Утечки из воздухопроводной сети

Утечки из воздухопроводной сети ΔV_с горок происходят непрерывно и, как правило, пропорционально общему объёму О_с этой сети; утечка ΔV_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 +ΔV_с . (26)

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

П = φV_р.з + V_м +ΔV_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 +ΔV_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 = φV_р.з + V_ав.с+ V_ш + V_м +ΔV_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))

ΔV_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))

ΔV_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))

ΔV_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.

Библиографический список

1 Технико-экономическое обоснование выбора типа вагонных замедлителей на сортировочных горках: методические указания / В.В. Васильев, В.И. Смирнов. – СПб.: ПГУПС, 2004. – 20 с.

2 Железнодорожные станции и узлы: учебное пособие / Ю.И. Ефименко, С.И. Логинов, В.Е. Павлов, В.С. Суходоев, М.М. Уздин. – СПб.: ПГУПС, 1996. – 202 с.

3 Правила и нормы проектирования сортировочных устройств на железных дорогах Союза ССР ВСН 207-89. – М.: Транспорт, 1992. – 105 с.

4 Проектирование сортировочных горок: учебное пособие к курсовому и дипломному проектированию / В.Е. Павлов, М.М. Уздин, Ю.И. Ефименко. – Л.: ЛИИЖТ, 1987. – 97 с.

5 Техническое обслуживание горочных устройств / Н.К. Модин, Е.В. Щербаков. – М.: Транспорт, 1989. – 167 с.

6 Устройства механизированных и автоматизированных сортировоч-ных горок / B.C. Сагайтис, В.Н. Соколов. – Изд. 2-е, перераб. и доп. – М.: Транспорт, 1988. – 208 с.

7 Правила и технические нормы проектирования станций и узлов на железных дорогах колеи 1520 мм. – М.: МПС, 2001. – 255 с.

8 Эксплуатация механизированных сортировочных горок / В.П. Шейкин. – М.: Транспорт, 1992. – 240 с.

9 Пособие по применению Правил и норм проектирования сортировочных устройств / Ю.А. Муха, Л.Б. Тишков, В.П. Шейкин и др. – М.: Транспорт, 1994. – 220 с.

Приложение 1

Исходные данные для выполнения практической работы

Исходные данные принимаются самостоятельно по таблицам П.1.1-П.1.2 по первой букве фамилии и последней цифре номера зачётной книжки.

Таблица П.1.1

Таблица П.1.2

Во всех вариантах принять последовательный роспуск составов.

Приложение 2

Основные технико-технологические параметры вагонных замедлителей

Приложение 3

Рекомендуемая форма оформления результатов расчётов по разделу 2

Содержание

Введение ……………………………………………………………. 2

1 Определение мощности сортировочной горки ………………… 3

2 Выбор тормозных средств. Расчёт числа

замедлителей на тормозных позициях …………………………. 3

3 Определение расхода воздуха на сортировочной горке ………. 5

3.1 Расход воздуха на включение замедлителей ……………... 5

3.1.1 Последовательный роспуск составов ……………...... 5

3.1.2 Параллельный роспуск составов …………………... 8

3.2 Утечки воздуха из цилиндров замедлителей …………….. 8

3.3 Расход на очистку стрелок ………………………………… 9

3.3.1 Автоматическая очистка …………………………….. 9

3.3.2 Шланговая очистка …………………………………... 10

3.4 Расход на местные нужды ………………………………….11

3.5 Необходимый объём воздухопроводной сети …………….11

3.6 Утечки из воздухопроводной сети ………………………... 11

4 Производительность компрессорной станции …………………. 12

4.1 Автономная компрессорная станция на горке …………… 12

4.2 Объединенная компрессорная станция на горке ………… 12

5 Сравнение выбранных вариантов ……………………………….. 12

6 Пример расчёта …………………………………………………… 15

Библиографический список ……………………………………...... 25

Приложение 1 ………………………………………………………. 26

Приложение 2 ………………………………………………………. 28

Приложение 3 ………………………………………………………. 29

Учебное издание

СМИРНОВ ВЛАДИМИР ИГОРЕВИЧ

ЧЕТЧУЕВ МАКСИМ ВЛАДИМИРОВИЧ