-М.: Энергоатомиздат. 1991.-560 с.

38. Промышленная теплоэнергетика и теплотехника. Справочник. Кн.4.-М.: Энергоатомиздат. 1991.-588 с.

39. Ключников А.Д. Энергетика теплотехнологии и вопросы энергосбережения.-М.: Энергоатомиздат. 1984.-80 с.

40. Baehr H.D. Zur Definition exergetishe Wirkungsqrade. Erne systematisahe Untersuchung.// BWK. Bd. 20. № 5. S. 197-200.

41. Богданов А.А. Тектология. Всеобщая организационная наука. Книга 1-2-М.: Экономика. 1989. -304 с.

42. Конторов Д.С. Внимание системотехника.-М.: Радио и связь. 1993.-223 с.

43. Гуд Г.Х., Макол Р.Э. Системотехника. Введение в проектирование больших систем.-М.: Советское радио. 1962.-383 с.

44. Optner S.L. Systems analysis for business and indastrial problem solving. Prentice-Hall, Inc., New Jersey. 1965.-p. 169 .

45. Норенков И.П. Введение в автоматизированное проектированиетехнических устройств и систем.-М.: Радио. 1980.-493 с.

46. Дульнев Г.Н., Парфенов В.Г., Сигалов А.В. Применение ЭВМ для решения задач теплообмена.-М.: Высшая школа. 1990.-201 с.

47. Николис Г., Пригожин И. Познание сложного.-М.: Мир. 1990.-342 с.

48. Anderson D.A., Tannthill J.C., Pletcher R.M. Computational fluid mechanics and heat transfer. V.l . Hemisphere Publishing Corporation.-New York. 1988,-p. 380.

49. Anderson D.A., Tannthill J.C., Pletcher R.M. Computational fluid mechanics and heat transfer. V.2 . Hemisphere Publishing Corporation.-New York. 1988,-p. 728.

50. Поттер Д. Вычислительные методы в физике.-М.: Мир. 1975.-392 с.

51. Пасконов В.М., Полежаев В.И., Чудов JI.A. Численное моделирование процессов тепло- и массообмена.-М.: Наука. 1984.-285 с.

52. Беллман Р., Энджел Э. Динамическое программирование и уравнения в частных производных.-М.: Мир. 1974.-207 с.

53. Субботин В.М. и др. Решение задач реакторной теплофизики на ЭВМ.-М.: Атомиздат. 1979.-144 с.

54. Исакеев А.И., Киселев И.Г. Расчет температурных полей узлов энергетических установок.-JI.: Машиностроение. 1978.-248 с.

55. Госмен А.Д. и др. Численные методы исследования течений вязкой жидкости.-М.: 1972.-323 с.

56. Численные методы в механике жидкости.//Сборник.-М.: Мир, 1973.-304 с.

57. Самарский А.А., Попов Ю.П. Разностные схемы газовой динамики.-М.: Наука. 1975.-351 с.

58. Годунов С.К., Рябенький B.C. Разностные схемы.-М.: Наука. 1973.-400 с.

59. Марчук Г.И. Методы вычислительной математики.-М.: Наука. 1977.-456 с.

60. Самарский А.А., Николаев Е.С. Методы решения сеточных уравнений. -М.: Наука. 1978.-592 с.

61. Вазов В., Форсайт Дж. Разностные методы решения дифференциальных уравнений в частных производных.-М.: Изд-во иностр. лит. 1963.-487 с.

62. Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел A.C. Теплопередача.-М/.Энергоиздат. 1981.-417 с.

63. Митенков Ф.М., Моторов Б.И. Нестационарные режимы судовых ядерных паропроизводящих установок.-Jl.: Судостроение. 1970.-200 с.

64. Зенкевич О., Морган К. Конечные элементы и аппроксимация.-М.:Мир. 1986.-318 с.

65. Розенброк X., Стори С. Вычислительные методы для инженеров химиков,-М.: Мир. 1968.-443 с.

66. Загускин В.А. Справочник по численным методам решения алгебраических и трансцендентных уравнений.-М.: Физматгиз. 1960.-209 с.

67. Демидович Б.П., Марон И.А. Основы вычислительной математики.-М.: Физматгиз. 1963.-659 с.

68. Березин И.С., Жидков Н.П. Методы вычислений, т. 1, 2.-М.: Физматгиз. 1962., 1966.

