Технические средства сортировочных горок, обеспечивающие безопасность движения

Лекция №11

( продолжение)

Рассмотренные в предыдущих лекциях технические средства обеспечения безопасности на станциях – пневматические вагонные замедлители - приводятся в действие сжатым воздухом, поступающим к ним от воздухосборников с  управляющей аппаратурой, размещаемых в непосредственной близости от замедлителей. В настоящее время существует несколько  типов управляющей аппаратуры как старой, разработанной еще в прошлом веке, так и совершенно новой конструкции, разработанной в последнее десятилетие..

Управляющая аппаратура вагонных замедлителей

 типа ВУПЗ-72, ВУПЗ-М, ВУПЗ-05М И ВУПЗ-05Э

Общий вид воздухосборника с управляющей аппаратурой типа ВУПЗ-72 ( цифры означают год ее разработки) показан на рис. 11.1.

Рис.11.1 Воздухосборник с управляющей аппаратурой ВУПЗ-72

В состав аппаратуры ВУПЗ-72 входит воздухосборник,   клапаны для подачи и выпуска сжатого воздуха,   управляемые электромагнитными соленоидами с напряжением питания постоянного тока 24 В, а также регулятор давления воздуха контактного типа ( РДК или РДМ). Опыт эксплуатации позволил выявить ряд серьезных недостатков управляющей аппаратуры ВУПЗ-72  и ее несоответствие современным требованиям,  в первую очередь, по надежности,   быстродейсвию и др. Элементная база этой аппаратуры морально  и физически устарела.  

В 2002 г. была разработана модернизированная управляющая аппаратура ВУПЗ-М (рис.11.2), в составе которой использованы два блока безинерционных быстродействующих клапанов типа БК для подачи сжатого воздуха с  электропневматическим блоком управления.    Опытные образцы такой аппаратуры прошли   испытания и были рекомендованы к серийному производству.

Рис. 11.2 Воздухосборник с управляющей аппаратурой  ВУПЗ-М

Достоинство аппаратуры ВУПЗ-М по сравнению с ВУПЗ-72 заключается в простоте конструкции и технологичности ее изготовления, высоком быстродействии и значительно меньшем энергопотреблении, что и явилось определяющим требованием  при ее разработке.  Однако  накопленный опыт  первого  внедрения такой аппаратуры на автоматизированных и механизированных сортировочных горках сети дорог позволил установить, что эксплуатационная надежность управляющей аппаратуры    ВУПЗ-М, особенно в условиях  низких наружных температур и недостаточной кондиции сжатого воздуха, поступающего из компрессорных (что имеет место практически на всех горках сети дорог), не соответствует предъявляемым требованиям.  Практически на всех горках, где была установлена управляющая аппаратура ВУПЗ-М   имели место отказы, в том числе и опасные, которые связаны с самопроизвольным затормаживанием замедлителя при отсутствии команд управления, заклиниванием и даже полным выходом из строя клапанов типа КБ при низких температурах, намораживанием снежной «шубы» на внутренней и наружной поверхности этих клапанов, короткими замыканиями в силовых цепях и цепях управления и др.  Ресурс работы клапанов типа КБ оказался  даже ниже, чем у клапанов   аппаратуры  ВУПЗ -72, что потребовало ее доработки.

В 2006 г. ОАО «Алатырский механический завод» совместно с ОАО «НИИАС» выполнил такую доработку и изготовил опытные образцы модернизированной управляющей аппаратуры типа ВУПЗ – 05М (рис.11.3), в которой вместо клапанов типа КБ применен блок пневматических клапанов     типа КПУ-50/12НЗ, изготавливаемых из нержавеющей стали.  

Основные технические характеристики клапанов типа КПУ-50/12НЗ приведены в табл.11. 1.

                                                                 Таблица 11. 1

Проведенные испытания клапанов  КПУ-50/12НЗ подтвердили их работоспособность в жестких условиях, а именно,- при образовании льда в рабочей полости клапана толщиной 2 мм и при температуре воздуха минус 50°С. При этом   ресурс клапана КПУ-50/12НЗ составил более 2 млн. срабатываний (ресурс клапанов управляющей аппаратуры ВУПЗ - 72 составляет всего 0,25млн. срабатываний).

