Annotation
In developing conditions of the transportation market both in the world
and in the Russian Federation, the development of technologies to increase the
efficiency of transport and reduce the cost of transportation comes to one of the
key roles.
In this paper, aspects of the transport of sensitive goods, in particular
refrigerated transport, are considered. For this type of transport, the main goal is
to deliver the goods safely and to reduce the energy consumption of the delivery
system. To achieve these goals, research and design work has been carried out
and technical devices have been created on their basis, which make it possible to
increase the efficiency of delivery of refrigerated goods and also to increase the
possible range of goods for transportation by various types of transport.
The paper presents technical devices aimed at improving the performance
of transport, both refrigerated in the form of rolling stock improvement, and
auxiliary plan, allowing to increase the efficiency of the load on the presented
types of traffic.
The work addressed the following questions:
- Theoretical aspects of improving refrigerated transport, by improving
the energy efficiency of rolling stock
- Proposed devices, mechanisms and machines to increase the efficiency
of refrigerated transport.
- Auxiliary devices have been proposed, allowing to increase the
efficiency of auxiliary works when reloading regime cargoes.
Лист
ВБР- 26.03.01-0066-2019
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
2
Содержание
стр.
Введение
4
1 Рефрижераторные перевозки
7
1.1 Общие сведения
7
1.2 Анализ рынка рефрижераторных перевозок.
8
1.3 Динамика и маркетинг рынка рефрижераторных перевозок.
11
1.4 Разработка новых методов подхода к осмыслению технических
13
средств для мультимодальных перевозок режимных грузов
2 Инновационные разработки.
19
2.1 Историческая справка применения холода на транспорте.
19
2.2 Новые устройства и разработки
25
2.2.1 Авторефрижератор
25
2.2.1.1 Предлагаемое устройство авторефрижератора инновационной
29
конструкции
2.2.1.2 Технико-экономическое обоснование
32
2.2.3 Холодильная установка
37
2.2.3.1 Техническое устройство
38
2.2.3.2 Пути транспортировки и схемы использования
41
рефрижераторных вагонов
2.2.3.3 Технико-экономическое обоснование.
43
2.2.4 Рефрижераторный контейнер
45
2.2.4.1 Использование данной конструкции на Северном Морском
48
пути и технико-экономическое обоснование
3 Технологии направленные на усовершенствование способов
54
перегрузки режимных грузов
3.1 Клапанная система.
54
3.1.1 Техническая необходимость и экономический расчёт системы
56
3.2 Страховка для крепления на высоте
57
3.2.1 Назначение и экономическая целесообразность
59
3.3 Концепция устройств увеличивающие эффективность работы с
60
режимными грузами
Заключение
61
Список использованной литературы
62
Приложение 1
Лист
ВБР- 26.03.01-0066-2019
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
3
Введение
В современном мире большое значение уделяется постоянному
совершенствованию
технических
средств
во
всех
областях
промышленности. Увеличение производства различных товаров, а также
увеличение их конъектуры диктует создание средств их доставки. За
последние 30 лет было созданы материалы и технологии, позволяющие
существенно повысить эффективность производства и увеличить качество и
скорость транспортировки.
В
данной
работе
затрагиваются
проблемы
технического
и
экономического факторов имеющиеся в развивающейся сфере перевозок
режимных грузов, для поиска решений этих проблем приведены результаты
работ в области транспортировки грузов, требующих специальных условий
при транспортировке.
На поприще транспортировки режимных грузов особо следует
выделить рефрижераторные перевозки и смещение интересов в сторону
многофункциональных установок способных поддерживать широкий
диапазон как низких, так и высоких температур. Однако большие объёмы
рефрижераторных перевозок диктуют условия удешевления подобных
перевозок. В последние несколько лет вопрос эффективности, в том числе
энергоэффектиности, транспортного оборудования вышел на один из
передних планов, как логистики, так и инженеринга в области техники
низких температур.
Проблема уменьшения затрат на транспортировки режимных грузов
является одним из важных технико-экономических факторов при создании
нового оборудования, отвечающего всем требованиям рынка и способного
потеснить уже существующие аналоги. Помимо этого приведены примеры
вспомогательных
устройств
косвенно
позволяющие
увеличить
эффективность при работе с режимными грузами.
Лист
ВБР- 26.03.01-0066-2019
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
4
В данной выпускной работе рассмотрено несколько направлений
развития техники в области мультимодальных перевозок режимных грузов.
Помимо этого, здесь будет рассмотрено несколько устройств, как уже
разработанных на базе Астраханского государственного технического
университета, так и находящихся на разной степени разработки (от
экспериментальной работы до создания опытного образца). Особенностью
этих устройств является их новизна не только как отдельного механизма
или машины, но и попытка создать новое направление в области
рефрижераторных перевозок. Помимо этого, в данной работе также будут
рассмотрены устройства различного назначения, созданные с целью
облегчить или улучшить операции по работе с режимными грузами.
Предмет исследования в выпускной бакалаврской работе –разработка
новых технических средств и схем их применения, для увеличения
эффективности при работе с режимными грузами.
Объект исследования – инновационные технологии предлагаемые для
увеличения эффективности транспортировки режимных грузов.
Основной целью работы является техническое создание устройств,
позволяющих снизить затраты на транспортировку режимных грузов и
увеличить степень безопасности при работе с ними.
Для достижения этой цели решены следующие задачи:
- Анализ эффективности режимных перевозок грузов и увеличения
производительности подвижного состава;
- Разработка новых методов подхода к осмыслению технических
средств для мультимодальных перевозок режимных грузов;
- Создание новых устройств, позволяющих повысить эффективность
рефрижераторных перевозок;
- Были найдены сторонние инвесторы и предприятия потенциально
заинтересованные в создание и главное во внедрении предложенных
технологий.
Лист
ВБР- 26.03.01-0066-2019
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
5
Лист
ВБР- 26.03.01-0066-2019
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
6
1 Рефрижераторные перевозки и анализ рынка перевозок
1.1 Общие сведения
Рефрижераторные
перевозки —
это
перевозки
грузов,
подразумевающее постоянное поддержание определенного температурного
режима на всем пути.
Рефрижераторные
перевозки
незаменимы
для
следующей
продукции:
замороженного/охлажденного мяса и рыбы;
полуфабрикатов;
молочной продукции;
овощей и фруктов;
живых растений;
кондитерских изделий;
химической продукции (в том числе опасных грузов);
лекарственных средств и др.
Такие грузы должны быть доставлены до места назначения точно в
срок, любые остановки в пути категорически неприемлемы, так как это
напрямую скажется на качестве перевозимых товаров.
Для перевозки грузов при низких температурах используют
изотермические
фургоны,
специализированный
железнодорожный
транспорт, а также рефрижераторные контейнеры.
