Microsoft Word Document, 869 Кб

На правах рукописи
СЕМЕНОВ Александр Павлович
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ
СИСТЕМЫ ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ
ВОЗДУХОВОДОВ ПАССАЖИРСКИХ ВАГОНОВ
Специальность 05.22.07 – «Подвижной состав железных дорог,
тяга поездов и электрификация»
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
ОМСК 2010
Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Омский государственный университет
путей сообщения» (ГОУ ВПО ОмГУПС).
Научный руководитель:
доктор технических наук, профессор
МАТЯШ Юрий Иванович.
Официальные оппоненты:
доктор технических наук, профессор
НИКОЛАЕВ Виктор Александрович;
кандидат технических наук, доцент
ПРИХОДЧЕНКО Алексей Всеволодович.
Ведущая организация:
ГОУ ВПО «Иркутский государственный университет путей сообщения (ИрГУПС)».
Защита состоится « 18 » июня 2010 г. в 11 час. 30 мин. на заседании диссертационного совета Д 218.007.01 при Омском государственном университете
путей сообщения (ОмГУПСе) по адресу: 644046, г. Омск, пр. Маркса, 35, ауд.
219.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Омского государственного университета путей сообщения.
Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью учреждения, просим направлять по адресу диссертационного совета
Д 218.007.01.
Тел./факс: (3812) 31-13-44; е-mail: nauka@omgups.ru
Автореферат разослан
Ученый секретарь
диссертационного совета
доктор технических наук,
профессор
17 мая 2010 года
О. А. Сидоров
© Омский гос. университет
путей сообщения, 2010
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность исследования. Одной из наиболее актуальных проблем в
обеспечении комфортности пребывания в пассажирских вагонах железнодорожного транспорта является физико-химическая чистота окружающего пассажира воздуха. В большинстве случаев в пассажирских вагонах используется система вентиляции с рециркуляцией воздуха. Опасные вещества, такие как пыль
органического и неорганического происхождения, патогенная флора, грибки,
микробы, продукты дыхания человека и ряд других загрязнителей, проникают в
воздуховоды, осаждаются там и с последующими потоками воздуха перемещаются
в
салон.
Обследование
поездов
дальнего
следования
в
2006 г. выявило 9925 случаев санитарных нарушений. Одной из причин такого
состояния является несовершенство технологического процесса очистки воздуховодов системы вентиляции при техническом обслуживании и ремонте пассажирских вагонов.
Целью данной работы является совершенствование технологии технического обслуживания пассажирских вагонов за счет теоретического и экспериментального обоснования рекомендаций по использованию дисперсного потока
«воздух – гранулы диоксида углерода» для очистки воздуховодов системы вентиляции. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие
задачи.
1. Разработать математическую модель движения дисперсного потока
«воздух – гранулы диоксида углерода» (в дальнейшем – дисперсный поток) по
магистралям установки очистки.
2. Подтвердить адекватность математической модели дисперсного потока
в магистралях установки очистки.
3. Исследовать динамическое и температурное влияние параметров дисперсного потока на очищаемую поверхность.
4. Разработать технические средства для очистки воздуховодов системы
вентиляции пассажирских вагонов. По результатам натурного и численного исследования разработать рекомендации по конструкции установки для очистки
внутренней поверхности воздуховодов пассажирских вагонов.
5. Оценить технико-экономическую эффективность внедрения технологии
очистки с применением гранулированного диоксида углерода.
3
Научная новизна диссертации заключается в следующем.
1. Разработана математическая модель движения дисперсного потока в магистралях устройства очистки с учетом тепломассовых процессов.
2. Создана методика расчета выборов значений параметров сопла и дисперсионной среды, обеспечивающих необходимое воздействие на очищаемую
поверхность.
3. Сформулирована методика оценивания влияния размеров гранул и их
концентрации на осредненную скорость твердой и несущей фаз, температуру и
состав несущей среды.
4. Определены параметры дисперсного потока для удаления загрязнений
воздуховодов пассажирских вагонов.
Достоверность научных положений и результатов диссертационной
работы обоснована применением корректных математических моделей и подтверждена экспериментальными исследованиями, проведенными с применением сертифицированного поверенного оборудования и статистических методов
проверки и адекватности (критерия Фишера).
Практическая ценность работы состоит в следующем.
1. Разработан метод и технические средства для технологического процесса очистки воздуховодов.
2. Предложены рекомендации по выбору режимов очистки воздуховодов,
имеющих различную степень загрязненности.
3. Разработанные метод и средства очистки воздуховодов находят применение в учебном процессе при подготовке специалистов по обслуживанию систем вентиляции и кондиционирования пассажирских вагонов.
Апробация работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались на международной научно-технической конференции, посвященной
65-летию ОмГТУ (Омск, 2007); международной научно-практической конференции, посвященной 75-летию СГУПСа «Актуальные проблемы Транссиба на
современном этапе» (Новосибирск, 2007); всероссийской научной конференции
молодых ученых «Наука технологии инновации» (Новосибирск, 2006); IX
научно-практической конференции «Безопасность движения поездов» (Москва,
2008); научно-технической конференции с международным участием «Подвижной состав и специальная техника железнодорожного транспорта» (Харьков, 2009); 3-й научно-практической конференции ОмГУПСа «Инновационные
4
проекты и новые технологии на железнодорожном транспорте» (Омск, 2009);
на заседании постоянно действующего научно-технического семинара
ОмГУПСа «Повышение эффективности работы железнодорожного транспорта,
объектов промышленной теплоэнергетики, телекоммуникационно-информационных систем, автоматики и телемеханики» (Омск, 2009).
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 11
научных работах (из них две – в изданиях, определенных ВАК Министерства
образования и науки России).
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав,
списка литературы из 103 наименований и двух приложений. Работа изложена
на 125 страницах основного текста, содержит 32 таблицы и 42 рисунка.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснованы актуальность, научная и практическая значимость работы, сформулированы задачи исследований и намечены пути их решения, дано кратное содержание работы по главам.
Первая глава посвящена анализу существующих технологий очистки
воздуховодов пассажирских вагонов. Установлено, что с конца ХХ в. по настоящее время для очистки различных поверхностей (например, фасадов зданий и
памятников архитектуры) наряду с песко- и дробеструйным методами применяется «криогенный бластинг», базирующийся на использовании гранул диоксида углерода. В открытой печати имеются сведения о степени влияния размера
и концентрации твердых частиц, таких как стальная дробь, песок, пластиковые
гранулы, на режимы течения дисперсного потока. Причем компоненты таких
дисперсных потоков перед их смешением имеют практически одинаковое значение температуры. Отличительной особенностью метода очистки с применением гранул диоксида углерода является значительная разность температуры
между смешиваемыми компонентами. Поэтому при движении по магистралям
системы очистки дисперсного потока, содержащего гранулы диоксида углерода
и воздух, будут происходить тепломассовые процессы, которые в значительной
степени окажут влияние на состав несущей фазы, размер гранул и скоростные
режимы течения. Исследование особенностей движения по магистралям системы очистки дисперсного потока, компоненты которого характеризуются значительным перепадом температуры, позволит рационально выбирать требуемые
параметры средств очистки воздуховодов пассажирских вагонов.
5
Во второй главе в качестве расчетной принята схема установок, используемых для очистки поверхностей дисперсным потоком (песко-, дробеструйный и т. п.) (рис. 1). Дисперсный двухфазный поток со значительной разностью
температуры твердой и газообразной фаз описывается законом сохранения
энергии, неразрывности среды и уравнением теплопередачи. Закон сохранения
вещества при течении описывается уравнением неразрывности:
   div()  0 ,
(1)
где ρ – плотность среды;  – вектор скорости движения среды; τ – время.
Êëàï àí
ï ðåäî õðàí èòåëüí û é
Êî ì ï ðåññî ð
Màí î ì åòð
... ... ... ............ ... ... ... ... ... ... ... ... ...
.. . . . . .. . .. . .. . .
... ... ... ............ ... ... ... ... ... ... ... ... ...
Ðåñèâåð
.....
.
Áàê ñ ãðàí óëàì è ÑÎ
Çàï î ðí û é
êëàï àí
2
Ñì åñèòåëü
Ò1...Ò6 òî ÷êè
ðàçì åù åí èÿ
äàò÷èêî â
òåì ï åðàòóðû
T1
.....
.
T2
Ñî ï ëî