Управляющая аппаратура ВУПЗ-05М с помощью контактного регулятора давления типа РДК или РДМ   обеспечивает четыре ступени торможения; имеет быстродействие при включении и отключении не более 0,1 с. Она прошла полный цикл испытаний и   рекомендована к серийному производству.

Несмотря на достигнутые существенные улучшения конструкции и показателей работы управляющей аппаратуры ВУПЗ-05М в ней сохранились некоторые недостатки предыдущих моделей ( ВУПЗ-72 и ВУПЗ-М).

Рис. 3 Воздухосборник с управляющей аппаратурой   ВУПЗ-05М

Это относится к регулятору давления контактного типа, конструкция которого морально устарела и не отвечает современным требованиям, к отсутствию устройств диагностики и цифровой индикации параметров работы, и др. В этой связи ООО «Электротехнический завод»( г.Калуга) в содружестве с белорусским ЗАО «Электромеханический завод» (г. Молодечно) была выполнена разработка воздухосборника с электронной управляющей аппаратурой ВУПЗ-05Э, отличительной особенностью которой является наличие электронного блока управления клапанами БУК ЭП с аппаратурой дистанционного контроля АДК, обеспечивающего бесконтактное регулирование давление сжатого воздуха, а также цифровую индикацию и возможность дистанционного контроля рабочих параметров (уровня давления сжатого воздуха в замедлителе, температуры внутри подогреваемого блока, напряжения питания). 

Преимущества воздухосборника с электронной управляющей аппаратурой ВУПЗ-05Э    следующие:

1. Возможность настройки   пороговых значений давления сжатого воздуха по ступеням торможения с цифровой индикацией настраиваемых величин. Значения настройки сохраняются в энергонезависимой памяти аппаратуры..

2 Возможность выбора   алгоритма работы клапанов для различных условий эксплуатации. При этом  в режимах торможения и оттормаживания будут работают клапаны только одного воздухосборника или сразу двух. 

3. Возможность реализации функции электронного дросселя, что позволяет регулировать крутизну характеристики наполнения сжатым воздухом пневмосистемы замедлителей. В эксплуатации это бывает необходимо для исключения режима автоколебаний, поскольку пропускная способность и объем воздухопроводной сети у различных типов замедлителей различна.

4. Возможность дистанционного контроля величины рабочего давления в пневмосистеме замедлителя.

5. Возможность индикации количества включений клапанов воздухосборника (для оценки необходимости проведения профилактических и ремонтных работ). В энергонезависимой памяти фиксируется число включений с возможностью просмотра на цифровом индикаторе.

6. Возможностьрегулирования  температурного порога включения электрообогрева с индикацией фактической температуры под кожухом воздухосборника.  

7. Возможность в процессе эксплуатации введения по мере необходимости дополнительных функций путем изменения программного обеспечения. Это позволяет быстро и без больших затрат решать вновь возникшие задачи, например, при изменении условий эксплуатации, интегрировании с другими системами и др. 

 Воздухосборник с управляющей аппаратурой ВУПЗ-05Э выполнен в климатическом исполнении УХЛ1    и может эксплуатироваться в весьма жестких климатических условиях при температурах наружного воздуха от минус 60°С до плюс 50°С.

Подача сжатого воздуха к вагонному замедлителю может осуществляться как одновременно двумя воздухосборниками ВУПЗ-05Э, так и одним. При подаче сжатого воздуха двумя воздухосборниками один из них (по выбору) работает в режиме ВЕДУЩИЙ, другой – в режиме ВЕДОМЫЙ. Допускается управление вагонным замедлителем только одним воздухосборником в режиме ОДИН. Выбор режима осуществляется переключателем ВЕДУЩИЙ – ВЕДОМЫЙ – ОДИН, расположенным на блоке управления клапанами электропневматическом БУК ЭП. Режим ОДИН может использоваться при каких-либо неисправностях пневмоаппаратуры второго воздухосборника. (распределителя шлангов, блока клапанов и др.)

На столе воздухосборника с управляющей аппаратурой ВУПЗ–05Э (рис.11.4) установлены два блока клапанов БК (1); электропневматический блок управления клапанами БУК ЭП (2); узел с манометром (3); вход трубопровода (4), а также аппаратура дистанционного контроля АДК (в составе БУК ЭП).

