Задание на индивидуальную научно- исследовательскую работу

Направление перевозки: Ташкент- Тында

Наименование груза: яблоки

Определить период охлаждения при t_н = 35⁰С

2.Выбор оптимальной схемы маршрута заданного направления с учетом возможности экипировки и технического обслуживания

Приведенная схема маршрута Одесса-Москва является оптимальной по следующим параметрам:

1. Данная схема маршрута применяется на сегодняшний день на железной дороге и оправдана многолетним использованием.

2. Протяженность маршрута 1325 км. является минимальной при заданном направлении перевозки.

3. Данный маршрут оснащен пунктами экипировки и технического обслуживания на всем протяжении. На каждом из участков дорог имеется хотя бы один пункт экипировки рефрижераторного подвижного состава.

Таблица1

Ведомость маршрута перевозки

Так как направление перевозок охватывает несколько железных дорог, то укажем продолжительность периодов года для различных участков маршрута в следующей таблице:

Таблица 2

3.Определение возможностей и условий перевозки скоропортящихся грузов в зависимости от их термической подготовки и климатических зон заданного направления

Таблица 3

Выбор условий перевозок будет производиться по наиболее тяжелой климатической зоне. Ей соответствуют Одесская и Юго-западные железные дороги с продолжительностью летнего (самого сложного для перевозки СПГ) периода с апреля по ноябрь месяц включительно.

Род подвижного состава, температурный режим перевозки, необходимость вентилирования, охлаждения или отопления для заданных скоропортящихся грузов, а также предельные сроки перевозки указаны в таблице.

Предельный срок доставки скоропортящихся грузов Т_пр нормируется, а уставный срок Т_у определяется по формуле

где L=1325км –расстояние перевозки груза

- маршрутная скорость ПС для перевозки i-го груза

Т_нк=2сут - время на операции, связанные с отправлением груза

Т_доп=2 сут - время на операции, связанные с прибытием груза

Для 5-вагонных секций:

При пересечении границы к сроку доставки прибавляются одни сутки, так как в нашем маршруте мы пересекаем Украинскую границу.

Для термосов:

7, 4 суток

Для крытых и специализированных вагонов:

Все предлагаемые грузы принимаются к перевозке, т.к. выполнено условие .

4.Определение размеров погрузки СПГ и необходимого количества подвижного состава (секций, термосов, специализированных и крытых вагонов)

В этом разделе выбор подвижного состава для перевозки производится с учетом периода года, термической подготовки заданных грузов, структуры грузопотока и допустимых сроков доставки. Для транспортировки СПГ, требующих поддержания необходимой температуры, используется рефрижераторный ПС. Грузы, допускающие колебания температур в более широком диапазоне, перевозятся в термосах. Перевозка стойких грузов, не требующих термической обработки, осуществляется в крытых вагонах.

Количество единиц подвижного состава для перевозки отдельного скоропортящегося груза находится по формуле:

,

где -годовой грузопоток i-го вида СПГ, т

К_Н - коэффициент неравномерности (сезонной и многолетней) перевозок СПГ

р_i -процент i-го вида СПГ от полного годового грузопотока

g_Гi - масса i-го продукта, загружаемого в единицу выбранного для его перевозки ПС (секции, вагона), т

- погрузочный объем единицы ПС (секции, вагона), м³

-погрузочная масса данного СПГ, т/м³

-коэффициент, учитывающий нахождение части вагонов в ремонте

Таблица 4

Наименование продукта	рi, %	КН	, т	Тип ПС	, м3	, т/м3	gГi, , т	, т	Тара ед.ПС gтi
1.Мясо охлажденное		1, 4		5-вагонная секция БМЗ		0, 17	73, 44
2.Мясо замороженное		1, 4		5-вагонная секция БМЗ		0, 17	73, 44
3.Рыба охлажденная		1, 2		5-вагонная секция ZB-5		0, 3
4 Рыба замороженная		1, 2		5-вагонная секция БМЗ		0, 45	194, 4
5 Рыба живая		1, 2		Живорыбный вагон	30, 5	0, 39	11, 9
6.Овощи свежие (помидоры бурые)		1, 5		5-вагонная секция ZB-5		0, 34
7.Фрукты (яблоки)		1, 5		5-вагонная секция ZB-5 крытый вагон		0, 34   0, 6			24, 5
8.Масло животное		1, 7		5-вагонная секция БМЗ		0, 7	302, 4
9.Картофель		1, 5		5-вагонная секция ZB-5		0, 34
10.Консервы		1, 8		Вагон-термос Крытый вагон		0, 6   0, 6	75, 6		33, 5   24, 5
11.Молоко		1, 3		5-вагонная секция ZB-5		0, 45
12.Виноградное вино		1, 3		5-вагонная секция ZB-5		0, 4

