Утечки из воздухопроводной сети

Утечки из воздухопроводной сети Δ V _с горок происходят непрерывно и, как правило, пропорционально общему объёму О_с этой сети; утечка Δ V _с на горках с тремя тормозными позициями при давлении 0, 7 МПа (7 кгс/см²) определяется по формуле

. (25)

Производительность компрессорной станции

Автономная компрессорная станция на горке

Если компрессорная станция предназначена в основном только для обслуживания вагонных замедлителей, то суммарный расход воздуха складывается из следующих составляющих

V = V _р.з + V _м +Δ V _с . (26)

На горках с последовательным и параллельным роспуском потребная производительность автономной компрессорной станции равна

П = φ V _р.з + V _м +Δ V _с + П_р, (27)

где П_р – подача резервного компрессора (П_р = 20 м³/мин);

φ – коэффициент, учитывающий увеличение расхода воздуха на горке

в связи с постепенным ростом скоростей роспуска, а также воз-

можностью появления непредвиденных расходов (φ = 1, 15; 1, 10 и

1, 05 при общем расходе воздуха соответственно менее 60 м³/мин;

60-100 м³/мин и свыше 100 м³/мин).

Объединенная компрессорная станция на горке

Суммарный расход воздуха при наличии нескольких потребителей, в том числе устройств очистки стрелок от снега и др., м³/мин,

V = V _р.з + V _ав.с + V _ш + V _м +Δ V _с + V _др , (28)

где V _др – другие возможные потребители воздуха, в том числе вагонное (в

среднем 25 м³/мин) и локомотивное (в среднем 35 м³/мин)

хозяйства.

Производительность объединенной компрессорной станции на горках с последовательным и параллельным роспуском составит

П = φ V _р.з + V _ав.с+ V _ш + V _м +Δ V _с + V _др + П_р. (29)

Сравнение выбранных вариантов

Сравнение и выбор типа вагонных замедлителей, которыми будет оборудована сортировочная горка, производится путем сопоставления капитальных вложений и эксплуатационных расходов. Для сравнения вариантов достаточно определить капиталовложения на устройство замедлителей K _з и компрессоров K _к, а также расходы C на оплату электроэнергии, потребляемой компрессорами. Капиталовложения на устройство одного замедлителя приведены в таблице 6, а на устройство одного компрессора – в таблице 7.

Таблица 6

Таблица 7

Все компрессоры на горке должны быть однотипными. При выборе типового компрессора должно выполняться условие: П < П_к, где П_к – суммарная производительность компрессоров данного типа.

Годовые эксплуатационные расходы на оплату электроэнергии определяются по формуле

C = c _эл ∙ A ∙ 365, (30)

где с _эл – стоимость одного кВт∙ ч электроэнергии, руб. (с _эл = 2, 50 руб., на

2012 г.);

A – суточный расход электроэнергии*, кВт∙ ч

, (31)

где q – производительность компрессора, м³/мин;

N _дв – мощность, потребляемая электродвигателем компрессора, кВт

(таблица 7);

T – суточная продолжительность работы компрессоров, ч

(32)

, (33)

где t _р – среднее время роспуска одного состава, мин;

N _сост – суточное количество расформировываемых составов;

T _доп – время на повторную переработку, T _доп = 0, 05∙ T _р , ч.

Критерием эффективности (выбора) типа замедлителей будет минимум годовых приведенных затрат Э_пр

, (34)

где i – номер варианта;

K_i – капитальные вложения по i -му варианту;

С_i – годовые эксплуатационные расходы по i -му варианту;

E _н – нормативный коэффициент эффективности капитальных вложе-

ний, E _н = 1/ T _н,

T _н – нормативный срок окупаемости капитальных вложений, лет.

Экономически выгодным будет вариант (тип замедлителя), имеющий минимальное значение Э_пр.

6 Пример расчёта

Требуется выбрать тип замедлителей, определить производительность компрессорной станции и необходимый объём воздухопроводной сети на механизированной горке с последовательным роспуском составов.