Рис. 11.4. Расположение аппаратуры   ВУПЗ–05Э на столе воздухосборника

1-блоки клапанов БК; 2-блок управления клапанами БУК ЭП; 3- блок манометра; 4-ввод пневмопровода.

 Основные технические параметры аппаратуры дистанционного контроля АДК представлены в табл. 11.2.

Таблица 11.2

Пневматическая схема воздухосборника ВУПЗ–05Э приведена на рис.11.5. Как видно из рисунка, сжатый воздух поступает через вентиль ВН4 в воздухосборник В, через фильтр-влагоотделитель Ф - в электропневмораспределители Р1, Р2.

Рис. 11.5 Пневматическая схема  ВУПЗ–05Э

БК – блок клапанов; КР, КТ – клапан пневмоуправляемый с клапаномбыстрого выхлопа; БУК ЭП – блок управления клапанами электропневматический; Р1, Р2 – распределитель с электроуправлением; Ф – фильтр; ДД – датчик давления; УМ – узел манометра; МН – манометр;В – воздухосборник; ВН1, ВН3, ВН4 – вентили; Г – глушитель.

При отсутствии напряжения на катушках электропневмораспределителей Р1, Р2 клапаны КТ и КР закрыты. При подаче напряжения на катушку распределителя Р1 сжатый воздух поступает в полости управления тормозных клапанов КТ, приводя их в открытое положение. При подаче напряжения на катушку распределителя Р2 открываются оттормаживающие клапаны КР. Управление клапанами ведущего и ведомого воздухосборников, работающих на один вагонный замедлитель, осуществляется по командам с горочного поста или тумблерами на БУК ЭП ведущего воздухосборника. При этом в режиме торможения максимально может быть реализовано восемь ступеней торможения (Т0.5; Т1.0; Т1.5; Т2.0; Т2.5; Т3.0; Т3.5; Т4) и режим оттормаживания (Р). Для ступеней торможения Т0.5 – Т3.5 предусмотрена установка нижнего и верхнего уровней давления сжатого воздуха, подаваемого в пневмосистему замедлителя, в пределах которых давление удерживается автоматически путем включения тормозных или оттормаживающих клапанов. При включении ступени Т4 аппаратура выдает полное давление сжатого воздуха, подаваемого из пневмомагистрали.. При включении режима Р открываются оттормаживающие клапаны и сжатый воздух из пневмосистемы замедлителя выпускается в атмосферу. Настройка заданных уровней давления сжатого воздуха по ступеням торможения Т0.5 – Т3.5 производится кнопками на БУК ЭП ведущего воздухосборника.  

Опытная партия воздухосборников с управляющей аппаратурой ВУПЗ-05Э  успешно прошла эксплуатационные испытания на железной дороге республики Беларусь. Более чем за 2 года опытной эксплуатации не было отмечено случаев сбоя в ее работе или конструкционных отказов. В настоящее время проводится подготовка к постановке на производство такой аппаратуры и на российских  с тем расчетом, чтобы уже с 2010 г.организовать ее серийное производство и поставку на сортировочные горки российских железных дорог.

Технические средства генерации сжатого воздуха

на сортировочных горках

Сжатый воздух, используемый для привода в пневматических вагонных замедлителей, поступает     от компрессорных станций.

В настоящее время на сети российских железных дорог  находится в эксплуатации 80  горочных компрессорных станций,  , а также около 30 объединенных узловых компрессорных станций, обеспечивающие функционирование  пневматических вагонных замедлителей, а также пневмообдувку стрелочных переводов и других потребителей. Парк установленных в них компрессоров состоит в основном из разнообразных машин поршневого (около 85 %) и винтового типов (около 15%). Как видно из рис. 11.6 почти половина всех эксплуатируемых компрессоров (48 %) работают по 16 и более лет. Назначенный ресурс механической части этих компрессоров использован на 130 – 170 %.

Такое положение объясняется в значительной мере тем, что компрессоры не считают основным технологическим оборудованием, поэтому они зачастую находятся в тени приоритетного внимания к оснащенности сортировочных горок современной техникой.