Наибольшее
распространение
получили
автомобильные
низкотемпературные перевозки. Автомобильные рефрижераторы способны
перевозить как однотипный товар, так и сборные грузы по желанию
клиента. Температурный диапазон перевозок достаточно широк, именно
благодаря этому автомобильныерефрижераторные перевозки сохраняют за
собой лидирующие позиции на рынке транспортных услуг.[4]
Для большинства видов перевозок подходит существующая техника
способная обеспечить длительное поддержание температур в интервале от
Лист
ВБР- 26.03.01-0066-2019
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
7
+ 25 °С до – 25 °. Однако, с развитием промышленности и появлением
необходимости в перевозках требующих более низких, либо более высоких
температур, возникает потребность в создании транспортных средств
способных создавать и поддерживать необходимые температуры при
транспортировке.
Обособленным направлением в последние годы явилась попытка
адаптации существующих низкотемпературных технологий (чаще всего в
области криогенных температур) для транспорта.
Поиск новых решений для рефрижераторных перевозок ведётся по
нескольким основным направлениям:
увеличение диапазона рабочих температур;
снижения энергозатрат на работу холодильного оборудования;
дешевизна по сравнению с существующими аналогами;
экологическая безопасность как установки в целом так и
отдельных её частей;
простота использования и ремонтопригодность;
высокий ресурс работы оборудования.
1.2 Анализ рынка рефрижераторных перевозок
Глобальный рынок рефрижераторных перевозок разделён на
несколько сегментов, это связанно с быстрым появлением новых игроков, и
с постоянным увеличением требований со стороны производителей
товаров.
Основными игроками на международном рынке являются:
Carrier Transicold
CMA CGM
GAH Refrigeration
Maersk Line
MSC
Swift Transportation
Лист
ВБР- 26.03.01-0066-2019
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
8
Другиеизвестныекомпаниинарынке:
Agility,
Air
Canada
Cargo,
AvinexUkr, Bay & Bay, Biocair, Biotec Services, CEVA, Cold Chain
Technologies, Continental Air Cargo, CRST International, Culina Group, DB
Schenker, FedEx, Frost Trucking, FST Logistics, Green Reefers Group,
Hanson Logistics, NYK Line, Seatrade Reefer Chartering, UPS.
В РФ по данным сюрвейерской компании «Орком» по данным от
2010 до 2017 года возрос общий показатель доли перевозки грузов,
требующих особых условий, а именно сельскохозяйственных грузов.
Однако на данный момент потребность в холодильной технике на
транспорте является одной из первостепенных задач. По данным РЖД по
состоянию на конец 2015 года парк изотермического подвижного состава
РФ состоит из 7,5–8 тыс. ед. (около 16,5 тыс. вагонов зарегистрировано в
СНГ и странах Балтии). Износ парка составляет 80%. Вместо уходящих с
рынка рефрижераторных вагонов операторы используют реф.контейнеры.
Однако производства в России ни тех, ни других сейчас просто
нет. Подобная ситуация складывается и с авторефрижераторами. По
данным ФТС импорт холодильной техники из стран Европы и Азии
приближается к 1 миллиарду долларов, что существенной меньше по
сравнению с показателями предыдущих лет, однако это всё ещё является
существенной цифрой.
Рынок перевозок рефрижераторных грузов очень тесно связан с
рынком производства холодильной техники. По данным статистики от
компании «Холодильная индустрия» на начало 2019 года в России
насчитывается примерно 890 крупных компаний, 33% которых либо
зарегистрированы в Москве, либо осуществляют деятельность в пределах
московской области. Список зарегистрированных компаний по регионам
представлен на рисунке 1.
Лист
ВБР- 26.03.01-0066-2019
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
9
Рис. 1. Лидеры-регионы по количеству холодильных компаний
Ссылаясь на приведённые цифры от компании ТНБ за 2015 год
можно сказать о дефиците авторефрижераторов. По данным компании: «К
примеру, на направлениях, откуда в основном осуществляются доставки
скоропортящейся продукции (Польша, Румыния, Болгария), из-за дефицита
авторефрижераторов российские перевозчики занимают рынок менее, чем
на 10% от общего количества рейсов.»
Нелюбовь к рефрижераторным перевозкам со стороны владельцев
подвижного состава объясняется количеством рисков, связанных с данным
видом перевозки. Прежде всего с риском отказа техники и порчи
перевозимого
груза,
компенсировать
в
убытки.
случае
которого
Второй
перевозчик
негативный
будет
фактор
–
обязан
это
не
универсальность рефрижераторных ТС. Ну и, пожалуй, главенствующим
негативным фактором является цена на рефрижераторный подвижный
состав.
Для примера можно привести цены на авторефрижераторы за 2018
год. Которые составили от 1,9 млн рублей при грузоподъёмности 1,5 тоны,
3.1 млн. при – 5 тоннах, и 3 млн. на полуприцепы с реф. установкой и
объёмом 88 кубов. Для сравнения стоимость полуприцепа Kögel SN24
CurtainsiderLowLiner составляет 950 тыс. руб при грузоподъёмности в 27
тонн.
Лист
ВБР- 26.03.01-0066-2019
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
10
Совокупность цены оборудования и расходов на его содержание
диктует высокую ставку за выполнения подобных перевозок. Пути
снижения стоимости рефрижераторных перевозок будут приведены ниже и
они, прежде всего, связанны с созданием более простых по конструкции
рефрижераторов с минимальной себестоимостью.
Для примера доставка 20 тон груза в рефрижераторном полуприцепе
из Москвы в Астрахань обойдётся примерно в 77 тыс. руб.Для РЖД
транспорта ссылаясь на среднюю стоимость среди экспедиторских
компаний находим ставку 15 руб/кг., итого стоимость 20 тонн составит в
среднем 340 тыс. руб.
1.3 Динамика и маркетинг рынка рефрижераторных перевозок
По данным исследования проведённого ГУМРФ им. Адмирала
Макарова.[14]
В период с 2012 г. по 2018 г. российский рынок организации
перевозки грузов сухопутным, морским и воздушным транспортом
вырос на 20,7%.
Выше среднего показателя рынкарынка в период 2012 -2017 гг.
выросло 17,5% грузоперевозок. Ниже рынка выросло 7,0% компаний.
Отрицательный
рост
показало 75,5% компаний.
Рынок
грузоперевозок
является
одним
из
высоко
конкурентных рынков России. По состоянию на 01.02.2016 г в нише
грузоперевозок активно
работает
около
пяти
тысяч
компаний
и
индивидуальных предпринимателей. Стратегия роста большинства из этих
компаний заключается в:
• расширении линейки оказываемых услуг;
• расширении своего географического присутствия.