T6
Ñèëèêî í î âû é
ø ëàí ã
T3
T4
T5
Î ÷èù àåì àÿ
ï î âåðõí î ñòü
Рис. 1. Схема экспериментальной установки для оценки температурного
воздействия гранул CO 2 на очищаемую поверхность и ее температуры
В рассматриваемом потоке происходит теплообмен между частицами диоксида углерода и несущей фазой (воздухом) в соответствии с законом теплопроводности Фурье:
q  dT dn  .
(2)
Граничные условия решаемой задачи – температура окружающей среды и
теплообмен между потоком и поверхностью трубопровода рассчитываются так:
q  Tп  Tc  или  dT dn   Tп  Tc ,
(3)
а между твердыми частицами ( CO 2 ) и несущей средой (воздух) –
Qв  G в С p t ; Q СO2  G СO2 (h   h тв ) ,
6
(4)
где Q в – количество тепла, необходимое для охлаждения потока воздуха;
Q СO 2 – количество холода, получаемого в процессе сублимации отвержденно-
го диоксида углерода; h , h тв – энтальпии газообразной и твердой фракций диоксида углерода соответственно.
К интенсивным величинам относятся физические свойства частиц: их
размер (диаметр) d p и физическая плотность  p . Экстенсивной физической
характеристикой гетерогенных потоков является концентрация твердых частиц
в потоке. Эти свойства частиц характеризуют динамическую и тепловую инерционность дисперсной фазы. Динамическая инерционность частиц определяется временем релаксации  p :
 p   p C   p d p 2 18C ;
0
(5)
1  Re 2p / 3 / 6 при Re p  10 3 ;