Рис. 11.6. Сроки эксплуатации компрессорных установок  

Инвестиции в реконструкцию компрессорных станций рассматриваются далеко не в первую очередь. Сжатый воздух со всеми связанными с ним проблемами и затратами, зачастую, воспринимается как данность, нечто неизменное и неизбежное. Отчасти это связано с длительным сроком службы и высокой ремонтопригодностью компрессорных систем. Поршневые компрессоры хотя и требуют частого обслуживания, но просты в ремонте и могут работать десятилетиями.

Возможно, это и определяет консервативность в подходе к решению проблемы генерации сжатого воздуха. Тем не менее, правильный выбор основного и вспомогательного оборудования компрессорных станций и качество сжатого воздуха решающим образом определяют безопасность, надежность и эффективность функционирования тормозной горочной техники и, в конечном итоге, безопасность всего технологического процесса формирования составов на сортировочных станциях.

На сети железных дорог эксплуатируются в основном компрессоры объемного типа. Объемный компрессор - это машина,  в которой процесс сжатия происходит в рабочих камерах, изменяющих свой объем периодически, попеременно сообщающихся с входом и выходом компрессора. Объемные машины по геометрической форме рабочих органов и способу изменения объема рабочих камер можно разделить на поршневые и роторные компрессоры.

Наиболее распространены и многообразны по конструктивному выполнению, схемам и компоновкам поршневые компрессоры, в которых    сжатие воздуха осуществляется перемещением поршня, совершающего возвратно-поступательное движение. Достоинство данных машин- достаточно высокая экономичность (малый удельный расход электроэнергии). Недостатки - большая материалоемкость, необходимость в фундаменте, высокий уровень шума и вибрации, необходимость организации водяного охлаждения. Поршневые компрессорные машины были разработаны много лет назад и морально устарели. Новые модели поршневых компрессоров - это, как правило, всего лишь модификации старых машин. Поршневые компрессоры в сравнении с винтовыми неконкурентоспособны, однако на многих сортировочных станциях по разным причинам пока не спешат отказываться от них.

Винтовые компрессоры - это машины, рабочими органами которых являются роторы с нарезанными на них винтовыми зубьями. Наибольшее распространение получили двухроторные машины. Роторы вращаются в корпусе, выполняющем роль цилиндра.

 Одним из самых важных аспектов при выборе компрессорного оборудования на станциях в настоящее время является энергопотребление этого оборудования. В принципе энергопотребление аналогичных по своим характеристикам винтового и поршневого компрессоров могут незначительно отличатся в ту и другую сторону. Объяснить это можно тем, что поставщики электрооборудования ежегодно предлагают все более совершенные и новые комплектующие, способствующие энергосбережению. Однако, используя винтовой компрессор, например, с воздушным охлаждением, можно получить компактную компрессорную станцию контейнерного типа требуемой производительности. Для запуска в работу такой станции требуется только подключить кабель электропитания. В то же время, для генерации сжатого воздуха при помощи поршневых компрессоров требуется организация сложной и громоздкой системы их водяного охлаждения. Вода должна подаваться под давлением, что подразумевает дополнительные единовременные затраты, необходимые для монтажа системы водоподготовки, и долговременные - на весь период эксплуатации.

Серьезным недостатком поршневого компрессора является то, что для его установки требуется возведение специального фундамента, что предусматривает определенные дополнительные затраты. При установке винтового компрессора необходима только ровная свободная площадка.

 Следует также отметить меньшую массу и габариты винтовых компрессоров по сравнению с поршневыми, а также быстроходность, малую металлоемкость; меньшую шумность в работе, практически отсутствие вибрации, простоту и удобство обслуживания и эксплуатации возможность автоматизации всего технологического процесса генерации сжатого воздуха.

 По цене винтовые компрессоры сегодня еще несколько дороже поршневых машин, однако, при интенсивной эксплуатации, с учетом всех эксплуатационных расходов, разница в цене очень быстро окупается.  Кроме того, винтовые компрессоры отличаются высокой надежностью  (гораздо меньшее количество деталей, чем в поршневом компрессоре, нет клапанов и поршневых колец, которые являются наиболее быстроизнашиваемыми деталями, малое количество подвижных частей)., что особенно важно в тех случаях, когда простои оборудования по причине ремонтов компрессора ведут к значительным финансовым потерям, иногда превышающим стоимость компрессора.