1. Мясо охлажденное

2. Мясо замороженное

3. Рыба охлажденная

4. Рыба замороженная

5. Рыба живая

6. Овощи свежие(помидоры бурые)

7. Фрукты (яблоки)

ZB-5:

Крытый вагон:

8. Масло животное

9. Картофель

10.Консервы

Термос:

Крытый вагон:

11.Молоко

12.Виноградное вино

Мясо охлажденное

-5%

Мясо замороженное

-5%

Рыба охлажденная

-15%

Рыба замороженная

- 10%

Рыба живая

Овощи свежие(помидоры бурые)

-5%

Фрукты (яблоки)

ZB-5: -15%

Крытый вагон: -10%

Масло животное

-5%

Картофель

-5%

Консервы

-5% в вагоне-термосе

-5% в крытом вагоне

Молоко

-5%

Виноградное вино

-5%

Расчет количества единиц подвижного состава для перевозки отдельного скоропортящегося груза

-мясо охлажденное

- мясо замороженное

- рыба охлажденная

- рыба замороженная

- рыба живая

-овощи свежие(помидоры бурые)

-фрукты (яблоки) в ZB-5

- фрукты (яблоки) в крытом вагоне

-масло животное

-картофель

-консервы в вагоне-термосе

-консервы в крытом вагоне

-молоко

-виноградное вино

Количество “холодных” поездов для каждого типа подвижного состава определяется по формуле:

,

где Q_бр – масса брутто поезда со скоропортящимся грузом (для скорых поездов-1200т, для ускоренных-1600т, для поездов нормальной массы-4000т). На основании этих сведений следует сформировать сборные «холодные» поезда для перевозки всего грузопотока, выделив среди них скорые (из термосов), ускоренные (из 5-вагонных секций, специализированных вагонов) и нормальной массы (из крытых вагонов).

- мясо охлажденное

- мясо замороженное

- рыба охлажденная

- рыба замороженная

- рыба живая

- овощи свежие (помидоры бурые)

- фрукты (яблоки) в ZB-5

- фрукты (яблоки) в крытом вагоне

- масло животное

- картофель

- консервы в термосе

- консервы в крытом вагоне

- молоко

- виноградное вино

Результаты расчета потребности в подвижном составе приведены в таблице.

Таблица5

Наименование груза	5-вагонные секции	Термосы	Спец. вагоны	Крытые вагоны	«Холодные» поезда
1.Мясо охлажденное
2.Мясо замороженное
3.Рыба охлажденная
4.Рыба замороженная
5.Рыба живая
6.Помидоры бурые
7.Яблоки
8.Масло животное
9.Картофель
10.Консервы
11.Молоко
12.Виноградное вино
Сумма ПС					SХП= 2000   Sваг=43901ваг

5.Определение расстояния между станциями экипировки РПС, пунктами технического обслуживания и указание их на схеме заданного направления.

Расстояние, которое может преодолеть РПС без дозаправки топливом дизель-генераторных установок, зависит от емкости топливных баков, суточного расхода топлива и маршрутной скорости «холодных» поездов:

где для 5-вагонной секции БМЗ

-вместимость топливных баков

-суточный расход топлива всеми дизелями РПС при 20-часовой работе с полной нагрузкой

-резервный (двухсуточный) запас топлива, л

-гарантированная (маршрутная) скорость

для 5-вагонной секции ZB-5

-вместимость топливных баков

-суточный расход топлива всеми дизелями РПС при 20-часовой работе с полной нагрузкой

-резервный (двухсуточный) запас топлива, л

-гарантированная (маршрутная) скорость

АРВ для перевозки живой рыбы

-вместимость топливных баков

-суточный расход топлива всеми дизелями РПС при 20-часовой работе с полной нагрузкой

-резервный (двухсуточный) запас топлива, л

-гарантированная (маршрутная) скорость

Так как длина маршрута Одесса-Москва составляет 1325 км, то пункт экипировки можно не выбирать в прямом и обратном направлениях.