C
3
0,11  Re p / 6 при Re p  10 .
(6)
Тепловая инерционность частиц характеризуется временем их тепловой
релаксации  t :
 t   t 0 С1  Cp p p d p 2 12C1 .
(7)
Турбулентность течения газа с твердыми частицами определяется их
инертностью по отношению к осредненной скорости несущей фазы. Параметром динамической инерционности частиц в крупномасштабном пульсационном
движении является число Стокса
Stk L   p TL ,
(8)
где  p – динамическая релаксация частиц; TL – характерное время несущей фазы в осредненном движении.
Плотность материала твердых частиц значительно превышает плотность
несущего газа, т. е.    p   10 3 , поэтому «эффективная» плотность гетерогенного потока с увеличением концентрации дисперсной фазы возрастает:
e    Фp  (1  M) ,
где М – число Маха.
7
(9)
Отношение  p к вязкой диссипации ξ характеризует дополнительное порождение турбулентности в следе за частицами несущего потока:
p
a C 
 3/ 4  D 
 C   
4/3
3
W l
dp k
3/ 2
,
(10)
 
где W  W / u *0 ; d p  d p / R ; W  U  V .
Установлено, что влияние крупных частиц на турбулентность определяется главным образом объемной концентрацией, безразмерной скоростью межфазного скольжения W и безразмерным диаметром d p .
Объемная концентрация частиц рассчитывается по формуле:
Ф
d 3p N p
6a

Vp
Vg
(11)
,
где а – объем трубопровода; N p – количество гранул в трубопроводе; Vp и
Vg – объем частиц и газа в элементарном объеме потока. С увеличением диа-
метра твердых частиц повышается их объемная концентрация (рис. 2) и возрастает турбулизирующее влияние крупнодисперсной фазы на структуру несущего
потока. Влияние твердых частиц на турбулентную энергию потока определяется отношением турбулентных энергий частиц (k) и несущей фазы ( k 0 ):
C 
1 3/ 4  D 
C
  
a
k

k0
4/3
 W 3l  k 0 
 
k 03 / 2d p  k 
1/ 2 

1 / 2  k 
1/ 2
1/ 4 

1  2M C [1  C   p k 0
/ l   ] 