Исходные данные:

Количество расформировываемых составов N _сост = 52 сост./сут;

Число путей в парке приёма m _п = 5;

Число путей в парке отправления m _о = 9;

Число путей в транзитном парке m _тр = 4;

Число путей в сортировочном парке m _с = 26;

Средняя скорость роспуска ν _р = 5 км/ч;

Средняя длина отцепа n _в = 1, 2 вагона;

Продолжительность роспуска t _р = 8 мин;

Тип рельсов в парках станции – Р50;

Компрессорная станция на горке – объединённая;

Другие потребители воздуха – локомотивное депо;

Нормативный срок окупаемости T _н = 9 лет.

Решение.

По формуле (1) определяем количество поступающих в переработку вагонов

вагона.

Сравнивая значение с данными таблицы 1, делаем вывод, что дальнейшие расчёты необходимо выполнить для горки средней мощности (ГСМ).

Согласно таблице 2 для ГСМ потребная расчётная мощность тормозных средств h _ТП будет следующей:

IТП – от 1, 5 до 2, 0 м;

IIТП – 2, 5 м (так как ν _вх ≈ ν _р = 5 км/ч);

IIIТП – 1, 05 м.

Поскольку конкретные указания по выбору h _ТП для IТП отсутствуют, значение h _IТП принимаем самостоятельно в указанном промежутке (Например, h _IТП = 1, 7 м).

На основании имеющихся данных выбираем два варианта оснащения сортировочной горки тормозными средствами. Выбор осуществляем с учётом того, чтобы соблюдалось условие – суммарная наличная мощность монтируемых на ТП замедлителей h _зам была не менее потребной h _ТП. Также, при выборе вариантов требуется учесть имеющиеся ограничения по типу рельса, типу вагонного замедлителя и числа замедлителей на ТП.

Так как на самой сортировочной горке допускается использование только рельсов Р65, для оборудования I и IIТП возможно применение следующих типов вагонных замедлителей: КВ-2, КВ-3, КНП-5, ВЗПГ-3, ВЗПГ-5, НК114, ВЗП-3 и ВЗП-5 (приложение 2).

По заданию в парках станции уложены рельсы Р50, поэтому для оснащения IIIТП должны использоваться замедлители РНЗ-2 (приложение 2). Также, согласно приложению 2, при рельсах Р50 на IIIТП допускается применение замедлителей КНП-5, ВЗПГ-3 и ВЗПГ-5.

В соответствии с данными таблицы 2 на IТП должно быть 2 вагонных замедлителя, на IIТП – 2-3, на IIIТП – 1-3.

Исходя из изложенного, самостоятельно осуществляем выбор вариантов оснащения горки вагонными замедлителями.

Вариант I. На IТП по два замедлителя КНП-5 (h _зам = 1, 25; = 2); На IIТП – по два замедлителя ВЗПГ-3 (h _зам = 1, 30; = 2); На IIIТП – по три замедлителя РНЗ-2 (h _зам = 0, 40; = 3).

Проверяем сделанный выбор на соответствие условию (2):

- для IТП (h _IТП = 1, 70 м)

1, 70 ≤ 1, 25 ∙ 2;

- для IIТП (h _IIТП = 2, 50 м)

2, 50 ≤ 1, 30 ∙ 2;

- для IIIТП (h _IIIТП = 1, 05 м)

1, 05 ≤ 0, 40 ∙ 3.

Условие выполнено для всех тормозных позиций.

По формуле (3) рассчитаем число вагонных замедлителей каждого вида, необходимых для полного оснащения горки. Общее количество замедлителей:

- КНП-5 (используются на IТП для которой = 2 и = 2)

= 2 ∙ 2 = 4 замедлителя;

- ВЗПГ-3 (используются на IIТП для которой = 2 и * = 4)

= 2 ∙ 4 = 8 замедлителей;

- РНЗ-2 (используются на IIIТП для которой = 3 и = 26)

= 3 ∙ 26 = 78 замедлителей.