6.Расчет эксплуатационных теплопритоков в рефрижераторный вагон при перевозки данного груза летом при заданных параметрах наружного воздуха и возможности их подавления холодильными машинами; определение расхода технического ресурса энергетического оборудования

Полный набор теплопритоков в грузовое помещение вагона включает семь составляющих

Q₁ -теплоприток через ограждения кузова вследствие разности температур t_н и t_в,

,

где -средняя поверхность ограждений грузового помещения

,

- коэффициент теплопередачи ограждений грузового помещения,

t_н, t_в - температуры воздуха снаружи и внутри вагона

, ,

-теплоприток при принудительной замене воздуха грузового помещения наружным и за счет естественного воздухообмена через неплотности кузова,

,

где - инфильтрация воздуха через неплотности кузова

в обычных условиях

,

-плотность наружного воздуха при заданных температуре t_н и относительной влажности

,

где -соответственно плотность сухого и влажного (насыщенного) воздуха при t_н:

,

- энтальпии воздуха, соответственно наружного и в грузовом помещении, при заданных температуре и влажности ()

, .

- теплоприток, связанный с воздействием солнечной радиации

,

где - эффективная поверхность облучения

,

-эффективная продолжительность периода облучения,

- превышение температуры облученной поверхности вагона над температурой необлученной поверхности

,

где -средняя интенсивность солнечной радиации за период облучения,

-коэффициент поглощения солнечной радиации поверхностью вагона,

-коэффициент теплоотдачи от наружного воздуха к стенке вагона на стоянке

-теплоприток вследствие работы электродвигателей вентиляторов- циркуляторов в грузовом помещении

где -суммарная мощность электродвигателей

,

- ожидаемое число часов работы вентиляторов- циркуляторов

-тепловой приток в грузовое помещение при оттаивании с помощью горячих паров хладагента снеговой шубы на испарителе. Поскольку интенсивность нарастания снеговой шубы прямо зависит от потока наружного воздуха, попадающего в вагон через неплотности кузова, можно принять

Холодопроизводительность располагаемого оборудования находят по формуле

где 2-число холодильных машин в грузовом вагоне с индивидуальным охлаждением,

-объем, описываемый за один час поршнями компрессора в цилиндрах низкого давления двухступенчатой ХМ,

- коэффициент подачи

-объемная холодопроизводительность всасываемого компрессором хладагента

- коэффициент, учитывающий потери холода вследствие наличия снеговой шубы на трубах испарителя

в вагонах с индивидуальным охлаждением

Для определения значений и , зависящих от реальных условий эксплуатации, необходимо построить действительный цикл холодильной машины на p, i-диаграмме для хладона (см рис.2). Отправные требования при этом даются соотношениями, справедливыми для установившихся режимов работы оборудования:

,

где -температура кипения жидкого хладагента в испарителе,

-температура, задаваемая режимом перевозки СПГ,

Температура паров хладагента в конденсаторе:

,

где -температура наружного воздуха

При отсутствии в схеме ХМ регенеративного теплообменника температура слегка перегретых паров хладагента, всасываемых компрессором определяется по формуле:

,

а температура переохлажденного жидкого хладагента перед дросселирующим устройством:

По найденным температурам на диаграмме состояний (см. приложения) в координатах lg p, i определяем давления кипения и конденсации хладона, все точки действительного цикла и отвечающие им значения энтальпий, а также удельного объема всасываемых в компрессор паров хладагента .

Этих данных достаточно для нахождения величин и

Реализуемая холодопроизводительность будет меньше величины , ввиду технологического ограничения максимальной продолжительности непрерывной работы компрессора (22ч/сут).

Коэффициент рабочего времени холодильного оборудования:

очевидное условие достаточной мощности : b< 1. В этом случае время работы ХМ и дизель-генераторов в груженом рейсе определяет расход их технического ресурса:

где -уставной срок доставки бурых помидор

7. Определение периода охлаждения груза в РПС, при равных наружной и внутренней температур в вагоне.

Направление перевозки: Ташкент- Тында. Определить период охлаждения яблок до 2⁰С, если температура воздуха внутри вагона и снаружи равны: t_в = t_н = 35⁰С.

