К вопросу об осушке сжатого воздуха на подвижном составе
реклама
К вопросу об осушке сжатого воздуха на подвижном составе и предприятиях ОАО «РЖД» Л.Ф. Риполь-Сарагоси, РГУПС Безопасность движения поездов - один из главных критериев привлекательности перевозочного процесса – напрямую зависит от качества работы тормозной техники. Российская история ее развития шла по пути использования сжатого воздуха. Однако, недорогое и привлекательное рабочее тело пневмосистем – сжатый воздух – не лишен весомых недостатков. Наиболее опасным является влага. При понижении температуры сжатого воздуха происходит процесс насыщения паров влаги, а затем выпадение конденсата. Образование конденсата в пневмосетях поездов, тормозных приборах в осенне-весенний период представляет угрозу безопасности движения подвижного состава ввиду возможности кристаллизации влаги. Перемерзание тормозной магистрали, концевых рукавов между секциями локомотива, автоблокировки усл. №367, ледяные пробки в кране машиниста и воздухораспределителях, делают поезд неуправляемым. Наряду с проблемой отказа автоматических тормозов в пути следования, ещё до выхода на маршрут движения, вагоны проходят безлокомотивную обработку сжатым воздухом. Полное опробование тормозов в ПТО вагонных депо проводится сжатым воздухом от стационарных компрессорных станций Устройством Зарядки и Опробования Тормозов (УЗОТОом). Пневмосистемы УЗОТ, как правило, не оборудованы эффективными системами осушки сжатого воздуха. Таким образом, перед отправлением поезда, в тормозную магистраль закачивается сжатый воздух вместе с влагой, которая также может кристаллизироваться и препятствовать движению сжатого воздуха. На протяжении многих лет в РГУПСе (РИИЖТе), ВЭлНИИ, ВНИКТИ фундаментальные ведущими исследования специалистами по вопросам велись осушки сжатого воздуха в системе железных дорог. Исследования применяющихся в технике методов осушки сжатого воздуха показало, что для условий эксплуатации подвижного состава железнодорожного транспорта одним из возможных методов является адсорбционный. Ученые ВЭлНИИ и ВНИКТИ (Ю.Н. Головакч, И.В. Скогоровев, А.А. Шарунин, А.Л. Редин) шли по пути реализации химического метода осушки сжатого воздуха – применении адсорбентов. Рассмотрим наиболее интересный короткоцикловый безнагревный метод адсорбции. Для расчёта массы адсорбента рекомендуется уравнение: G где пцV0 C 0 C , кг V 1 K и р а д Vо G – масса адсорбента, кг; (1) пц – продолжительность процесса поглощения влаги, с; Vo, Vp – удельные расходы осушаемого и осушенного воздуха, кг/м3; Ки – коэффициент избытка регенерационного воздуха; С0, С – влагоёмкость осушаемого воздуха, кг/м3; Ад – динамическая влагоёмкость адсорбента, кг влаги/кг адсорбента; Объём адсорбента равен Vадс = где G адс , (2) адс - насыпная плотность адсорбента, кг/м . 3 Рекомендуемое соотношение размеров слоя адсорбента H = ( 2 H ) D, (3) где H и В – высота и диаметр слоя адсорбента. D 0,634 0,8623 G ад ,м (4) Входящие в (1) величины взаимосвязаны. Проведён комплекс исследований процессов КБА. Изучено влияние на выходные параметры осушенного сжатого воздуха различных климатических и влагосодержания длительности и эксплуатационных температуры адсорбции и осушаемого десорбции влаги, факторов: воздуха, расхода регенерационного воздуха, продолжительности включения компрессора. Одной из важнейших короткоцикловой длительность характеристик безнагревной полуцикла процесса адсорбции работы является адсорбера до его переключения на режим регенерации адсорбента. Результаты исследований приведены на рис.1 для установки с цеолитами NaA. Графики представлены в виде серии кривых зависимости температуры точки росы t p осушенного сжатого воздуха от величины