Вариант II. На IТП по два замедлителя ВЗПГ-3 (h _зам = 1, 30; = 2); На IIТП – по три замедлителя КВ-3 (h _зам = 1, 00; = 3); На IIIТП – по одному замедлителю ВЗПГ-3 (h _зам = 1, 30; = 1).

Проверяем сделанный выбор на соответствие условию (2):

- для IТП (h _IТП = 1, 7 м)

1, 70 ≤ 1, 30 ∙ 2;

- для IIТП (h _IIТП = 2, 5 м)

2, 50 ≤ 1, 00 ∙ 3;

- для IIIТП (h _IIIТП = 1, 05 м)

1, 05 ≤ 1, 30 ∙ 1.

Условие выполнено для всех тормозных позиций.

По формуле (3) рассчитаем число вагонных замедлителей каждого вида, необходимых для полного оснащения горки. Общее количество замедлителей:

- ВЗПГ-3 (используются на IТП и IIIТП; для IТП = 2 и = 2; для IIIТП = 1 и = 26)

= 2 ∙ 2 = 4 замедлителя;

= 1 ∙ 26 = 26 замедлителей;

- КВ-3 (используются на IIТП для которой = 3 и = 4)

= 3 ∙ 4 = 12 замедлителей.

Результаты расчётов по принятым вариантам сведём в таблицу (приложение 3.)

Число спускаемых в 1 мин отцепов при скорости 5 км/ч по формуле (5)

n _от = 1, 2 ∙ 5 / (1 + 0, 6 ∙ 1, 2) = 3, 5.

При n _в = 1, 2 вагона, коэффициент пропорциональности

k _пр = 0, 7 + 0, 15 ∙ 1, 2 = 0, 88.

Число включений замедлителей на механизированной горке по формуле (4)

B = 0, 88 ∙ 3, 5 ∙ (1, 2 + 1, 35 + 1, 25) = 3, 70 + 4, 16 + 3, 85.

Далее расчёты требуется выполнить для каждого варианта отдельно.

Вариант I. Расход свободного воздуха на включение замедлителей по формуле (6) с учётом количества замедлителей на каждой тормозной позиции

V _з = 1, 49 ∙ 3, 70 ∙ 2 + 0, 20 ∙ 4, 16 ∙ 2 + 0, 2 ∙ 3, 85 ∙ 3 = 15 м³/мин.

Утечки из пневматических узлов замедлителей:

– замедлители КНП-5 (формула (10))

м³/мин;

– замедлители ВЗПГ-3

м³/мин;

– замедлители РНЗ-2 (формула (9))

Δ V _з = 1 + 0, 1 ∙ 78 = 8, 8 м³/мин.

Общий расход воздуха на работу замедлителей (формула (12))

V _р.з = 15 + 5, 94 + 0 + 8, 8 = 29, 74 м³/мин.

Расход воздуха на автоматическую очистку стрелок (n _ав = m _с = 26):

– расход воздуха на ручную (шланговую) очистку (формула (13))

Δ V _р = 0, 05 ∙ 26 = 1, 3 м³/мин;

– расход воздуха на автоматическую очистку для рельсов

типа Р50 (формула (15))

V _ав = 0, 134 ∙ 26 = 3, 48 м³/мин.

При расчёте V _ав использовалась формула (15) поскольку по заданию в парках станции уложены рельсы Р50.

Общий расход воздуха при автоматической очистке стрелок (формула (16))

V _ав.с = 3, 48 + 1, 30 = 4, 78м³/мин.

Общее число стрелок на сортировочной станции (формула (21))

n _об = 7 ∙ (5 + 9 + 4) + 26 = 152 стрелки.

Число стрелок очищаемых шлангами (формула (20))

n _ш = 152 – 26 = 126 стрелок.

Расход воздуха на шланговую очистку стрелок по формуле (19)

V _ш = 0, 1 ∙ 126 = 12, 6 м³/мин.

Расход на местные нужды (формула (22))

V _м = 0, 02 ∙ 29, 74 = 0, 60 м³/мин.