Рассмотрим первые сутки пути:

Полный набор теплопритоков в грузовое помещение вагона включает семь составляющих

Q₁ -теплоприток через ограждения кузова вследствие разности температур t_н и t_в,

,

где -средняя поверхность ограждений грузового помещения

- коэффициент теплопередачи ограждений грузового помещения,

t_н, t_в - температуры воздуха снаружи и внутри вагона

т. к. нет разности температур воздуха внутри и снаружи вагона, то

,

-теплоприток при принудительной замене воздуха грузового помещения наружным и за счет естественного воздухообмена через неплотности кузова,

,

где - инфильтрация воздуха через неплотности кузова

-плотность наружного воздуха при заданных температуре t_н и относительной влажности

-соответственно плотность сухого и влажного (насыщенного) воздуха при t_н:

- энтальпии воздуха, соответственно наружного и в грузовом помещении, при заданных температуре и влажности ()

- теплоприток, связанный с воздействием солнечной радиации

,

где - эффективная поверхность облучения

,

-эффективная продолжительность периода облучения,

- превышение температуры облученной поверхности вагона над температурой необлученной поверхности

,

где -средняя интенсивность солнечной радиации за период облучения,

-коэффициент поглощения солнечной радиации поверхностью вагона,

-коэффициент теплоотдачи от наружного воздуха к стенке вагона на стоянке

-теплоприток вследствие работы электродвигателей вентиляторов- циркуляторов в грузовом помещении

где -суммарная мощность электродвигателей

,

- ожидаемое число часов работы вентиляторов- циркуляторов

-тепловой приток в грузовое помещение при оттаивании с помощью горячих паров хладагента снеговой шубы на испарителе. Поскольку интенсивность нарастания снеговой шубы прямо зависит от потока наружного воздуха, попадающего в вагон через неплотности кузова, можно принять

- биологическое тепловыделение плодоовощей,

= q_б

Где q_б – удельная величина биологического тепловыделения,

q_б= 65 (Вт/т),

Масса груза в одной секции составит:

=

,

Холодопроизводительность располагаемого оборудования находят по формуле

где 2-число холодильных машин в грузовом вагоне с индивидуальным охлаждением,

-объем, описываемый за один час поршнями компрессора в цилиндрах низкого давления двухступенчатой ХМ,

- коэффициент подачи

-объемная холодопроизводительность всасываемого компрессором хладагента

- коэффициент, учитывающий потери холода вследствие наличия снеговой шубы на трубах испарителя

в вагонах с индивидуальным охлаждением

Для определения значений и , зависящих от реальных условий эксплуатации, необходимо построить действительный цикл холодильной машины на p, i-диаграмме для хладона (см рис.2). Отправные требования при этом даются соотношениями, справедливыми для установившихся режимов работы оборудования:

,

где -температура кипения жидкого хладагента в испарителе,

-температура, задаваемая режимом перевозки СПГ,

Температура паров хладагента в конденсаторе:

,

где -температура наружного воздуха

При отсутствии в схеме ХМ регенеративного теплообменника температура слегка перегретых паров хладагента, всасываемых компрессором определяется по формуле:

,

а температура переохлажденного жидкого хладагента перед дросселирующим устройством:

По найденным температурам на диаграмме состояний в координатах lg p, i определяем давления кипения и конденсации хладона, все точки действительного цикла и отвечающие им значения энтальпий, а также удельного объема всасываемых в компрессор паров хладагента .

Этих данных достаточно для нахождения величин и

Реализуемая холодопроизводительность будет меньше величины , ввиду технологического ограничения максимальной продолжительности непрерывной работы компрессора (22ч/сут).

Из формулы:

Где С- удельная теплоемкость,

m- масса груза, тары

Масса тары Масса груза

Удельная теплоемкость тары:

груза:

Разность температур равна:

За сутки температура снизится на

Так как за один час температура снижается на 2, 66⁰С, то пусть за Т часов она снизится до 2⁰С. Тогда:

Для охлаждения яблок до температуры t_в=2⁰С необходимо 12часов 24 минуты.

8. Определение показателей работы парка изотермических вагонов и построение графика оборота заданного типа РПС

В данном разделе требуется определить рабочий парк станции отправления для перевозки СПГ в заданном объеме и показатели его работы с учетом частичной загрузки изотермических вагонов в обратном рейсе. Расчет проводится по следующим формулам.