Лист
ВБР- 26.03.01-0066-2019
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
11
Структура рынка
Более 70% объема рынка услуг по организации грузоперевозок
приходится на крупные предприятия. Очевиден тренд к стабилизации
структуры и роста рынка, что повлечет за собой изменения в уровне
конкуренции. Рынок
организации
грузоперевозок
отреагировал
на
кризисные тенденции в экономике страны одним из первых. Особенно
остро это отразилось на микропредприятиях (как правило, представляющих
собой самозанятое население). Дополнительная финансовая нагрузка,
вводимая государством на автогрузоперевозчиковувеличилась с 2016.
Темпы роста бизнеса в период до 2016 года приведены на рисунке 2.
Рис. 2. Динамика рынка перевозок режимных грузов
Развитие и рос компаний в данных условиях рынка диктует
несколько основных стратегий. На рисунке 3 приведены основные
стратегии.
Рис. 3. Основные стратегии
Лист
ВБР- 26.03.01-0066-2019
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
12
В эти стратегии также закладывает и усовершенствование средств
производства, что в свою очередь даёт мотивацию для создания новых
технологий отвечающих требованиям спроса. [6]
Для создания инновационных технологий способных конкурировать
на рынке перевозок и заинтересовать потенциальных покупателей
необходимо создание новых методов и подходов к холодильной технике на
транспорте, а также перспектива увеличения перевозки ранее мало
перевозимых грузов.
1.4 Разработка новых методов подхода к осмыслению технических
средств для мультимодальных перевозок режимных грузов
Основой для новых методов подхода к созданию рефрижераторной
техники для транспорта является поиск новых путей получения дешёвого
холода и развитие научно-технической базы.
Одним из новых решений для создания технических средств явилась
попытка, как уже говорилось выше, адаптации технологий криогенных
температур для транспортировки грузов, в виду потребности в холоде и
инновационных подходах. [7]
Простейшим проявлением такой адаптации является попытка
применить расширительные машины в диапазоне умеренного холода.
В данный момент в транспортном холодильном оборудовании
наибольшее
распространение
получили
холодильные
установки
парокомпрессионного исполнения, а именно установки в которых холод
получается за счёт фазового перехода хладагента, который выкипая в
испарителе поглощает теплоту равную собственной скрытой теплоте.
При применении расширительных машин, охлаждение происходит
за счёт выполнение газом работы.
Плюсом подобной машины является широкий диапазон получаемых
температур, а при применении эффекта дросселя (джоуля – Томпсона)
возможно даже нагревание. Ссылаясь на статью от 2015 года можно сказать
следующее:[2]
Лист
ВБР- 26.03.01-0066-2019
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
13
«Можно представить систему, состоящую из агрегата, сжимающего
воздух, и механизма, заставляющего газ совершать работу. Если ввести в
систему
теплообмен
для
поддержание
постоянной
температуры
циркулирующего газа, то можно получить систему с постоянно низкой
температурой и малыми энергозатратами. В такой системе сам газ будет
играть роль рабочего тела. На примере кривой инверсии азота (необходимо
учитывать состоянии при которых газ будет находиться под кривые
инверсии для охлаждения, в ином случае (при положительном эффекте), газ
начнёт нагреваться.»[13]
На рисунке 4 представлена кривая инверсии азота для примера
поведения газа при описанном действии.
Рис.4. Кривая инверсии азота.
Условия для работы подобной системы вносят ряд ограничений,
ставя некоторые газы как непригодные для функционирования из-за
слишком больших необходимых давлений для функционирования. Данная
система может быть использована для транспортировки газа, при
поддержании низких температур, где газ охлаждается, постоянно совершая
работу. По сути, непосредственно сам транспортируемый газ является
рабочим телом. Представив идеальную систему без термообмена со средой,
Лист
ВБР- 26.03.01-0066-2019
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
14
мы получим систему, в которой газ постоянно охлаждается при постоянном
значении энтальпии.»
Следующим методом развития явилось создание устройств, в
которых используемое рабочее тело играло бы роль не только хладагента,
но возможно и топлива, и охладителя двигатели и хладагента системы
кондиционирования.
Для примера можно привести углеводороды. Метан – простейший
по составу предельный углеводород. Однако являясь топливом он также
может быть хладагентом (r50), если последовательно использовать его в
разных машинах, сначала как хладагент, затем как топливо или как среду
охладителя, можно увеличить КПД установки без затрат на работу
сопутствующих узлов. В представленной ниже установке это задача решена
не только без затрат лишней работы, но и с выгодой в работе.[12]
Помимо этого, метан имеет высокие показатели изоэнтропийного
расширения и может быть использован в детандерах и дросселях. На
рисунке 5 приведена схема дроссель эффекта метана.
Рис 5. Номограмма для определения интегрального дроссель-эффекта
метана.
Основываясь на приведённых выше эффектах, можно говорить о
возможности создания устройств, имеющих низкие энергетические затраты
Лист
ВБР- 26.03.01-0066-2019
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
15
и отличающихся простотой и надёжность в эксплуатации, что немаловажно
для рефрижераторных установок на транспорте.
Помимо метана самой дешёвой средой является воздух, ниже
приведен расчёт изоэнтропного расширения воздуха через дроссель при
начальном давлении в 200 атмосфер и температуре +17 °С.(1)
T2-T1 =
𝑃2 𝑑𝑇
∫𝑃1 (𝑑𝑃)𝑖 𝑑𝑃
𝑑𝑉
=
𝑃2 𝑇( )−𝑉
𝑑𝑃
∫𝑃1 𝑑𝑇
𝐶𝑝
𝑑1
=
200 290(𝑑3)−1
𝑑𝑃
∫3
1
= 309 °K = 35
°С (1)
Как видно из этого выражения, для получения разницы в 35 градусов
необходима разность в 200 атмосфер. Для уменьшения потребного
давления был применён способ расширения воздуха в расширительной
машине (детандере).
Принимает температуры T1 – перед детандером = 17 °С
Температуру Т2s- температуру адиабатного расширения в детандере
и находим её по формуле (2):
𝑃
Т2s = Т1*( )1-k/k = T1 * (𝜇)dT1-k/k = 290 * 31-1,4/1,4 = 211 °C = -61
𝑃0
°C (2)
где μ – отношение давлений на входе и выходе из детандера при
условии расширения до атмосферного давления, и давления входа 0,35 Мпа.
Перенося случай теоретического адиабатного расширения на
действительное политропное расширение получаем:
Температуру после детандера действительную Т2:
Т2= Т1-(T1-Т2s)ή = 290-(290-211)*0,65 = 239 °K = -34°C
где ή – КПД стандартного детандерного агрегата ДПВ 2-200/6-3М
Насколько можно видеть имея давления на входе всего 3,5
атмосферы можно получить температуру - 34 градуса Цельсия, без
применения хладагентов, только за счёт расширения газа и его охлаждения
за счёт постоянного совершения работы.