69. Полак Э. Численные методы оптимизации.-М.: Мир. 1974.-376 с.

70. Химмельбау Д. Прикладное нелинейное программирование.-М.: Мир. 1975,534 с.

71. Блауберг И.В. Целостность и системность.// В кн.: Системные исследования. Ежегодник.-М.: Наука. 1977.-С. 5-28.

72. Арапов В.М., Ефимова E.H., Шрейдер Ю.А. О смысле ранговых определений.//Научно-техническая информация.-Сер.2.1975. № 1.-С. 15-21.

73. Фомин C.B., Беркинблит М.Б. Математические проблемы в экологии.-М.: Наука. 1973.-199 с.

74. Цетлин М.Л. Исследования по теории автоматов и моделированию биологических систем.-М.: Наука. 1969.-212 с.

75. Цурков В.И. Декомпозиция в задачах большой размерности.-М.: Наука. 1981.-352 с.

76. Акофф Р. Планирование в больших экономических системах.-М.: Советское радио. 1972.-223 с.

77. Вопросы термодинамического анализа (эксергетический метод).// Под ред. В.М. Бродянского.-М.: Мир. 1965.-246 с.

78. Огазэтапп Р.//01ет.-1пя.-Тес1т. 1950. 22. Б. 77-80.

79. Подвижной состав и тяга поездов.// В.В. Деев и др.-М.: Транспорт. 1979. -264 с.

80. Деев В.В., Ильин ГЛ., Афонин Г.С. Тяга поездов.-М.: Транспорт. 1987. -264 с.

81. Хорстхемке В., Лефевр Ш. Индуцированые шумом переходы.-М.:Мир. 1987.-397 с.

82. Гленсдорф П., Пригожин.И. Термодинамическая теория структуры, устойчивости и бифуркаций.-М.: Мир. 1973.-384 с.

83. Дярмати И. Неравновесная термодинамика. Теория поля и вариационные принципы.-М.: Мир. 1974.-304 с.

84. Куликов Ю.А. К вопросу технико-экономических основ расчетаохлаждающего устройства дизеля тепловоза.// Тр. ВНИТИ. Коломна: 1976. Вып. 44.-141 с.

85. Бажан П.И. Расчет и конструирование охладителей дизелей.-М.: Машиностроение. 1981.-168 с.

86. Конструкция, расчет и проектирование локомотивов./ Под ред. А.А. Камаева.-М.: Машиностроение.1981.-351 с.

87. Охлаждающие устройства тепловозов.// А.Н. Коняев, Ю.А. Куликов и др.-М.: ЦНИИТЭИтяжмаш. 1985.-40 с.

88. Кузьмич В.Д. Технико-экономическая оценка целесообразной степени очистки воздуха.//Сб. Труды МИИТа. Вып. 394. М.: 1971. С. 64-85.

89. Тепловозы СССР. Каталог справочник. НИИинформтяжмаш. М.: 1998. -176 с.

90. Способ автоматического поддержания соотношения "газ-воздух" на паровых котельных ДКВР-4,5/13. ИЛ Приднепровской ж.д. № с 1454-2673. 1989. Инв. № 9-38988.

91. Автоматическое регулирование мазута, подводимого к котловым агрегатам. ИЛ Свердловской ж.д. № 968. (Т 20).-2с.: ил. 1993. Инв. № 1-42229.

92. Способ увеличения производительности газовой котельной. ИЛ Северной ж.д. 1989. № 1337(с32)-16966.

93. Опыт работы коллектива кочегаров котельной станции Новокузнецк -сортировочный по улучшению условий труда, экономии топлива.ИЛ Кемеровской ж.д. 1993. № 408(Д18). Инв. № 3-42035.

94. Экономия топливно-энергетических ресурсов в стационарной энергетике. Плакат Октябрьской ж.д. № 1-37951.

95. Николаенко A.A., Некрасов В.Д. Весь прирост работы- на сэкономленных ресурсах.//Железнодорожный транспорт. 1987. №4.-С. 50-53.

96. Технические, технологические и организационные меры по экономии топлива и электроэнергии по сети железных дорог.-М.: ЦНИИТЭИ МПС. Вып. 2. 1986.-40 с.

