Введение к работе
Актуальность работы. При формировании подходов к системе управления безопасностью движения в условиях реформирования железнодорожного транспорта в ОАО «РЖД» было уделено особое внимание разработке и реализации системы входного контроля железнодорожной продукции для нужд компании.
Возрастающие требования к эксплуатации изотермического подвижного состава (ИПС) приводят к необходимости разработки и создания экспертно-информационных технологий определения теплотехнических характеристик кузовов ИПС по их фактическому состоянию, сочетающих в себе функции оценки технического состояния ограждающих конструкций ИПС, сравнения данных с паспортными и передачи информации с целью проведения своевременного обслуживания и ремонта.
Актуальность этой задачи обусловлена целым рядом объективных причин:
во-первых, длительная эксплуатация ИПС сопровождается моральным и физическим износом его ограждающих конструкций, требующих своевременного ремонта;
во-вторых, необходимость снижения эксплуатационных расходов в условиях конкуренции на рынке транспортных услуг диктует создание систем технического обслуживания и ремонта ИПС, исходя из фактического состояния работающих его узлов с отказом от дорогостоящей планово-предупредительной системы с периодическим отвлечением подвижного состава от эксплуатации;
в-третьих, в настоящее время не существует систем, способных выполнять подобные задачи, а существующие методы диагностирования не позволяют находить дефекты в ограждающих конструкциях ИПС на стадии их зарождения.
Объект исследования – ограждающие конструкции ИПС, представляющие собой сложные инженерные системы, требующие периодического контроля при изготовлении нового ИПС, в процессе эксплуатации на предмет ухудшения их теплоизолирующих свойств.
Предмет исследования – методы и технические средства тепловой диагностики ограждающих конструкций ИПС.
Цель исследования – разработка нового метода теплотехнических испытаний ограждающих конструкций ИПС, который сделает возможным:
- единовременное определение локальных и приведенного коэффициентов теплопередачи в различных режимах работы теплоизоляции кузовов ИПС, при условии отсутствия информации об их основных технических и конструкционных характеристиках;
- значительно уменьшить время проведения испытаний кузова ИПС;
- увеличить точность определения локальных коэффициентов теплопередачи и местонахождения дефектных областей;
- создание программно-аппаратного комплекса тепловой диагностики ограждающих конструкций ИПС.
Задачи исследования:
- рассмотреть существующие методы и технические средства тепловой диагностики ограждающих конструкций термостабилизированных систем. Разработать классификатор, и на его основе упорядочить существующие методы;
- разработать математическую модель процессов теплопереноса в ограждающих конструкциях ИПС;
- найти решение задачи теплопереноса, позволяющее определить теплотехнические характеристики кузова в эксплуатации;
- определить режимы работы изоляции при условии отсутствия информации об основных технических и конструкционных характеристиках кузовов ИПС;
- исследовать изменение площади температурных структур конструкции кузова ИПС с течением времени;
- усовершенствовать методы определения локальных и приведенного коэффициентов теплопередачи ограждающих конструкций ИПС;
- улучшить метод определения приведенного коэффициента теплопередачи на основе вычисления локальных коэффициентов теплопередачи;
- уменьшить время проведения испытаний кузова ИПС при определении его теплотехнических характеристик;
- увеличить точность определения локальных коэффициентов теплопередачи и местонахождение дефектных областей;
- разработать и создать программно-аппаратный комплекс тепловой диагностики ИПС;
- провести испытания ограждающих конструкций ИПС программно-аппаратным комплексом.
Методы исследования. Методологической основой проведенных исследований послужили работы В.М. Алексенко, И.Г. Арамановича, Э.Б. Глинера, М.Л. Зворыкина, В.В. Иванова, М.В. Кирпичева, В.И. Колесникова, Н.С. Кошлякова, Н.Г. Лашутиной, П.Д. Насельского, М.М. Смирнова, Б.М. Чернякова и других.
При решении поставленных задач использовались: методы математической физики, методы теоретической физики, методы дистанционного зондирования, численные методы решения задач на ЭВМ, методы конструирования, методы термодинамики и молекулярной физики, методы подобия.
Научная новизна исследования заключается в следующем:
- получены результаты математического моделирования процессов теплопереноса в ограждающих конструкциях макета рефрижераторного контейнера и рефрижераторного контейнера 1АА, внутри кузовов, которых поддерживается заданный температурный режим;
- найдено решение задачи теплопереноса, позволяющее определить теплотехнические характеристики кузова в эксплуатации;
- разработана математическая модель, имитирующая работу изоляции конструкции кузова ИПС, позволяющая исследовать изменения со временем температурного поля ограждающих конструкции ИПС;
- исследованы изменения площадей температурных полей конструкции и дефектных областей ИПС с течением времени;
- разработан метод определения локальных и приведенного коэффициентов теплопередачи ограждающих конструкций ИПС, позволяющий значительно снизить время испытаний и увеличить информативность получаемых результатов.
Практическая ценность работы. Полученные результаты и разработанные технические решения направлены на повышение контроля за новым, закупаемым и находящимся в эксплуатации изотермическим подвижным составом.
На основе проведенных исследований созданы теоретические и практические разработки, воплощенные в программно-аппаратный комплекс тепловой диагностики ограждающих конструкций ИПС «Тепло-М».
При оперативном обследовании ограждающих конструкций изотермического подвижного состава возникает экономический эффект, связанный с ресурсосбережением запасных частей, энергии, профессионального труда при устранении неисправностей, выявленных на начальной стадии их развития.
В то же время теоретические и практические основы настоящей работы применяются для оценки теплотехнического состояния автомобильного транспорта, систем тепло-, энерго- и газоснабжения, жилищно-коммунального хозяйства и др.
Реализация и внедрение результатов работы. Теоретические результаты и инженерные решения были воплощены в программно-аппаратном комплексе тепловой диагностики ограждающих конструкций ИПС «Тепло-М».
Внедрение данного программно-аппаратного комплекса проведено в рефрижераторном депо станции «Тихорецкая» Северо-Кавказской железной дороги – филиале ОАО «РЖД».
Основные положения диссертации, выносимые на защиту:
- результаты математического моделирования процессов теплопереноса в ограждающих конструкциях ИПС, внутри кузова которого поддерживается заданный температурный режим;
- решение задачи теплопереноса, позволяющее определить теплотехнические характеристики кузова в эксплуатации;
- математическая модель, имитирующая работу изоляции конструкции кузова ИПС, позволяющая исследовать изменения со временем температурного поля ограждающих конструкции ИПС;
- исследование изменения площадей температурных полей дефектных областей ИПС с течением времени;
- метод определения локальных и приведенного коэффициентов теплопередачи ограждающих конструкций ИПС, позволяющий значительно снизить время испытаний и увеличить информативность получаемых результатов.
Апробация работы. Основные положения и результаты докладывались и обсуждались на 54-й студенческой научной конференции физического факультета РГУ 15-23 апреля 2002 г. в рамках Федеральной целевой программы «Интеграция»; на 56-й студенческой научной конференции физического факультета РГУ 20-27 апреля 2004 г., на Всероссийской научно-практической конференции «Транспорт-2006» (Ростов-на-Дону 2006), на Международной научно-практической конференции «ТелекомТранс-2006» (Сочи, 2006).
Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 7 печатных работах, из них 2 работы опубликованы в изданиях из списка ВАК.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, списка использованных источников и 1 приложения. Диссертация изложена на 186 страницах основного текста, содержит 83 рисунка и 7 таблиц. Общий объем диссертации – 191 страница.