При
правильном
расположении
узлов
и
охлаждающих
теплообменников, применение расширительных машин на транспорте
Лист
ВБР- 26.03.01-0066-2019
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
16
позволит существенно сократить процент отказа. А отход от применения
хладагента делает подобную установку экологически безопасной. Схема
устройства, работающего на этом принципе будет проиллюстрирована
ниже.
Малая
сравнению
с
производительность
газовых
парокомпрессионными
может
холодильных
быть
машин
увеличена
по
путём
применения ступенчатого расширения и применения иных инертных сред
нежели воздуха.[5]
Как видно из всего вышесказанного основными направлениями
развития инновационных технологий в сфере рефрижераторных перевозок
является снижение затрат на первоначальные и эксплуатационные затраты
при приобретении и эксплуатации рефрижераторной техники, что в свою
очередь даёт экономическую выгоду не только перевозчику, но и
грузоотправителю, так как снижается тарифная цена на перевозку.
Разработка новой техники также даёт и другие экономические
плюсы прежде всего позволяя повысить долю отечественного подвижного
транспорта на рынке рефрижераторных перевозок и перевозок грузов в
целом. Все приведённые выше методы являются фундаментальной базой
для создания технических средств, о которых будет сказано ниже.
Лист
ВБР- 26.03.01-0066-2019
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
17
Лист
ВБР- 26.03.01-0066-2019
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
18
2 Инновационные разработки в сфере режимных перевозок
2.1 Историческая справка применения холода на транспорте
История развития холодильной техники, как на транспорте, так и в
целом в своей современной форме, начинается от 1822 года, с открытия
Фарадем
сжижения
газов,
и
1834
года
с
создания
первой
парокомпрессионной холодильной установки.
Впервые на транспорте холодильное оборудование было применено
в 1876 году Шарлем Телье. Он создал первую в мире транспортную
парокомпрессионную холодильную установку парохода «Фригорифик».
Установка работала на диметиловом эфире и показала себя достаточно
надёжной. В 1877 году на судах были впервые применены воздушные и
абсорбционные холодильные установки. Именно 1877 год принято считать
началом применения холода на водном транспорте и холодильного
оборудования на транспорте в целом.
За следующие примерно 150 лет до настоящего времени, установки
протерпели множество модернизаций и усложнений, позволяющих сделать
их более производительными и надёжными. Однако сам принцип работы
холодильного оборудования на транспорте остался не изменен. На данный
момент на транспорте применяются холодильные установки, работающие
по тем же принципам, что и установки 19 века.[1]
Рефрижераторные суда.
Первое рефрижераторное судно было построено в России в 1888
году в Астраханской области. К 1911 число судов подобного устройства
уже составляло около 30 единиц.
В советском союзе были впервые созданы рефрижераторные суда,
работающие на углекислоте, не уступавшие на то время водоаммиачным
холодильным установкам на судах.
Лист
ВБР- 26.03.01-0066-2019
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
19
Интенсивное развитие реф. флота началось с 60 годов 20 века. Были
созданы реф. суда дедвейтом до 29 тысяч тонн. Совершенствовались и
судовые холодильные установки.
В
1993-1994
годах
вследствие
возрастающего
внедрения
рефрижераторных контейнерных перевозок скоропортящихся грузов на
специализированных судах-контейнеровозах – примерно в 2 раза снизилось
число новых рефрижераторных судов, ежегодно вводимых в строй. При
этом увеличилось количество судов, списываемых на слом. С 2000-2001
годов число ежегодно вводимых в строй судов сократилось еще больше – в
2-4
раза.
Сокращение
заказов
на
новые
рефрижераторные
судна
непосредственно провоцировалось несколькими факторами: падением
фрахтовых ставок на перевозки грузов и фрахтование судов, кризисными
явлениями в мировой экономике и финансах, а также неблагоприятными
климатическими явлениями в странах – экспортерах, повлекшими за собой
снижение
урожая.
При
этом
сокращение
ввода
в
строй
новых
рефрижераторов происходило с некоторым запаздыванием, поскольку еще
какое-то время выполнялись ранее заключенные контракты на их
постройку.
Средний возраст судов составляет 22 года.
Максимальное количество эксплуатируемых в настоящее время
рефрижераторов было построено с 1980 по 1999 год. При этом следует
иметь в виду, что большое количество рефрижераторов постройки до 1990го, и особенно до 1980 года, уже списано.
Доля скоропортящихся грузов, перевозимых на конвенционных
рефрижераторах,
постепенно
уменьшается,
а
в
рефрижераторных
контейнерах – увеличивается. Для сравнения: в 1995 году в мировой
морской торговле на конвенционных рефрижераторах перевозилось
примерно 65% скоропортящихся грузов, а в рефрижераторных контейнерах
– около 35%. В 2001 году эти показатели составили соответственно 55 и
45%, а в 2005-м – примерно 50 и 50%. В настоящее время на
Лист
ВБР- 26.03.01-0066-2019
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
20
рефрижераторных судах перевозится уже менее 45% грузов, а в
рефрижераторных контейнерах – более 55%. Согласно прогнозам, на 2015
год, аналогичные показатели составят соответственно порядка 30 и 70%.[3]
Авторефрижераторы.
Первую холодильную установку для 7-метровго фургона предложил
Джо Нумеро. Эта установка весили 220 фунтов (998 кг). В 1939 году эта
установка
получила
серийное
производство
от
компании
Нумера
«Ультрафон». Было продано 33 установки “Model A”. Позднее эти же
установки были переименованы в «Термокинг». Однако данная модель
была
слишком
громоздкой
из-за
бензинового
двигателя
и
его
расположения. В дальнейшем Фред Джонс предложил перенести установку
на переднюю стенку изотермического фургона, что явилось прорывом в
области транспортного холода. Подобная схема с небольшими изменениями
используется и сейчас.
История
рефрижераторов
в
СССР
началась на Одесском
автосборочном заводе в 1956–1958 гг., где был разработан полуприцепрефрижератор ОдАЗ-826, представлявший собой одноосный полуприцепфургон с несущим изотермическим кузовом, буксируемый седельными
тягачами ЗИС-120 и ЗИЛ-ММЗ-164Н. В рамках СЭВ, предприятия также
комплектовались
поступавшими
из Чехословакии рефрижераторными
автопоездами «Шкода-Алка».
На рисунке 6 изображён советский авторефрижератор 1976 года
выпуска.
Лист
ВБР- 26.03.01-0066-2019
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
21
Рис.6. Авторефрижератор ЛУМЗ-890Б
1-шасси автомобиля ЗИЛ 130; 2- холодильная установка АР-4;3- машинной отделение
кузова; 5 крюки подвески груза;6- охлаждаемый объём; 7-задние двери; 8-напольное
покрытие; 9- решётка холод. установки.
Железнодорожные рефрижераторы.