97. Леонов В.В. Опыт экономии топливно-энергетических ресурсов на Сев. ж.д.//Железнодорожный транспорт. 1991. № 10.-С. 45-47.

98. Опыт локомотивного депо Новокузнецк по экономии топливно-энергетических ресурсов. ИЛ Кемер. ж.д. 1989. № 319 (Т 9). Инв. № 1-39312.

99. Экономия топливно-энергетических ресурсов- долг каждого: Из опыта локомотивного депо Ершов. ИЛ Приволжск. ж.д. 1990. № 1285. (Т 20). Инв. № 1-49981.

100. СНиП 2.01.01.82. Строительная климатология и геофизика.

101. Временные методические указания по определению норм расхода тепловой энергии на обогрев зданий для предприятий железных дорог.//МПС СССР.-М.: 1986.-85 с.

102. Mescon М., Albert М., Khedouri F. Management. Harper & Row Publishers,Inc., New York. 1988.-p. 542 .

103. Борисов В.М. Разработка пакетов программ вычислительноо типа.-М.: Изд.-во МГУ. 1990.-124 с.

104. Попов В.Г. О выборе подхода к повышению эффективности энергосбережения в системах технического содержания и ремонта подвижного состава.//Вестник ВНИИЖТ. 1998. № 1.-С. 34-39.

105. Ланс Дж. Н. Численные методы для быстродействующих вычислительных машин. М.: Иностранная литература. 1962.-208 с.

106. Лебедев П.Д., Щукин А,А., Теплоиспользующие установки промышленных предприятий.-М.: Энергия, 1970.-408 с.

107. Сидельковский Л.Н., Юренев В.Н. Котельные установки промышленных предприятий.-М.: Энергоатомиздат. 1988.-528 с.

108. ИЗ. Рабинерсон A.A., Ашкинази Г.А. Режимы нагрузки силовых полупроводниковых приборов.-М.: Энергия. 1976.-312 с.

109. Ярошенко Ю.Г. Теловая работа и автоматизация печей.-М.: Металлургия. 1984.-206 с.

110. Уоллис Г. Одномерные двухфазные течения.-М.: Мир. 1972.-403 с.

111. Гидравлический расчет котельных агрегатов. Нормативный метод./Под ред. В.А. Локшина и др.-М.: Энергия. 1978.-255 с.

112. Федоров Л.Ф., Попов В.Г. Выбор оптимальной геометрии испарительного канала по максимальным циркуляционным характеристикам. //Теплоэнергетика. 1976. № 2.-С. 78-80.

113. Резинский С.Р. и др. Конструирование силовых полупроводниковых преобразовательных агрегатов.-М.: Энергия. 1973.-273 с.

114. Бузников Е.Ф., Роддатис К.Ф., Берзинып Э.Я. Производственные и отопительные котельные.-М.: Энергоатомиздат. 1984.-248 с. М.: 1979,-Вып.2.-с. 7-10.

115. Попов В.Г., Федоров Л.Ф. Оптимизация контура естественной циркуляции при заданных ограничениях на параметры контура. //Теплоэнергетика. 1980. № 9.-С. 46-49.

116. Попов В.Г., Федоров Л.Ф. Оптимизация контуров естественной циркуляции по максимальным циркуляционным характеристикам.//В кн. "Повышение эффективности теплообмена в энергетическом оборудовании".-Л.: 1981.-С. 73-79.

117. Попов В.Г. Выбор сечений парового и жидкостного трактов контура естественной циркуляции.//Межвуз. сб. науч. статей. МИИТ-М.: 1982.-С. 20-23.

118. Федоров Л.Ф., Попов В.Г., Воропаева Э.Н. Влияние схемы движения греющего теплоносителя на циркуляционные характеристики испарительного канала.//Теплоэнергетика.-1982.- № 8.-С. 37-39.

119. Федоров Л.Ф., Попов В.Г, Третьяков Г.А., Биказов М.П. К вопросу оптимизации систем испарительного охлаждения силовых полупроводниковых приборов.//Межвуз. сб. науч. статей. МИИТ-М.: 1979,-Вып. 634.-С. 10-17.

120. Попов В.Г. Оптимизация конструкции обратного элемента теплообменных аппаратов.//Изв. ВУЗов СССР "Энергетика". 1987. № 6.-е. 79-83.