Расход воздуха перечисленными потребителями (формула (23))

V _с = 29, 74 + 4, 78 + 12, 60 +0, 60 = 47, 72 м³/мин.

Потребный объём воздухопроводной сети по формуле (24) равен

м³/мин.

Утечка воздуха из сети по формуле (25)

м³/мин.

Расчёт суммарного расхода воздуха на горке несколькими потребителями (для объединённой компрессорной станции) производим по формуле (28). В задании указано, что на станции имеются другие потребители воздуха (локомотивное хозяйство), расход воздуха которыми можно принять равным 35 м³/мин (см. подраздел 4.2). Суммарный расход воздуха будет равен

V = 29, 74 + 4, 78 + 12, 60 + 0, 60 + 8, 88 + 35, 00 = 91, 60 м³/мин.

Потребная производительность объединенной компрессорной станции рассчитываем по формуле (29). Поскольку общий расход воздуха на горке находится в промежутке от 60 до 100 м³/мин (V = 91, 60 м³/мин), коэффициент φ принимаем равным 1, 10.

П = 1, 10 ∙ 29, 74 + 4, 78 + 12, 60 + 0, 60 +8, 88 + 35, 00 + 20, 00 = 114, 58 м³/мин.

Капитальные вложения в замедлители K _з определяем с использование таблицы 6:

– замедлители КНП-5 (4 шт.)

= 3450 ∙ 4 = 13800 тыс. руб.;

– замедлители ВЗПГ-3 (8 шт.)

= 2875 ∙ 8 = 23000 тыс. руб.;

– замедлители РНЗ-2 (78 шт.)

= 1520 ∙ 78 = 118560 тыс. руб.

Общие капитальные вложения в замедлители будут равны

K _з = 13800 + 23000 + 118560 = 155360 тыс. руб.

Капитальные вложения в компрессоры K _п рассчитываем с использование таблицы 7. В соответствии с величиной П = 114, 58 м³/мин принимаем пять компрессоров типа 2ВМ4-24/8 (П_к = 24 ∙ 5 = 120 м³/мин). Таким образом будет выполнено условие П ≤ П_к (114, 58 ≤ 120).

Капитальные вложения в компрессоры будут равны

K _п = 1000 ∙ 5 = 5000 тыс. руб.

Суммарные капитальные вложения по I варианту составят

K _I = K _з + K _п = 155360 + 5000 = 160360 тыс. руб.

Продолжительность работы компрессоров в течение суток составит:

– при роспуске составов (формула (33))

T _р = 52 ∙ 8 / 60 = 6, 94 ч;

– при дополнительной переработке вагонов

T _доп = 0, 05 ∙ 6, 94 = 0, 35 ч;

– общая (формула (32))

T = 6, 94 + 0, 35 = 7, 29 ч.

Суточный расход электроэнергии (формула (31))

кВт∙ ч.

Эксплуатационные расходы по варианту I (формула (30))

C _I = 2, 5 ∙ 3561, 41 ∙ 365 · 10^-3 = 3250 тыс. руб.

Вариант II. Расход свободного воздуха на включение замедлителей по формуле (6) с учётом количества замедлителей на каждой тормозной позиции

V _з = 0, 20 ∙ 3, 70 ∙ 2 + 1, 72 ∙ 4, 16 ∙ 3 + 0, 20 ∙ 3, 85 ∙ 1 = 23, 72 м³/мин.

Утечки из пневматических узлов замедлителей:

– замедлители ВЗПГ-3

м³/мин;

– замедлители КВ-3 (см. подраздел 3.2)

м³/мин;

Общий расход воздуха на работу замедлителей (формула (12))

V _р.з = 23, 72 + 0 + 2 = 25, 72 м³/мин.

Расход воздуха на автоматическую очистку стрелок (n _ав = m _с = 26):

– расход воздуха на ручную (шланговую) очистку (формула (13))

Δ V _р = 0, 05 ∙ 26 = 1, 3 м³/мин;

– расход воздуха на автоматическую очистку для рельсов

типа Р50 (формула (15))

V _ав = 0, 134 ∙ 26 = 3, 48 м³/мин.