Первые разработанные вагоны охлаждались при помощи льда,
который вырезался из льда бассейнов и озер в зимний период. Первым, кто
преуспел
в
разработке
эффективной
системы
охлаждения
железнодорожных вагонов, был Густав Свифт, он работал над этим
проектом во благо бизнеса Чикаго и заводов по производству мясной
продукции. Работала система таким образом, что воздух циркулировал
через лед, а соответственно охлаждая егопо всему вагону. Данную систему
успешно использовал Складской союз, а также скотобойни Чикаго.
В СССР вагоны выпускались с 1965 года на БМЗ.
Действовавшее в СССР государственное планирование поставок
продовольственных грузов и система централизованного снабжения
крупных
городов
и
промышленных
районов
продуктами
питания
определили структуру парка изотермического подвижного состава в пользу
большегрузного ГРПС. В советское время его доля составляла 81 %, на
одиночные изотермические вагоны приходилось 19 %.[5]
1 февраля 1994 года, принадлежащий МПС парк изотермического
подвижного состава в количестве более чем 52 тысячи вагонов был поделён
между бывшими союзными республиками. После его раздела в Российской
Федерации сохранилось практически такое же соотношение групповых
Лист
ВБР- 26.03.01-0066-2019
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
22
составов и одиночных вагонов, а именно 83 % и 17 %. Бывшим союзным
республикам было передано более 23 тысяч изотермических вагонов, из
которых 96 % рефрижераторных, включая 18 % АРВ и 4 % вагоновтермосов. Российским железным дорогам досталось 28 073 изотермических
вагона, включая 4633 служебных и 23 340 грузовых вагонов, из которых 17
960 вагонов были в составе 5-вагонных рефрижераторных секций, 4574
автономных рефрижераторных вагонов и вагонов-термосов. В 2007 году
парк вагонов общества составлял более 6,6 тысяч вагонов.
На рисунке 7 изображён вагон рефрижераторной секции БМЗ
Рис 7. Вагон секции БМЗ
Рефрижераторные перевозки на воздушном транспорте.
Чаще
всего,
для
перевозки
на
авиатранспорте
используют
специальные термоконтейнеры.
На рисунке 8 изображён контейнер для авиаперевозок.
Лист
ВБР- 26.03.01-0066-2019
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
23
Рис. 8.Термоконтейнер стандартного исполнения
Рефрижераторный контейнер.
Реф. контейнеры появились чуть больше 20 лет назад. Реф.
контейнер самый сложный вид контейнера для перевозки, и несмотря на
это, перевозка грузов в «контейнерах с регулируемым температурным
режимом»
(таково
официальное
название)
получила
всеобщее
распространение. Сегодня в мире эксплуатируется около 400 000
реф.контейнеров.
Первые
в
России
перевозки
рефрижераторных
контейнеров
железнодорожным транспортом на регулярной основе были осуществлены
в
1997
году
совместно
с
транспортно-экспедиторской
железнодорожным
терминальным
оператором
группой
оператором
фирмой
«Транс-Бизнес»,
компаний
«Экспресс-Дельта».
ТСЭС
и
Перевозки
осуществлялись на специально подготовленных неделимых группах
вагонов — сцепах, состоящих из 10 - фитинговых платформ и вагона-
Лист
ВБР- 26.03.01-0066-2019
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
24
генератора от стандартнойрефрижераторной секции, по маршруту морской
порт Санкт-Петербург — железнодорожная станция Москва-2-Митьково.
2.2 Новые устройства и разработки
2.2.1 Авторефрижератор
Как уже говорилось ранее, для увеличения эффективности перевозок
рефрижераторным
транспортом
требуется
существенное
обновления
транспортных схем и пересмотр принципов работы как самого подвижного
состава и так устройств в них использующихся.
Для снижения стоимости перевозок, т.е. уменьшения тарифов на
перевозку грузов авторефрижераторами существует несколько способов:
1. Снижение расходов на топливо.
2. Снижение расхода топлива на самом ТС.
3.Ускорение оборачиваемости ТС.
4.Снижение капитальных вложений при перевозке (снижение
стоимости ТС).
5.Унификация процессов и подвижного состава.
Перечисленные пути являются наиболее эффективными способами
снизить стоимость рефрижераторных перевозок.[8]
Первым названным способом является снижение расходов на
топливо. Явным путём подобного снижения является либо переход на более
дешёвые виды топлива, либо пересмотр цен на топливо в глобальном
масштабе,
что
является
не
корректным
с
точки
зрения
рынка
энергоресурсов.
Сравнивая же виды топлива между собой,наиболее приемлемым по
цене можно назвать природный газ метан.
До 2015 года действовало Постановление Правительства Российской
Федерации от 15 января 1993 г. № 31 "О неотложных мерах по расширению
замещения моторных топлив природным газом", устанавливающее цену на
метан не выше 50 % от цены бензина А74.
Лист
ВБР- 26.03.01-0066-2019
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
25
Однако в 2015 году Постановлением Правительства от 10 апреля
2015 года N 338 установлено:
Признать
утратившим
силу постановление
Правительства
Российской Федерации от 15 января 1993 года N 31 "О неотложных мерах
по расширению замещения моторных топлив природным газом" (Собрание
актов Президента и Правительства Российской Федерации, 1993, N 3,
ст.180).
А именно цена на метан образуется по рыночным правилам.
Но несмотря на подъём цены в среднем на 12-20 %, цена за литр
метана составляет 17,5 руб. для Астраханской области (данные взяты на 21
января 2018 года). Сравнивая с дизельным топливом средней ценой 46.90
руб. на первое полугодие 2018 года, можно сделать вывод об
экономической выгодности метана.
Вторым важным фактором является снижение расхода топлива на
работу двигателя и холодильной установки самого ТС. Снижение расхода
можно достичь несколькими путями. Первым из них является увеличение
КПД двигателя и холодильной установки за счёт изменения их
конструктивных
особенностей
и
усовершенствований, что
является
сложной и энергозатратной задачей, требующей полный пересмотр ДВС с
учётом новых принципов конструирования. Второй путь является более
простым и заключается в использовании одного рабочего тела для
нескольких функций.
Например:
«Газ может одновременно играть роль как топлива в камерах
сгорания двигателя, так и роль хладагента в системах охлаждения.
Простейший углеводород метан - CH4 (лабораторный) имеет
удельную теплоту сгорания 50,1 МДж/кг, при 42-44 МДж/кг у бензина, и
42,7 МДж/кг у ДТ. В то же время метан известен как хладагент.»[12]
Пример конструктивного применения этого способа будет описан
ниже.
Лист
ВБР- 26.03.01-0066-2019
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
26
Третий путь - это увеличения оборачиваемости ТС.
Этот путь подразумевает построение новых путей движения
транспорта и заключается в наиболее эффективном использовании
подвижного состава с минимальным простоем. Для проверки работы схем
были построены модели в программной среде AnyLogic 7.3
Предложены, прежде всего, две схемы:
1.