121. Федоров Л.Ф., Попов В.Г., Васин В.М. Исследование теплогидродинамической устойчивости парогенерирующего канала. //Теплоэнергетика. 1982. № 8.-С. 73-75.

122. Теплообмен и гидродинамика двухфазных потоков в атомной и тепловой энергетике.//Под ред. Дж. Делайе и др.-М.: Энергоатомиздат. 1984.-424 с.

123. Петриченко P.M., Оносовский В.В. Рабочие процессы поршневых машин.-Л.: Машиностроение. 1972.-169 с.

124. Григорьев В.А. и др. Кипение криогенных жидкостей.-М.: Энергия. 1977.289 с.

125. Петриченко P.M. Системы жидкостного охлаждения быстроходных ДВС,-М.: Машиностроение. 1975.-223 с.

126. Лыков A.B. Теория теплопроводности.-М.: Высшая школа. 1967.-600 с.

127. Федоров Л.Ф., Попов В.Г. Вариационно-разностный метод расчета температурных полей тиристоров.//Межвуз. сб. науч. статей. МИИТ-М.: 1979.-Вып. 634.-С. 3-9.

128. Федоров Л.Ф., Попов В.Г., Брянцев A.B. К вопросу оптимизации массогабаритных параметров термостабилизаторов.//Межвуз. сб. науч. статей. МИИТ-М.: 1979,-Вып. 634.-С. 53-60.

129. Брянцев A.B., Дилевская Е.В., Мосин С.Т., Попов В.Г., Третьяков Г.А. Метод расчета температурного поля силовых полупроводниковых приборов.//Сб."Методы случайного поиска в САПР". Таллинн: 1980.-С. 27-31.

130. Тонг Л. Теплопередача при кипении и двухфазное течение.-М.: Мир. 1969.-344 с.

131. Гребер Г., Эрк С., Григуль У. Основы учения о теплообмене.-М.: Изд-во иностр. лит. 1958.-566 с.

132. Теплопередача в двухфазном потоке.//Под ред. Д. Баттерворса и Г. Хьюитта.-М.: Энергия. 1980.-328 с.

133. Розенблит Г.Б. Телопередача в дизелях.-М.: Машиностроение. 1977. -372 с.

134. Несис Е.И. Кипение жидкостей.-М.: Наука. 1973.-289 с.

135. Зигель Р. Телообмен в условиях ослабленной гравитации./В кн: Успехи теплопередачи.-М.: Мир. 1970.-е. 162-259.

136. Повицкий A.C., Любин Л.Я. Основы динамики и тепломассообмена жидкостей и газов при невесомости.-М.: Машиностроение. 1972.-252 с.

137. Френкель Я.И. О поведении жидких капель на поверхности твердого тела. //ЖЭТФ. 1948. т. 18. Вып. 7.-С. 659- 667.

138. Арон Я.Б., Френкель Я. И. О поведении жидких капель (и пузырьков) на поверхности твердого тела.//ЖЭТФ. 1949. т. 19. Вып. 9.-С. 807-813.

139. Finn R. Equlibrium capillary surfaces. Springer-Verlag. New York. 1986.-p. 297.

140. Гидродинамика невесомости./Под ред. А.Д. Мышкис. -М.: Наука. 1976.-504 с.

141. Адам Н.К. Физика и химия поверхностей.-М.: Гостехиздат. 1947.-552 с.

142. Русанов А.И. Фазовые равновесия и поверхностные явления.-Л.: Химия. 1967.-423 с.

143. Зимон А.Д. Адгезия жидкости и смачивание.-М.: Химия. 1974.-473 с.

144. Dussan E.B.V. Ann. Rev. Fluid Mech. 1979. № 11.-p. 371.

145. Попов В.Г. К вопросу равновесия пузырей (капель) на горизонтальной поверхности твердого тела.//Изв. ВУЗов СССР "Энергетика". 1988. № 11.-С. 31-36.

146. Толмачев В.В., Головин A.M., Потапов B.C. Термодинамика и электродинамика сплошной среды.-М.: Изд.-во МГУ. 1988.-231 с.

147. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Статистическая физика.-М.: Наука. 1964.-567 с.

148. Fritz W. Phys. Zeit 1935. Bd З6.№ 11.-s. 379.

149. Г59Т Сумм Б.Д.,Т0рюнов Ю.В. Физика-химические основы-смачивания ирастекания.-М.: Химия. 1976.-231 с.