различных воздуха относительных - Vp Vp , где расходах Vp и при пц регенерационного Vo количество - Vo регенерационного и осушенного воздуха. Значение Vp определились при испытаниях из выражения: - Vp ПВ р ПВб ПВ р 100, % (5) где ПВр и ПВб – продолжительность включения компрессора соответственно при наличии расхода регенерационного воздуха и без него. Продолжительность включения компрессора определяется как отношение времени его работы к общей продолжительности цикла (работа плюс стоянка). Для стабильного обеспечиваться достаточный процесса расход КБА должен регенерационного воздуха. Его величина не должна быть ниже вычисляемой из уравнения - Vp где Pp P1 100 , % (6) Pp и P1 – давление регенерационного и осушаемого потоков. - Для локомотивных пневматических сетей величина Vp находится в пределах 11-13 %. Из рис.1 следует, что существует определённая продолжительность полуцикла, при которой достигается наилучшая степень осушки, то есть минимальное значение tp. Положение экстремума кривых, практически, не зависит о - величины V p ; для цеолита оно наблюдается при пц = 3,5 мин. Отклонение величины как в сторону его увеличения, так и в сторону его уменьшения приводит к снижению эффективности температуры процесса, точки росы то есть осушенного к возрастанию сжатого воздуха. Удлинение цикла процесса уменьшает частоту срабатывания управляющей аппаратуры, уменьшает износ адсорбента, чем повышается надёжность адсорбционной установки. Кроме того, сокращаются непроизводительные расходы сжатого воздуха, неизбежные при переключении адсорберов с режима адсорбции на режим регенерации. Это снижает нагрузку на адсорбер, повышает его срок службы. Что касается эффективности обоих типов адсорбента, то получаемые величины tз при осушке цеолитом, практически, равны при соответствующих им оптимальных значениях пц.. Значение температуры точки росы для цеолита NaA, в зависимости от длительности полуцикла и относительного - расхода воздуха V p на регенерацию, можно определить по формуле: Vp t p 3,04110 V0 На 2,845 степень Vp Vp 2 806 182,35 пц 151,69 32,53 пц V0 V0 , (7) осушки сжатого воздуха оказывает влияние влагосодержание осушаемого воздуха С0. Эта зависимость показана на рис1. Этот график показывает, что адсорбент NaA обеспечивает достаточную степень осушки. C, г/ м3 Vp =0,1 Vо 0,12 0,14 0,16 0,18 0,20 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0 2 4 6 8 10 12 14 Cо, г/ м3 Рис. 1. Зависимость содержания влаги в осушенном воздухе от её количества в осушаемом при адсорбции на цеолите NaA ( пц =3,5 мин). 0, 5 Исследуемая зависимость описывается уравнением: Vp C C0 4,22 V0 2 V 1,66 p 0,205 , V0 (8) Расход воздуха на локомотивах при ведении поезда непостоянен во времени. Ввиду этого и продолжительность включения переменной. компрессора Влияние ПВ (ПВ) в является величиной установившемся режиме адсорбционного процесса на температуру точки росы t p приведено на рис.2. tp °C 16 V p =0,10 V0 0,12 0,14 0,16 0,18 0,20 8 0 10 20 30 40 ПВ % -8 - 16 Рис.2. Номограмма зависимости точки росы сжатого воздуха от ПВ компрессора при адсорбции на цеолите ( t0 = 20 0C, 0 100% ). Уравнение зависимости tp = f(ПВ) имеет вид: 5,873 2 Vp V Vp Vp 0, 6632, 528 V0 7500 1620 p 128 , t p 0,95510 12,5ПВ V0 V0 V0 Одной из основных характеристик адсорбционного процесса является динамическая влагоёмкость адсорбента, то есть количество влаги, поглощаемое единицей массы поглотителя при реальных условиях адсорбционного процесса. Её значение может быть определено из уравнения: г вл Vp , a д С0 0,03 0,0258 , 100 г.