Прямой
срочной
доставке.
В
данном
виде
доставка
осуществляется в урезанные сроки под температурами близкими к
криогенным
(например,
срочная
доставка
лекарств,
препаратов,
биологических грузов).
2. Доставка в обычном режиме без существенной нагрузки на
холодильные элементы системы.
Данные схемы подразумевают использование на одном предприятии
с одинаковым оборудованием, но с различными режимами нагрузки на
него.
Для увеличения эффективности работы предприятии приняты обе
схемы одновременно и синхронизированы следующим образом:
1. Часть подвижного состава работает на срочной доставке грузов в
кратчайшие сроки в заказанную точку.
2. Остальная часть подвижного состава движется с меньшей
скоростью и имеет в своём объёме разделённые секции с раздельной
циркуляцией воздуха либо совместимый для транспортировки груз в
условии низких температур.
Для выполнения второго условия необходимо прибегнуть к
нескольким способам совмещения режимного груза в объёме одного
транспортного средства.
Прежде всего это раздельное циркулирование воздуха и сепарация
капитальной стенкой груза друг от друга, что позволяет перевозить по
маршруту груз нескольких грузовладельцев в одном рефрижераторе.
Второй способ достижение заданных целей - это получение одной общей
Лист
ВБР- 26.03.01-0066-2019
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
27
среды безопасной для всех видов грузов и позволяющий обойтись
минимальной сепарацией груза. На эту тему можно привести следующую
выдержку из статьи:[9]
«Помимо
низких
температур,фактором
повышающим
продолжительность хранения может явиться хранение товаров и продуктов
в среде (атмосфере) газа не взаимодействующего с товаром, либо
тормозящим реакции окисления и прочие реакции приводящие к порче
товара или груза. Из наиболее подходящих на эту роль газов следует
отметить инертные газы. Самым лёгким из инертных газов является гелий
(He2). Так же гелий обладает самой низкой температурой кипения
(Tкип =4,215 K) наименьшей среди всех веществ, что исключает его
конденсацию при циклическом охлаждение. Гелий, как и все инертные
газы, отличается химической неактивностью, поэтому не несёт опасности,
как для груза (товара), так и для людей. Так же возможно использование и
других инертных газов, но оно является дорогостоящим и невыгодным.
Стоимость оптовой закупки неона составляет примерно 70-90 $ (для сайта
алибаба) и 50-60 $ за килограмм для покупки у компаний (вроде
БалтПромКомплект), что является не конкурентным при цене гелия 2,5- 3 $
за кубический метр, для частных компаний на 2009 год.»
Исходя из всего вышеперечисленного, наиболее подходящей
является одновременное использование двух схем транспортировки,
основанных
на
переоборудованных
выполнить
транспортных
средствах,
специальными
транспортировку
оборудованных
устройствами,
режимных
грузов
или
позволяющими
от
нескольких
грузоотправителей в объёме одного рефрижератора, снижая негативные
факторы и исключая порчу груза.
Последним
стоимости
предложенным
грузоперевозок
направлением
режимных
грузов
для
является
уменьшения
снижения
капиталовложений в первоначальные фонды, а именно снижения стоимости
самих
авторефрижераторов.
На
данный
момент
цены
на
новый
Лист
ВБР- 26.03.01-0066-2019
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
28
авторефрижератор колеблются от 2 до 10 миллионов рублей в зависимости
от грузоподъёмности и марки, цена на реф. машин для полуприцепов также
остаётся довольно высокой в районе 1 млн. рублей. (информации взята с
сайта https://autoline24.ru и рассматривает в первую очередь новые
полуприцепы и полуприцепы б/у с небольшим пробегом).
Исходя из всех требований можно сделать вывод, что для
уменьшения стоимости рефрижераторных перевозок требуется новый
подвижный состав-авторефрижератор, обладающий высоким диапазоном
температур, простой и дешёвый в эксплуатация и имеющий низкую
стоимость покупки и ремонта.
Ниже приведёна одна из возможных конструкций подобного
устройства.
2.2.1.1 Предлагаемое устройство авторефрижератора инновационной
конструкции
Устройство, отвечающее всем требованиям и запросам, должно
иметь существенно новую конструкцию и отличаться оригинальностью
исполнения.
Одним из таких устройств явился авторефрижератор способный
использовать метан многоступенчато. Под этим предполагается, что метан,
проходя различные механизмы устройства, выполняет разные функции.
Например:
В примере ниже метан кипит как хладагент в испарителе затем
проходя через ряд механизмов сгорает в двигателе как топливо. Подобная
многофункциональность позволяет существенно сократить затраты энергии
на работу холодильной машины, т.к. энергия на охлаждение получаетсяв
результате фазового перехода самого метана.
На рисунке 9 изображена схема компоновки устройств и механизмов
внутри авторефрижератора, на рисунке 10 изображена схема соединения
всех элементов конструкции между собой.
Лист
ВБР- 26.03.01-0066-2019
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
29
Рис.9. Схема компоновки элементов
Рис.10. Схема соединения элементов авторефрижератора
Устройство содержит кузов 1, источник жидкого хладагента,
выполненный в виде криогенного баллона 2, заполненного метаном,
перекрывной клапан 3, соединяющий баллон 2 с магистралью 4 для подачи
метана, испаритель 5 и дополнительный испаритель 6, соединённые с
баллоном 2 через магистраль 4, турбодетандер 7, установленный в линии
отработанного метана 8, за испарителями
5 и 6, вентилятор 9,
установленный в кузове 1 и соединённый с валом турбодетандера 7,
компрессор 10, расположенный отдельно от кузова 1 в отдельном
Лист
ВБР- 26.03.01-0066-2019
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
30
теплоизолированном кожухе 11, снабжённым фильтром 12, в кабине 13
рядом с двигателем 14 установлен теплообменник 15 с вентилятором
16,перекрывной клапан 17, установленный в обводной магистрали 18,
соединённой с магистралью 4, перекрывной клапан 19, установленный в
обводной магистрали 20, соединённой с линией отработанного метана 8 и
датчик температуры 21, установленный внутри кузова 1 и выполненный в
виде термопары.