150. Фролов Ю.Г. Курс коллоидной химии. Поверхностные явления и дисперсные системы.-М.: Химия. 1989.-463 с.

151. Попов В.Г. О гистерезисе краевого угла смачивания капель (пузырей). //Теплофизика Высоких Температур. 1991. т.29. № З.-С. 530-539.

152. Popov V.G. About the equilibrium of drops (bubbles) on horisontal surface of solid body. Fluid. Mech. 1989. № 5.-p. 7.

153. Седов Л.И. Механика сплошной среды. Т.1.-М.: Наука. 1973.-536 с.

154. Седов Л.И. Механика сплошной среды. Т.2.-М.: Наука. 1973.-573 с.

155. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Гидродинамика.-М.: Наука. 1986.-733 с.

156. Гилмор Р. Прикладная теория катастроф, т. 1.-М.: Мир. 1984.-350 с.

157. Лабунцов Д.А., Ягов В.В.//В сб. "Гидростатическое равновесие и волновые движения газожидкостных систем".-М.: МЭИ. 1977.-С. 72-79.

158. Bashforth F., Adams J. Capillary Action. Cambrige. 1883.

159. Zuber N. Trans. ASME. с. 82. 1960. 255.

160. Френкель Я.И. Кинетическая теория жидкостей.-Л.: Наука. 1975.-592 с.

161. Лабунцов Д.А. Приближенная теория теплообмена при развитом пузырьковом кипении.//Изв. АН СССР "Энергетика и транспорт. 1963. № 1.-С. 58-71.

162. Пригожин И. От существующего к возникающему.-М.: Мир. 1985.-327 с.

163. Лабунцов Д.А.//Теплоэнергетика. 1960. № 5. с. 79-81. № 7.-С. 76-80.

164. Рассохин Н.Г., Шведов Р.С.//Теплоэнергетика. 1969. № 7.-С. 91-92.

165. Попов В.Г., Селиванов A.C. Об устойчивости плоского пузыря на горизонтальной поверхности в поле гравитационных сил.//Сб. Тезисы докладов 7-мой Всесоюзной конференции "Двухфазный поток в энергетических машинах и аппаратах".-Л.: 1985. Том 1.-С. 287-290.

166. Попов В.Г. К вопросу равновесия пузырей на наклонной поверхности твердого тела./МИИТ-М.: 1987.-19 с.-Деп. в ВИНИТИ № 7665-В 18.09.87.

167. Попов В.Г. О равновесие пузырей на смачиваемой поверхности твердоготела в дестабилизирующем гравитационном поле.//Ж. Теплофизика Высоких Температур.-М.: 1987.-11 с.-Деп. в ВИНИТИ № 6827-В-87 27.09.87.

168. Попов В.Г. К вопросу равновесия капель (пузырей) на горизонтальной поверхности твердого тела.//Изв. ВУЗов СССР "Энергетика". № 11.-С. 7884.

169. Попов В.Г. О многообразии состояний капель (пузырей) на поверхности теплообмена. Гистерезис краевого угла.//Сб. Тепломассообмен.-ММФ-92. (HEAT/MASS TRANSFER-MIF-92).-Mhhck: 1992. т. 4.-ч. 2.-С. 69-72.

170. Попов В.Г. О физических механизмах отрыва и растекания пузырей на горизонтальной поверхности твердого тела./МИИТ-М.: 1987.-8 с.-Деп. в ВИНИТИ №6764-В 18.09.87.

171. Попов В.Г. О влиянии реальных условий смачивания на гистерезис краевого угла.//Теплофизика Высоких Температур. 1992. т. 30. № 5.-С. 915-923.

172. Попов В.Г. О равновесии капель(пузырей) на наклонной поверхности твердого тела.//Теплофизика Высоких Температур. 1990.-т. 28. №5.-С. 960-964.

173. Головатый А.Т., Лебедев Ю.А. Техническое обслуживание и ремонт подвижного состава за рубежом.-М.:Транспорт.1977.-158 с.

174. Мескон М., Альберт М., Хедоури Ф. Основы менеджмента. М.: Дело. 1995.-701 с.

175. Акофф Р. Планирование в больших экономических системах. М.: Советскоерадио.Т972.-223с.