 k 0 


.
(12)
Ограничимся влиянием дисперсной фазы на турбулентную энергию центра потока, где можно принять k 0 равным 1. Для крупных частиц (дополнительная диссипация турбулентности – незначительная) из формулы (12) следует:
k  1  1 k 1 / 2 bY ,
где b 
a
C 3 / 4 4 / 3
; Y
C D 4 / 3  W 3l
k0
3/ 2
.
dp
8
(13)
Î áúåì í àÿ êî í öåí òðàöèÿ ÷àñòèö, êã/ì
3
0,030
0,025
0,020
0,015
0,010
0,0015
0,0020
0,0025
Äèàì åòð ãðàí óëû , ì
Рис. 2. Зависимость объемной
концентрации в потоке
от диаметра твердых частиц
По уравнениям рассчитано изменение размеров и концентрации гранул
диоксида углерода, изменение температуры, давления и вязкости потока воздуха при перемещении дисперсного потока по подводящим магистралям системы очистки в зависимости от начальных параметров сосуществующих фаз,
окружающей среды и конструктивных
особенностей используемого технологического оборудования.
Из выражения (13) выявлено, что
увеличение размера гранул (от 0,00185
до 0,003 м) и их объемной концентрации
в потоке (от 4,3  10  3 до 1  10  2 ) приво-
дит к существенному уменьшению скорости движения твердых частиц в потоке (на 15 – 35 %). Такие частицы не реагируют на турбулентные пульсации скорости несущей фазы, а распределение их осредненных скоростей будет практически однородным по сечению канала.
Из данных, приведенных на рис. 3, видно, что скорость движения твердой
фазы составляет порядка 15 – 35 % от скорости движения несущей среды. При
уменьшении диаметра гранул их скорость стремится к скорости несущей фазы.
Однако получение гранул диаметром меньше 1,85 мм ( d min ) сопряжено со значительными техническими трудностями, поэтому рекомендуется диаметр гранулы 1,85 мм. Проведенные расчеты с использованием выражений (2) – (7) показали, что при течении по трубопроводу изменение температуры дисперсного
потока за счет передачи тепла от окружающей среды через стенки трубы не
превышает 2,5 %. Это позволяет пренебречь влиянием теплопритока из окружающей среды на характер течения двухфазной среды. Интенсивность сублимации гранул CO 2 в потоке описывается зависимостью:
J c  8,723  10 11  T 3  4,278  10 4 .
9
(14)
Çàâèñèì î ñòü ñêî ðî ñòè
ñêî ëüæåí èÿ ãðàí óë ÑÎ 2 î ò
ñêî ðî ñòè í åñóù åé ô àçû
Сублимация гранул ди0,35
оксида углерода приведет к
0,30
суммарному увеличению рас0,25
хода несущей фазы на 5,7 %.
При смешении воздуха с гра0,20
d min
нулами диоксида углерода ко0,15
0,0016 0,0018
0,0020
0,0022 0,0024
личество
сублимированного
Äèàì åòð ãðàí óëû , ì
диоксида углерода составит 13
Рис. 3. Зависимость разности скорости
% от первоначального объема.
несущей фазы и гранул от диаметра гранул
Для повышения кинетической
энергии полидисперсного потока, беспрепятственного прохождения гранул и
создания широкого пятна воздействия на поверхность предполагается использовать сопло Лаваля. Скорость полидисперсного потока на выходе из сопла
рассчитывается по эмпирическому выражению:
Vв  2p в К ,
(15)
где Δр – избыточное давление воздуха в трубопроводе;  в – плотность поли-
Óãî ë , ãðàä
дисперсного потока в трубопроводе; К – суммарный коэффициент потерь.
Зная скорость потока и массу гранул, определяем импульс, действующий
на очищаемую поверхность.
Расчетная зависимость угла поворота маятника от значения возникающего на очищаемой поверхности импульса силы представлена на рис. 4.
Таким образом, во второй
20
главе сформулирована матема15
тическая модель движения дис10
персного двухфазного потока
5
«воздух – гранулы диоксида углерода» по трубопроводу и
0
10 20 30 40 50 60
оценено воздействие дисперсÈ ì ï óëüñ ñèëû í à î ÷èù àåì î é
ï î âåðõí î ñòè, Í ñ
ного потока на поверхность деРис. 4. Зависимость угла поворота
тали.
маятника от значения возникающего
Третья глава. Для оценна очищаемой поверхности импульса силы
ки достоверности результатов
теоретических исследований был проведен ряд экспериментов. В ходе первого
эксперимента установлено, что при длине трубопровода, достаточной для
10
.
очистки воздуховода вагона, изменение температуры дисперсного потока незначительно (рис. 5) и сублимация гранулированного CO 2 в процессе движе-
.....
.
ния по трубопроводу незначительно влияет на размер гранул и, как следствие, –
на качество очистки, а температурное воздействие дисперсного потока не по9
вреждает конструкционный материал
воздуховода. Экспериментальная оценка
8
3
5
1
2
4
достоверности полученного(T6)значения импульса взаимодействия двухфазной
7
среды с(T1)поверхностью
воздуховода
получена путем проведения эксперимен(T2) (T3)
(T4)
(T5)
6
тального исследования модели
физического
маятника (рис. 6).
a
285
275
Î
Ê
255
245
235
Ò
2l
3