Устройство работает следующим образом:
Из криогенного баллона 2 метан в виде парожидкостной смеси по
магистрали 4 (при открытом клапане 3), при температуре порядка -150°C
поступает в испарители 5 и 6, расположенные внутри кузова 1, температура
метана регулируется с помощью перекрывного клапана 17 в обводной
магистрали 18, далее газ проходит через турбодетандер 7, установленный в
линии отработанного метана 8, и попадает в кабину 13, где нагревается до
необходимой температуры в теплообменнике 15 с вентилятором 16,
температуру на турбодетандере 7 можно регулировать с помощью
перекрывного клапана 19, установленного в обводной магистрали 20, далее
метан с температурой порядка 30°C попадает в двигатель 14 в качестве
топлива. Внутри кузова 1 установлен датчик температуры 21, и вентилятор
9 для циркуляции воздуха внутри кузова 1, установленный и соединенный с
валом турбодетандера 7, очистка воздуха от возможных паров токсичных
веществ производится с помощью компрессора 10 и фильтра 12
установленных внутри теплоизолированного кожуха 11. [10]
Представленный
авторефрижератор
является
запатентованным
устройством, номер патента 183377, на рисунки 11 приведено изображение
лицевой стороны охранного документа.
Лист
ВБР- 26.03.01-0066-2019
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
31
Рис.11. Патент на устройство
2.2.1.2 Технико-экономическое обоснование
Технические требования к устройству и риски были представлены
выше, а также и приведены примеры их решения, ниже представлена
финансово-экономическая часть разработки.
По экономической части следует выделить следующие моменты.
Для примера возьмем рефрижератор грузоподъемностью до 1,5 тонн
и предприятие, использующее подобную технику, и рассчитаем средний
порок, при котором данное предприятие может существовать, используя
предложенную технику.
1. Стоимость первоначального шасси и оборудования составляет:
1 164 000 рублей, ГАЗ-3302 "ГАЗель Бизнес" изотермический
фургон, на рисунке 12 изображены габаритные размеры.
Лист
ВБР- 26.03.01-0066-2019
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
32
Рис.12. Шасси
Оборудования для холодильной установки включает в себя
испаритель, детандер, изолированные трубопроводы, и запорные вентили
общей стоимость в 650 тыс. рублей. а также дополнительные расходы на
переоборудования охлаждения двигателя (пример показан на патенте) для
увеличения КПД и снижения затрат топлива. Суммарная стоимость одного
подобного авторефрижератора составит 1.8 млн. рублей.
2. Стоимость эксплуатации.
Принимая средний расход 13 кубометров метана на 100 км., мы
получаем среднюю затратность227 рублей на 100 км при цене в 17,5 рублей
как максимальной на февраль 2019 года. Итого стоимость топлива на
перевозку груза, например, Москва-Астрахань составляет 2,6 тыс. рублей.
Т.к. метан одновременно является и хладагентом, затраты на прочие
хладагенты отсутствуют.
3.Доход при схеме загрузки предприятия из 7 машин на 65 %.
Т.к.
данная
предложенная
конструкция
обладает
большим
холодильным коэффициентом, и т.к. метан совершает фазовый переход в
испарителях без траты механической работы двигателя или компрессора, то
данный авторефрижератор имеет преимущества перед изотермическим
фургоном той же ценовой категории в том, что способен охлаждать грузы в
собственном объёме на пути следования, а значит, грузы перед погрузкой
не должны быть предварительно охлаждены, что делает перевозки более
мобильными.
Лист
ВБР- 26.03.01-0066-2019
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
33
Рассмотрим
предприятие
с
7
рефрижераторами
подобной
конструкции. Округлим цены первоначальной покупки до 14 млн. рублей.
Пока что исключим стоимость аренды помещений и других затрат
предприятия, рассматривая только расходы на транспортировку.
Принимаем, по выше упомянутой схеме, что 2 машины работают по
срочной доставки и 3 (65 %) по общей доставки постоянно находятся в
пути.
Тогда принимая уменьшенную ставку за 20 тыс. руб. (24 тыс.с
учётом НДС) при обычной доставке и 80 тыс. руб.(96 тыс. с учётом НДС)
на срочную доставку, получаем, что при 5 обычных и 2 срочных заказах в
месяц, за год чистой доход получается в районе 6 миллионов, вычитая
общие расходы на технику и топливо, получаем в среднем 2-4 млн.
рублей.А,
следовательно,
предприятие
даже
имея
минимальную
интенсивность заказов и неполное использование техники, способно
поддерживать своё существования. Это возможно за счёт снижения
расходов на содержание техники и топливо.
4.Издержки и расходы на модернизацию
Как уже указывалось ранее, стоимость модернизации рефрижератора
в соответствии с проектом стоит 600 тыс. руб. Эта сумма складывается из
следующих соображений:
1) Метановые баллоны (криостанция) –баллоны высокой прочности
способные выдержать давления в заправленном состоянии и достаточно
температуросопротивляемы при дросселировании метана в испаритель.
Стоимость этого узла оценивается из суммы 2 баллонов + стоимость
защитного механизма. Предусматривается 2 баллона стоимостью по 10 тыс.
руб + предохранительный клапан 30 тысруб и система подачи метана к
двигателю и испарителю 90 тыс. руб. Общая стоимость метанового пакета
оценивается в 140 тыс. руб.
2)
Испаритель
и
детандер
с
полной
запорной
арматурой,
предварительная стоимость детандера малого исполнения является сложной
Лист
ВБР- 26.03.01-0066-2019
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
34
задачей и цена на подобное устройство колеблется в районе 150-200
тыс.рублей, стоимость испарителя в районе 50 тыс. рублей. суммируя эти
цифры с учётом применения электроники получаем цифру в 300-330 тыс.
рублей.
3) оборудование двигателя и изоляции.
Переоборудование
системы
охлаждения
двигателя
является
необязательной, но полезной процедурой повышающей КПД двигателя и
снижающей потребления топлива. По оценки двигателей, применяющихся
для «Газелей», подобная модернизации оценивается в среднем в 50-70 тыс.
рублей. Покрытие изоляцией корпуса в 100 тыс. рублей при использовании
частично полиуретана с вакуумными секциями.
Общая
сумма,
требуемая
для
модернизации
существующей
конструкции без создания устройства с нуля, оценивается в 650 тыс. рублей
на одну единицу подвижной техники.
5. Риски в связи с новой технологией.
Данная технология является новой, а, следовательно, остаётся
потенциально опасной в плане первого выхода технологии на рынок.
Прежде всего риски внедрения связанны с отсутствием опыта по ремонту и
эксплуатации нового устройства, что в первое время может повлечь резкое
снижение эффективности. Второй возможной проблемой могут являться
ошибки конструкции, не выявленные при проектировании и испытаниях,
что влечёт за собой дополнительные расходы на доводку конструкции.
Третьей и самой главной проблемой являются так называемые «детские
проблемы», а именно проблемы, проявляющиеся в ходе эксплуатации
нового устройства на перовых этапах его ввода в промышленность.
6. Доходность за год при эксплуатации нового оборудования и
сниженной тарифной ставки
Главной особенностью предложенных схем и устройств является
снижение стоимости перевозки за счёт сокращения расходов на топливо и
увеличение оборачиваемости подвижного состава.