176. Райветт П., Акофф Р. Исследование операций. М.: 1966.-143 с.

177. Хакен Г. Синергетика. М.: Мир. 1985.-404с.

178. Цистерны.(Устройство, эксплуатация, ремонт). Справочное пособие.-М.: 1990.-154 с.

179. Промывочная технология. АО Сканска Инжиниринг. 1993.

180. Ляндо И.М. Эксплуатация мазутного хозяйства котельной промышленного предприятия.-М.: 1967.-151 с.

181. Маршалл В. Основные опасности химических производств.-М.: Мир. 1989.

182. Davenport J. A. Hazards and protection of pressure storage and transport of LP-gas.//Journal of Hazardous Materials. 1988. v. 20. № 1-3. -p. 3-19.

183. Shebeko Yu. N., Shevchuck A.P., Smolin I.M. BLEVE prevention using vent devices.// Journal of Hazardous Materials. 1996. v. 50.-p. 227-238.

184. ГОСТ 12.1.0034-91. ССБТ. Пожарная безопасность. Общие требования.

185. ГОСТ 12.1.010-76. Взрывобезопасность. Общие требования.

186. Инструкция по наливу, сливу и перевозке сжиженных углеводородных газов в железнодорожных вагонах-цистернах.-М.: Недра. 1980.-32 с.

187. Правила перевозки опасных грузов.-М.: Транспорт. 1987,-102 с.-----------

188. Шебеко Ю. Н., Филиппов В.Н. и др. Исследование влияния вспучивающегося огнезащитного покрытия на поведение резервуаров со сжиженными углеводородными газами в очаге пожара. //Пожаровзрывобезопасность. 1998. т. 7. №1.-С. 24-32.

189. Шебеко Ю. Н., Филиппов В.Н. и др. Способы противопожарной защиты резервуаров со сжиженными углеводородными газами. //Пожаровзрывобезопасность. 1999. №4.-С. 33-42.

190. Ramskill Р.К. A description of the "ENGULF" computer codes codes to model the thermal response of an LPG tank either fully or partially engulfed by fire.//Journal of Hazardous Materials. 1988. v. 20. № 1-3. -P. 177-196.

191. Фисенко B.B. Критические двухфазные потоки.-М.: Атомиздат. 1978. 159 с.

192. Sallet D.W. Critical two-phase mass flow rates of liquefied gases.//Journal of Loss Prevention in the Process Industies. 1990. v. 3. № 1. -P. 38-42.

193. Специализированные цистерны для перевозки опасных грузов. Справочное пособие.М.Издательство стандартов. 1993. 215 с.

194. Стаскевич H.JL, Вигдорчик Д.Я. Справочник по сжиженным углеводородным газам. Л.: Недра. 1986. 542 с.

195. Попов В.Г. Модель процессов теплообмена в железнодорожных цистернах со сжиженными углеводородными газами в очаге пожара.//Труды Научно-практической конференции "Безопасность движения поездов". Москва. МИИТ. 10-12 ноября 1999.-С 11-12.

196. Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей.М.: Наука. 1972. 720 с.

197. Рид Р., Праусниц Дж., Шервуд Т. Свойства газов и жидкостей. Л.: Химия. 1982. 591 с.

198. Состав огнезащитный вспенивающийся СГК-1 .ТУ. 7719-162.00000335-95.

199. Попов В.Г. Критерии термодинамической эффективности энергетических объектов подвижного состава.//Вестник ВНИИЖТ. 2000. № 5.(в печати).

200. Попов В.Г. Энергосберегающая технология очистки цистерн от остатков нефтепродуктов.//Вестник ВНИИЖТ. 2000. № З.(в печати).

201. Попов В.Г. Методика расчета процесса теплообмена в железнодорожных цистернах со сжиженными углеводородными газами в очаге пожара. //Пожаровзрывобезопасность.2000. №6. (в печати).

202. Попов В.Г. Выбор оптимальных технических средств защиты железнодорожных цистерн со сжиженным газом в очаге пожара.//Ж.-д транспорт. Сер. Безопасность движения. ОИ/ ЦНИИТЭИ МПС.-2000.-Вып 2. (в печати).

203. Попов В.Г. Метод оптимизации водомасляного теплообменника системы охлаждения тепловоза.//Вестник ВНИИЖТ. 1999. № 4.-С. 40-44