l
225
ñ mg
215
205
mV0
195
185
175
Ò1

Ò2
Ò3
Ò4
Ò5
Î
1
Ò6
Рис. 5. Температура участков
поверхности трубопровода
с дисперсионной смесью:
– 0,2 МПа;
– 0,6 МПа;
p
– 0,4 МПа;
– 0,8 МПа
Рис. 6. Схема экспериментальной
установки для оценки импульса
на очищаемой поверхности
Отклонение пластины, подвешенной на оси вращения посредством подшипников сверхлегкой серии и имитирующей физический маятник, происходит
за счет давления струи дисперсного потока в точке качания маятника. Установлено, что угол поворота пропорционален силе давления дисперсного потока
(рис. 7):
  arctg
p
,
mg 2l пр
(16)
где l пр – приведенная длина физического маятника.
Доверительный интервал для практической силы воздействия на пластину для доверительной вероятности 0,95 равен (49,9 Н; 51,2 Н).
11
На основании проведенного концентрационного анализа загрязнений
(взвешенных веществ), находящихся на очищаемой поверхности, построена зависимость динамического воздействия на поверхность дисперсным потоком от
степени ее загрязнения (рис. 8). Выявлена линейная зависимость (рис. 9) динамического воздействия дисперсного потока на очищаемую поверхность от рас-
18
êã.ñ
17
Óãî ë , ãðàä
3,0
ð
16
êã.ñ
3,0
15 ð
2,0
14
1,0
13
2,0
1,0
12
0
30
0,2
40
50
60
0
0,3
0,4ëà,
0,2 Ñè
0,3 Í 0,50,4
0,60,5
à
Рис. 7. Зависимость угла поворота
пластины от величины импульса:
Ñèëà âî çäåéñòâèÿ í à î ÷èù àåì óþ ï î âåðõí î ñòü, Í
5,0
стояния
«»5,0
(см. рис. 1).
22
17
12
7
2
0,2
0,8
1,6
2,4
3,2
4,0
0,70,6 Êî
0,8
1,0 ì ã/ì
ì 0,8
í 0,7
öåí òðàöèÿ
çàãðÿçí åí èé,
ì
à Рис. 8. Зависимость силы
2
1,0
воздействия дисперсного потока
на очищаемую поверхность
от степени загрязнений
– экспериментальные
значения;
– расчетные
Рекомендованы параметры полидисперсного потока для типовых загрязнений (таблица).
Таблица
Рекомендуемые условия для очистки воздуховодов дисперсным потоком
Вид загрязнения
(покрытия) поверхности
Пылевое загрязнение
нерифленой металлической
поверхности (воздуховода)
Давление сжатого воздуха в воздушной
питающей магистрали, МПа
Диаметр гранул диоксида углерода, мм
Расход гранул диоксида углерода, кг/мин
Температура окружающей среды, К
12
0,2
1,85
0,25
293
5,0
50 5,0
5,0
H.
êã.ñ
30
ð
3,0
ð
2,0
20
ð
10
0
3,0
5,0
3,0
0
1,0
êã.ñ
êã.ñ
êã.ñ
2,0
ð
2,0
3,0
1,0
0,2
0,3
ð
1,0
0,4 2,0 0,5
0,6