Норма парка, ваг

∑ np=θ ′ u_п

θ ′ – средний по парку оборот вагона, сут

θ ′ =∑ θ _iT_yi/ ∑ T_yi

θ _i =T_yi+L_об/V_мi+Т_доп

T_yi – уставный срок доставки СПГ- i, сут;

L_об = L_гр – протяжённость обратного рейса, км;

V_м – маршрутная скорость, км/сут;

u_п – суточная норма погрузки, ваг/сут,

u_п=∑ u/365,

∑ u – годовое число загруженных вагонов, ∑ u =43901 ваг/год:

u_п=43901/365=121 ваг/сут,

u_сек = 31895/365=88 ваг/сут,

u_терм = 2346/365=7 ваг/сут,

u_АРВ = 5865/365=16 ваг/сут,

u_кр = 3795/365=11 ваг/сут.

Суточный оборот вагона:

θ _сек = 1325/550+6, 4+2=10, 8 сут,

θ _терм = 1325/380+7, 4+2=12, 89 сут,

θ _арм = 1325/330+8+2=14 сут,

θ _кр = 1325/330+8+2=14 сут.

Средний по парку оборот вагона:

θ ′ = (10, 8*6, 4+14*8+7, 4*12, 89+14*8)/(6, 4+8+8+7, 4)=13 сут.

Норма парка:

n_{p сек} = 88*10, 8=950, 4 ваг,

n_{p тер} = 7*12, 89=90, 23 ваг,

n_{p АРВ} = 16*14=224 ваг,

n_{p кр} = 11*14=154 ваг,

∑ n_pi = 950, 4+90, 23+224+154 =1419 ваг.

n_p= θ ′ u_п= 13*121=1573 ваг.

Или

n_p= ∑ n_pi = 1419 ваг.

Средняя производительность вагона, т∙ км/(ваг∙ год)

W=∑ Pl/ n_p

∑ Pl =(∑ G_ri + ∑ G_обр)*L

∑ Pl – тонно-километры годового грузопотока СПГ с учётом неравномерности перевозок, т*км/год

∑ G_обр- реальный грузопоток (обратный), тыс. т/год

∑ G_обр = K_н* G_обр,

G_обр- заданный грузопоток (обратный), тыс.т/год

Коэффициент неравномерности по всему грузопотоку:

K_н = ∑ G_ri/G_г,

∑ G_ri- реальный грузопоток (прямой), тыс.т/год,

G_г- грузопоток (прямой), тыс.т/год

K_н =1251200/680000=1, 84

∑ G_обр =1, 84*320 = 589 тыс. т/год,

∑ Pl =(1251200+589000)*1325=2438 млн. т*км/год,

W = 2438/1573=1, 5 тыс.т∙ км/(ваг∙ год).

Статическая нагрузка вагона, т/ваг

P_ст =∑ G_ri/∑ u,

P_ст = 1251200/43901 =28, 5 т/ваг.

Динамическая нагрузка, т/ваг

P_дин =∑ Pl/(∑ nS_гр + ∑ nS_пор),

nS_гр, nS_пор - общий пробег всех гружёных и порожних вагонов, км*ваг/год

n_гр^обр =∑ G_обр/ P_ст= 589/28, 5=20, 7 тыс.ваг/год,

∑ nS_гр = (∑ u + n_гр^обр)*L=(43901+20700)*1325= 85.6 млн.ваг.км/год,

∑ nS_пор =(∑ u - n_гр^обр)*L= (43901-20700)*1325= 30, 7 млнюваг.км/год.

P_дин =2438/(85, 6+30, 7)=21 т/ваг.

Коэффициент порожнего пробега:

α = ∑ nS_пор/(∑ nS_гр + ∑ nS_пор)

α = 30, 7/ (85, 6 + 30, 7)=0, 26.

График оборота вагона

Оборот одного изотермического вагона составит сут.

9. РАЗРАБОТКА ПОРЯДКА ПРИЕМА, ПОГРУЗКИ, ОТПРАВЛЕНИЯ,

ОБСЛУЖИВАНИЯ В ПУТИ СЛЕДОВАНИЯ, ВЫГРУЗКИ И ВЫДАЧИ ГРУЗА ПОЛУЧАТЕЛЮ

На станции погрузки производятся следующие операции:

1. Прием и выдача мелких отправок груза, требующих хра