Современные стационарные   винтовые компрессорные установки поставляются укомплектованными и испытанными в моноблочном  бесфундаментном исполнении с полной готовностью к эксплуатации.  

Некоторые современные конструкции винтовых компрессоров показаны на рис. 11.7.

Рис.11.7. Современные винтовые компрессоры для сортировочных горок

  Совершенствование станционной воздухопроводной сети

В состав станционной воздухопроводной сети входят трубопроводы, трубопроводная арматура, воздухоохладители, колодцы, водоотделители, воздухосборники, компенсаторы П-образные и сальниковые, фундаменты для установки различных устройств, детали заземления и монтажные детали.

Станционная воздухопроводная сеть рассчитывается на рабочее давление до 0,8 МПа (8 кгс/см²) и монтируется из труб диаметром условного прохода 80, 100, 150, 200 мм.

С целью обеспечения безопасности роспуска составов и и повышения надежности подачи сжатого воздуха воздухопроводная сеть должна быть закольцована. При этом к каждому потребителю сжатый воздух подается не менее чем по двум путям. Каждый участок воздухопроводной сети должен иметь возможность отключения без влияния на остальные участки сети.

На концах воздухопроводной сети должны быть задвижки или вентили для продувки сети при сезонных периодических осмотрах или ремонте сети.

Существуют два варианта устройства воздухопроводной сети: подземный и наземный. Возможно применение смешанных решений с частичной подземной и наземный прокладкой трубопроводов. Для подземной прокладки трубопроводов приняты сварные соединения, для наземной - с фланцами стальными плоскими приварными. Для уменьшения утечки сжатого воздуха за счет меньшего числа фланцевых соединений рекомендуется при наземной прокладке соединять трубы по возможности сваркой, фланцы предусматривать в местах соединения с арматурой и другими изделиями, имеющими присоединительные фланцы.

Переходы под путями должны выполняться перпендикулярно к оси пути в защитных трубах. Трубопроводы не должны прокладываться под стрелочными переводами (остряками, крестовинами), глухими пересечениями и стыками железнодорожного пути.

В сжатом воздухе, поступающем от компрессорной, остаются пары влаги, которые по мере продвижения воздуха по трубопроводу и охлаждения этого воздуха конденсируются и выпадают в виде влаги. Поэтому трубопроводы необходимо укладывать с уклоном не менее 0,003 в сторону водоотделителей. При этом должно быть обеспечено отсутствие мертвых зон, где может скапливаться конденсирующаяся влага.

На станциях, электрифицированных на переменном токе, наземный трубопровод, расположенный вдоль железнодорожных путей, заземляется для защиты от повышения индуктивных напряжений. Заземление выполняется на отдельный заземляющий контур примерно через каждые 500 м длины трубопровода, расположенного параллельно контактному проводу. Расстояние между заземляющими контурами определяется по нормам допустимых индуктивных напряжений на трубопроводе по отношению к земле, равным 36 В, для нормального и вынужденного режимов электропитания контактной сети. Сопротивление заземляющего контура не должно превышать 10 Ом в любое время года.

На станциях, электрифицированных на постоянном токе, на случай обрыва контактного провода и соединения его с трубопроводом последний должен иметь соединение со средней точкой дроссель-трансформатора при двухниточных рельсовых цепях или с тяговым рельсом не менее чем в двух точках при однониточных рельсовых цепях. Соединение производится через искровой промежуток.

Трубопроводы, прокладываемые под землей в зоне блуждающих токов, должны иметь усиленное защитное покрытие, независимо от коррозионной активности грунта.

Повороты трубопровода в вертикальной и горизонтальной плоскостях при углах до 8° (140‰) осуществляются упругим прогибом при среднем радиусе изгиба R_наг ³ 900 D_нар (D_нар - наружный диаметр, м). Упругий изгиб трубопровода, сваренного в плеть, производится кранами-трубоукладчиками или другими механизмами в процессе монтажа и укладки трубопровода на опоры или в траншеи. Целесообразно сваривать отдельные плети длиной 30 - 60 м на стройплощадках и транспортировать их на место строительства.