0,7
ì
0,8
1,0
0
1,0
Рис.
между
0,2
0,3расстоянием
0,4
0,5
0,6
0 9. Взаимосвязь
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
à
до очищаемого объекта и параметрами
à
00,5
0,2
0,3
0,4
0,6
0,7
0,8
1,0
ì
0,2
0,3 потока:
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
дисперсного
à
à
– 0,2 МПа;
– 0,6 МПа;
– 0,4 МПа;
– 0,8 МПа
Проверка модели по критерию Фишера, который составил 1,03, подтвердила ее
адекватность.
В четвертой главе описана конструкция разработанных технических средств. В
установке для очистки воздуховодов
пассажирских
вагонов
0,7
0,8
1,0
ì
1,0
ì
гранулами
сухого льда рабо1,0
ì
чим
телом является сжатый
воздух и гранулы CO 2 . Установка (рис. 10) содержит колесное шасси 1 с приводом 3,
на шасси установлены корпус
2, опорные ролики (колеса) 4,
одна пара из которых – поворотная. В корпусе 2 установлены форсунка 5 для подачи
гранул CO 2 и видеокамера 6.
Привод кинематически
связан с органами управления.
Вне корпуса установлены
пульт управления и рукав 7
подачи дисперсного потока, связывающий емкость 8 для гранул с форсункой 5
и нагнетателем гранул 9. Вращающееся в вертикальной плоскости сопло 5 располагается на трубопроводе 12. Упорный ролик 10 фиксирует установку в вертикальном направлении. Пылезаборные прорези служат для отвода шлама через
канал 14 промышленного пылесоса. Применимость устройства обоснована проведением эксплуатационной наработки в филиале Федеральной пассажирской
дирекции Западно-Сибирской железной дороги – пассажирском вагонном депо
Омск (акт эксплуатационной наработки опытного образца от 24.04.2009). На
данную разработку получен патент на изобретение № 2364501, зарегистрированный в государственном реестре изобретений РФ 20.08.2009.
Рис. 10. Установка очистки
поверхностей воздуховодов вагонов
гранулами сухого льда
13
В пятой главе проведен расчет технико-экономической эффективности
внедрения технологии очистки с применением гранулированного диоксида углерода. Расчетный чистый дисконтированный доход от внедрения технологии
очистки воздуховодов пассажирских вагонов дисперсным потоком за пять лет –
2085 тыс. р., расчетный срок окупаемости технических средств – 3,4 года при
программе очистки 400 воздуховодов вагонов в год.
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
1. На основе проведенного анализа систем кондиционирования и вентиляции пассажирских вагонов, технологий очистки воздуховодов, результатов
санитарно-гигиенического контроля, патентной документации и литературных
источников, выявлено, что при техническом обслуживании и ремонте вагонов
наиболее перспективным является метод очистки воздуховодов с использованием дисперсного потока «воздух – гранулы диоксида углерода».
2. Установлено, что в дисперсном потоке, у компонентов которого значительная разность температуры, происходят тепломассовые процессы, влияющие на состав и температуру несущей фазы, размер гранул и скоростные режимы течения.
3. Разработана математическая модель дисперсного потока «воздух – отвержденный CO 2 », описывающая свойства исследуемого потока. Установлено
следующее:
а) турбулентность потока определяется объемной концентрацией Ф, скоростью межфазного скольжения W и диаметром гранул d p . Повышение массовой концентрации гранул ламинизирует поток. С увеличением инерционности частиц их влияние на турбулентность снижается;
б) увеличение размера и объемной концентрации гранул в потоке приводит к уменьшению на 15 – 35 % скорости движения твердых частиц в потоке.
Такие частицы не реагируют на турбулентность несущей фазы, а распределение
их осредненной скорости практически однородно по сечению канала (трубы);
в) приток тепла от окружающей среды к дисперсному потоку повышает
его температуру не более чем на 2,5 % и не изменяет характера течения;
г) изменение температуры исследуемого потока составляет 51 К, при
этом количество сублимированного CO 2 составит 13 % от его первоначального
объема;
14
д) для максимальной скорости движения твердой фазы в несущей среде
рекомендуются гранулы диаметром 1,85 мм;
е) воздействие дисперсного потока на поверхность при давлении сжатого
воздуха в подающей магистрали 0,8 МПа изменяется от 34,26 до 50,57 Н.
4. Разработаны экспериментальные установки для проверки адекватности
математической модели и проведены необходимые натурные исследования. В
результате исследования установлено:
а) при рабочей длине трубопровода изменение температуры дисперсного