адс V 0 График а д f (с0 ) приведён зависимости рис.3. Qд Vp =0,20 V0 0,18 0,16 0,14 0,12 0,10 0,4 0,3 0,2 0,1 0 2 4 6 8 10 12 С0 г/ м 3 Рис.3. Динамическая влагоёмкость цеолита NaA. (10) на Масса адсорбента в одном адсорбере определяется из уравнения (1). вычисляются Значения из входящих выражений в (8), него (10), величин либо из соответствующих номограмм на рис. 1 и 3. Данные результаты дают основание говорить о том, что адсорбционный процесс отвечает большинству требований, предъявляемых к системам осушки подвижного состава железных дорог. Однако, в процессе их изучения, выявили ряд недостатков, следующие. При к остановке которым можно компрессора отнести адсорбер сообщается с атмосферой, и за возможно более короткое время давление в нём должно снизиться до атмосферного, чтобы за время стоянки компрессора нормальная регенерация обеспечивалась адсорбента. При включении компрессора также за короткое время растёт давление. Такой режим работы ухудшает процесс адсорбции, ввиду высоких скоростей воздуха в первоначальный период, и уменьшает срок службы адсорбента. Отсюда следует, что адсорбент необходимо постоянно регенерировать, следить за его состоянием и способностью поглощать влагу из сжатого воздуха. Затем, отработанный адсорбент необходимо утилизировать, а это оказывает пагубное воздействие на состояние окружающей среды. В пневмосистемах УЗОТ использование воздуха адсорбционного также метода представляется осушки сжатого затруднительным. Особенностью работы УЗОТа является переменный расход сжатого воздуха, колеблющейся от 0,9 до 16000 м3/час (по данным эксперимента, проведенного на ПТО «Север» станции Батайск СКЖД – филиала ОАО «РЖД»), что также не позволит адсорберной установке эффективно осушать сжатый воздух. Всё это, позволяет сделать вывод о несовершенстве адсорбционной метода осушки, и необходимости поиска современного метода, отвечающего осушки, экологичности, требованиям качества простоты в эксплуатации и долговечности. Ученые РГУПСа (РИИЖТа) шли по пути реализации механической осушки сжатого воздуха. Таким устройством, позволяющим эффективно осушать сжатый воздух до крана машиниста, стал жалюзийный сепаратор (рис. 4). Простой в изготовлении, обучения недорогой, персонала, эффективным не требующий жалюзийный средством осушки специального сепаратор сжатого явился воздуха локомотивов. Рис. 4. Устройство для осаждения и удаление влаги из сжатых газов: для 1 – главный резервуар; 2 – гофрированные перегородки; 3 – наклонные перегородки; 4 – клапан продувки КП-45; 5 – влагосборник; 6 – дренажные трубки; 7 – каналы; 8 – резервуар; 9 – отражатель; 10 – дренажный желоб; В – камера влажного воздуха; С – камера сухого воздуха Согласно программным документам ОАО «РЖД» в рамках повышения безопасности движения поездов была поставлена задача создания эффективной установки осушки сжатого воздуха на ПТО вагонных депо. Проведенный промышленный эксперимент Батайск подтвердил на ПТО «Север» станции теоретически полученные данные. Дросселированиие давления в пневмосистеме УЗОТ с последующей сепарацией, локализацией и отводом влаги в жалюзийных сепараторах позволило создать запас по температуре точки росы до 5 градусов. Несомненными преимуществами применения механического метода осушки сжатого воздуха на подвижном составе и предприятиях ОАО «РЖД» являются: - высококачественная подготовка сжатого воздуха; - низкая материалоёмкость; - высокая степень экологичности установок; - минимизация влияния человеческого фактора при их эксплуатации; - простота в обслуживании; - высокий экономический эффект. Литература: 1. Ю.Н. Головач, И.В.Скогорев, А.А.Шарунин «Устройства для подготовки сжатого воздуха на локомотивах», Новочеркасск, 1988 г. с.11-12 2. А. Пуанкаре. Термодинамика – М. – Ижевск: НИЦ, 2005. – 332 с. 3. С.С. Кутателадзе Основы теории термодинамики – М. : Машгиз, 1962. – 456 с.