Трубопровод, прокладываемый на бетонных опорах, должен окрашиваться алюминиевой краской ВТ-177 по грунтовке или другой атмосферостойкой краской. Проход трубопровода под железнодорожными путями, автодорогой выполняется при подземной прокладке в специальном защитном кожухе из асбоцементной трубы; при наземной прокладке в железобетонном желобе, уложенном в шпальном ящике. Трубопроводы должны прокладываться на расстоянии не менее 0,5 м от электрокабелей, электроприводов и электрооборудования.

Эксплуатация пневмосетей связана с неизбежными утечками сжатого воздуха в атмосферу. Значительная часть таких утечек происходит из-за неплотностей соединений пневмосети. Объем утечек сжатого воздуха часто достигает 40 ... 50% от общего объема произведенного сжатого воздуха, т. е. примерно половина компрессоров работает на компенсацию утечек. Из этого объема потерянного сжатого воздуха только около 5% приходится на потери в пневмосистемах вагонных замедлителей, а остальные 90% - это потери в подводящих пневмосетях. Использование пневмосетей со сварными соединениями трубопроводов позволяет если не ликвидировать совсем, то значительно уменьшить утечки сжатого воздуха при его транспортировании от компрессорной станции к месту потребления. К примеру, при замене фланцевых соединений трубопроводов на сварные на сортировочных горках ст. Иваново и Лоста Северной ж. д. утечка сжатого воздуха в пневмосети этих сортировочных горок уменьшилась на 30 - 35% и составила не более 15% от объема сжатого воздуха, генерируемого компрессорной станцией.

 Компрессорные установки контейнерного типа

Как отмечалось, стандартные технические решения станционных компрессорных прошлого века - это централизованное воздухоснабжение с использование стационарных компрессорных и разветвлённых пневмосетей. Недостатки прошлых лет в решении проблем снабжения воздухом станционных потребителей очевидны.  Главные из них - необходимость сооружения громоздких зданий компрессорных станций с системой электроснабжения, водяного охлаждения поршневых компрессоров, шум и вибрации компрессорного оборудования; необходимость организации разветвленной пневмосети и неизбежные при этом потери энергоёмкости, конденсация влаги в трубопроводах, образование ледяных пробок в зимнее время, необходимость в использовании воздушных ресиверов большой ёмкости с регистрацией их в органах Госгортехнадзора.

Современные технические решения – это децентрализация с установкой устройств генерации сжатого воздуха в непосредственной близости к потребителю, применение неподнадзорных воздушных ресиверов, регулируемая производительность воздушных компрессоров и др.

Одним из наиболее радикальных и современных решений является децентрализация компрессорной системы с помощью многофункциональных модульных компрессорных установок контейнерного типа.   

Рассмотрим особенности конструкции и  эксплуатационно-технические характеристики модульных компрессорные станции контейнерного типа.    Они выполнены на  базе блок – контейнеров, в которых размещаются   современные винтовые компрессоры   последнего поколения,   разработанные для круглосуточной работы при температуре окружающего воздуха от - 40 ºС до + 40 ºС, и   система подготовки сжатого воздуха.  Дополнительно каждый блок-контейнер комплектуется осветительными приборами, системой отопления с электроотопителями, а также пожарно-охранной сигнализацией. Таким образом, блок-контейнер представляет из себя автономную компрессорную станцию, для организации работы которой необходима всего лишь горизонтальная площадка и возможность подключения к электросистеме 380 В.

 Использование блок - контейнеров даёт возможность устанавливать винтовые компрессоры непосредственно рядом с потребителями сжатого воздуха, и как следствие, отказаться от транспортировки сжатого воздуха на большие расстояния. Результат - существенное снижение утечек сжатого воздуха из пневмосети.

 Общий вид и компоновка оборудования в блок-контейнере показана на рис. 11.8 и 11.9.

Рис.11.8 Общий вид блок-контейнера

Рис.11.9 Компоновка оборудования блок-контейнера

Технические  показатели  блок-контейнеров   Челябинского компрессорного завода (ЧКЗ) представлены в табл. 11.4

Таблица 11.4