потока незначительно и сублимация гранулированного CO 2 в процессе движения по трубопроводу не влияет на качество очистки.
б) динамическое воздействие дисперсного потока на очищаемую поверхность является линейной функцией от расстояния среза сопла до очищаемой
поверхности. Расхождение между численными и экспериментальными значениями не превышает 20 %.
В ходе экспериментов получены рекомендуемые условия для очистки
воздуховодов дисперсным потоком (давление сжатого воздуха в воздушной питающей магистрали – 0,2 МПа; диаметр гранул CO 2 – 1,85 мм; расход гранул
CO 2 – 0,25 кг/мин; температура окружающей среды – 293 К). Достоверность
научных положений и результатов подтверждена статистическими методами
проверки адекватности.
5. Подтверждена экономическая целесообразность внедрения предлагаемых технических решений: расчетный чистый дисконтированный доход от
внедрения технологии очистки воздуховодов вагонов дисперсным потоком за
пять лет – 2085 тыс. р.; срок окупаемости технических средств – 3,4 года.
Список работ, опубликованных по теме диссертации
1. Г о л о в а ш А . Н . Проблема загрязнения воздуховодов пассажирских
вагонов / А . Н . Г о л о в а ш , Ю . И . М а т я ш , А . П . С е м е н о в // Актуальные проблемы Транссиба на современном этапе: Материалы междунар. науч.практ. конф. / Сибирский гос. ун-т путей сообщения. Новосибирск, 2007.
С. 112 – 116.
2. Г о л о в а ш А . Н . Современная технология очистки воздуховодов пассажирских вагонов / А . Н . Г о л о в а ш , А . П . С е м е н о в // Подвижной состав и специальная техника железнодорожного транспорта: Материалы науч.техн. конф. / Харьковская государственная академия железнодорожного транспорта. Харьков, 2009. С. 112 – 117.
15
3. М а т я ш Ю . И . Анализ проблем водоподготовки и вторичного загрязнения воды на сети железных дорог РФ / Ю . И . М а т я ш , О . С . М о т о в и л о в а , А . П . С е м е н о в // Инновационные проекты и новые технологии на
железнодорожном транспорте: Материалы науч.-практ. конф. / Омский гос.
ун-т путей сообщения. Омск, 2009. С. 81 – 85.
4. М а т я ш Ю . И . Исследования физико-химической природы загрязнений воздуховодов пассажирских вагонов / Ю . И . М а т я ш , А . П . С е м е н о в //
Материалы науч.-техн. конф. / Омский гос. техн. ун-т. Омск, 2007. С. 198 – 202.
5. М а т я ш Ю . И . Очистка воздуховодов пассажирских вагонов /
Ю . И . М а т я ш , А . П . С е м е н о в // Железнодорожный транспорт. 2009.
№ 12. С. 48 – 50.
6. М а т я ш Ю . И . Теоретическое и экспериментальное исследование характера истечения полидисперсной среды, состоящей из воздуха и отвержденного диоксида углерода / Ю . И . М а т я ш , А . П . С е м е н о в // Омский научный вестник. 2010. № 1 (87). Сер. Приборы, машины и технологии. С. 43 – 46.
7. С е м е н о в А . П . Автоматизация технологических процессов очистки
воздуховодов подвижного состава железных дорог / А . П . С е м е н о в //
Наука. Технологии. Инновации: Матер. всерос. науч.-практ. конф. / Сибирский
гос. ун-т путей сообщения. Новосибирск, 2006. Ч. 3. С. 61 – 64.
8. С е м е н о в А . П . Перспективные методы очистки воздуховодов системы вентиляции вагонов в пассажирских поездах / А . П . С е м е н о в // Межвуз.
Сб. трудов молодых ученых, аспирантов и студентов / Сибирская автомобильно-дорожная академия. Омск, 2008. Вып. 5. Ч. 1. С. 57 – 61.
9. С е м е н о в А . П . Совершенствование установок кондиционирования
воздуха в вагонах / А . П . С е м е н о в , О . С . М о т о в и л о в а , А . Ю . Г р о м о в // Безопасность движения поездов: Материалы науч.-практ. конф. / МИИТ.
М., 2008. С. 24 – 26.
10. С е м е н о в А . П . Создание экспериментальной установки для изучения характера истечения полидисперсной среды через сопло Лаваля /
А . П . С е м е н о в // Совершенствование технологии ремонта и технического
обслуживания вагонов: Межвуз. темат. сб. науч. тр. / Омский гос. ун-т путей
сообщения. Омск, 2009. С. 47 – 50.
11. Пат. 2364501 РФ МКП8 B 25 J 5/00, В08В 7/00. Роботизированный мобильный комплекс очистки и дезинфекции системы вентиляции и кондиционирования воздуха / А . Н . Г о л о в а ш , А . П . С е м е н о в , Ю . И . М а т я ш , Н .
В . С е м е н о в , А . В . К у р а к о в , В . А . С м и р н о в (РФ). № 2008100867/02.
Заявл. 19.09.2008. Опубл. 20.08.2009. Бюл. № 23.
______________________________________________________
Типография ОмГУПСа. 2010. Тираж 100 экз. Заказ .
644046, г. Омск, пр. Маркса, 35
16