Общий расход воздуха при автоматической очистке стрелок (формула (16))

V _ав.с = 3, 48 + 1, 30 = 4, 78м³/мин.

Общее число стрелок на сортировочной станции (формула (21))

n _об = 7 ∙ (5 + 9 + 4) + 26 = 152 стрелки.

Число стрелок очищаемых шлангами (формула (20))

n _ш = 152 – 26 = 126 стрелок.

Расход воздуха на шланговую очистку стрелок по формуле (19)

V _ш = 0, 1 ∙ 126 = 12, 6 м³/мин.

Расход на местные нужды (формула (22))

V _м = 0, 02 ∙ 25, 72 = 0, 52 м³/мин.

Расход воздуха перечисленными потребителями (формула (23))

V _с = 25, 72 + 4, 78 + 12, 60 +0, 52 = 43, 62 м³/мин.

Потребный объём воздухопроводной сети по формуле (24) равен

м³/мин.

Утечка воздуха из сети по формуле (25)

м³/мин.

Расчёт суммарного расхода воздуха на горке несколькими потребителями (для объединённой компрессорной станции) производим по формуле (28). В задании указано, что на станции имеются другие потребители воздуха (локомотивное хозяйство), расход воздуха которыми можно принять равным 35 м³/мин. Суммарный расход воздуха будет равен

V = 25, 72 + 4, 78 + 12, 60 + 0, 52 + 8, 65 + 35, 00 = 87, 27 м³/мин.

Потребная производительность объединенной компрессорной станции рассчитываем по формуле (29). Поскольку общий расход воздуха на горке находится в промежутке от 60 до 100 м³/мин (V = 87, 27 м³/мин), коэффициент φ принимаем равным 1, 10.

П = 1, 10 ∙ 25, 72 + 4, 78 + 12, 60 + 0, 52 +8, 65 + 35, 00 + 20, 00 = 109, 84 м³/мин.

Капитальные вложения в замедлители K _з определяем с использование таблицы 6:

– замедлители ВЗПГ-3 (4 шт. + 26 шт.)

= 2875 ∙ (4 + 26) = 86250 тыс. руб.;

– замедлители КВ-3 (12 шт.)

= 1440 ∙ 12 = 17280 тыс. руб.

Общие капитальные вложения в замедлители будут равны

K _з = 86250 + 17280 = 103530 тыс. руб.

Капитальные вложения в компрессоры K _п рассчитываем с использование таблицы 7. В соответствии с величиной П = 109, 84 м³/мин принимаем четыре компрессора типа 305ВП-30/8 (П_к = 30 ∙ 4 = 120 м³/мин). Таким образом будет выполнено условие П ≤ П_к (109, 84 ≤ 120).

Капитальные вложения в компрессоры будут равны

K _п = 1810 ∙ 4 = 7240 тыс. руб.

Суммарные капитальные вложения по II варианту составят

K _II = K _з + K _п = 103530 + 7240 = 110770 тыс. руб.

Продолжительность работы компрессоров в течение суток составит:

– при роспуске составов (формула (33))

T _р = 52 ∙ 8 / 60 = 6, 94 ч;

– при дополнительной переработке вагонов

T _доп = 0, 05 ∙ 6, 94 = 0, 35 ч;

– общая (формула (32))

T = 6, 94 + 0, 35 = 7, 29 ч.

Суточный расход электроэнергии (формула (31))

кВт∙ ч.

Эксплуатационные расходы по варианту II (формула (30))

C _II = 2, 5 ∙ 3371, 85 ∙ 365 · 10^-3 = 3077 тыс. руб.

Сравнение выбранных вариантов.

Нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений E _н будет равен

E _н = 1/9 = 0, 11.

Годовые приведённые затраты Э_пр по сравниваемым вариантам (формула (34)) будут равны

= 160360 · 0, 11 + 3250 = 20889, 6 тыс. руб.

= 110770 · 0, 11 + 3077 = 15261, 7 тыс. руб.

Таким образом, экономически выгодным является второй вариант.