Лист
ВБР- 26.03.01-0066-2019
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
35
При доставке 1 тонны груза по маршруту Астрахань- Москва в
среднем расходуется метана на 2,9 тыс. рублей при учёте потребления
метана 13 м3 на 100 км и стоимость 17.5 руб за 1м3 метана. При
существующих тарифах, а именно в среднем 36 тыс. рублей на доставку 1,5
тоны из Москвы в Астрахань, стоимость топлива составит 8 % от расходов
на доставку.
При снижении тарифной ставки до 29 тыс. руб.эта цифра составит
10%. Учитывая увеличенный КПД установки можно предположить эту
цифру на том же уровне, что и у типового изотермического фургона на
метане, т.е. около 8 %. При использовании рефрижераторов подобной
конструкции, но грузоподъёмностью 20 тонн, эта цифра уменьшается до
5%.
Доходность при использовании новой конструкции увеличивается за
счёт уменьшения расхода метана и исключения траты топлива на работу
холодильной установки.
Основываясь на примере предприятия указанного выше, принимаем
траты на персонал равными 500 тыс. рублей в месяц, и использование
рефрижераторов по 1,5 тоны и стоимостью 25 тыс. рублей на перевозку, мы
получаем что для выхода на безубыточную работу необходимо сделать 20
перевозок в месяц, т.е по 3-5 перевозки на один авторефрижератор.
7. Предполагаемые инвестиции
Для
внедрения
предполагаемой
технологии
предполагается
использовать гранты и стартапы для поддержки прикладной науки и
промышленности. А также частные инвестиции. Одним из выходов
предполагается привлечения инвестиций от мясной отрасли за счёт
создания мясовозов на базе указанной конструкции.
Также предполагается привлечение средств от предприятий по
перевозки медицинских материалов и лекарств. Данный авторефрижератор
позволяет получать температуры до – 155°С и безопасно для людей и груза
Лист
ВБР- 26.03.01-0066-2019
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
36
перевозить
любые
вещества,
требующие
криогенной
заморозки
и
поддержания температур глубокого холода.
По данным рынка криогенной техники, увеличилось количество
заказов на создания криогенных холодильных камер в среднем на 3-4 % в
год, что может говорить о необходимой потребности в крио.транспорте в
будущем для транспортировки специальных и медицинских грузов.
Предполагаемы объёмы инвестиций для создания устройства – 2-3
млн. рублей.
2.2.3 Холодильная установка
Для уменьшения затрат на эксплуатацию холодильных систем на ж/д
транспорте также имеется ряд разработок. Одним из перспективных
направлений является внедрение воздушных и газовых холодильных
установок, с целью сокращения расходов на эксплуатацию.
Газовые холодильные установки имеют малую производительность
по диапазону умеренного холода. С целью увеличения их холодильного
коэффициента и упрощения системы, предложена схема модернизации
секционных рефрижераторных вагонов.
Отличием предложенной технологии является доставка холода к
вагонам секциям промежуточным теплоносителем, в то время, когда
холодильная машина работает в диапазоне низких температур с заданной
производительностью.
Помимо технической установка несёт и технологические плюсы,
простота загрузки вагонов без выключения установки, скорость её ремонта
и обслуживания. Помимо этого, установка предполагает увеличение
эффективности перевозок за счёт сборной партии груза и размещения в
секциях с разными температурами.
Также на базе данного устройства предложено несколько схем
организации транспортировки и совмещения партий грузов при ж/д
перевозкереф. транспортом.
Лист
ВБР- 26.03.01-0066-2019
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
37
2.2.3.1 Техническое устройство
Для уменьшения расходов и увеличения эффективности охлаждения
при
транспортировке,
а
также
снижения
расходов
предложенна
холодильная установка газово-воздушного исполнения. На рисунках 13 и 14
изображены схемы компоновки и соединения элементов предложенной
холодильной установки.
Рис 13. Схема соединения элементов ВХУ
Рис 14. Схема компоновки ВХУ
Лист
ВБР- 26.03.01-0066-2019
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
38
Холодильная установка содержит корпус 1 с теплоизоляционной
перегородкой 2, отделяющей
холодильную камеру 3, компрессор 4,
турбодетандер 5, соединённый с компрессором 4 через первую полость
теплообменника 6, дополнительный турбодетандер 7, соединённый с
турбодетандером
5
черезвторую
полость
теплообменника
6,
два
трубопровода 9-10 для движения хладагента, со стороны низкого и
высокого давления соответственно, соединяющие холодильную камеру 3 с
дополнительным турбодетандером 7 и компрессором 4, трубопровод 9
снабжённый заборником 10, трубопровод 11 с выпускным устройством 12.
Установка снабжена ресивером 13, соединённым с компрессором 4
электроприводным
регулирующим
клапаном
14,
установленным
за
ресивером 13 перед компрессором 4 и связанным с ними электроприводным
клапаном 15, установленным за компрессором 4 перед теплообменником 6
и турбодетандером 5, электроприводным клапаном 16, установленным за
компрессором 4 в линии трубопровода 17, соединяющего компрессор 4 с
резервуаром хранения отработанной газовой смеси 18. Ресивер 13 оснащён
штуцером заправки 19, электроприводные регулирующие клапаны 14,15 и
16 управляются электронным реле 20, имеется датчик температуры 21,
установленный за дополнительным турбодетандером 7 и датчик расхода
газовой смеси 22, установленный перед компрессором 4. Резервуар приёма
отработанной газовой смеси 18, соединён с холодильной камерой 3 через
компрессор 4 и клапан 16, внутри резервуара 18 имеется штуцер забора
смеси 23.
Устройство работает следующим образом.
Газовая смесь, внутри холодильной камеры 3 через трубопровод 9 со
стороны низкого давления хладагента поступает в компрессор 4, где
происходит её сжатие, далее газовая смесь поступает в последовательно
соединённые турбодетандеры 5 и 7. В турбодетандере 5, газовая смесь
охлаждается, затем, проходя через теплообменник 6, поступает в
турбодетандер 7, где охлаждается до необходимого значения температуры
Лист
ВБР- 26.03.01-0066-2019
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
39
цикла, и подаётся в холодильную камеру 3, через трубопровод стороны 10
высокого давления. Система приходит в эксплуатационный режим. Далее
температура
поддерживается
за
счёт
постоянного
цикла:
камера-
компрессор- турбодетандеры. КПД турбодетандера 7 повышается за счёт
совместной
работы
теплообменника
6
и
турбодетандера
5.
Для
поддержания необходимого объёма газовой смеси в системе расположен
ресивер 13 с инертным газом и штуцером заправки 19. Температура газовой
смеси поддерживается компрессором 4 и создаваемым им давлением,
регулируемым в процессе эксплуатации. В установке предусмотрен
резервуар приёма отработанной газовой смеси 18, он предназначен для
отбора газовой смеси и входящего воздуха при открытии холодильной
камеры 3. В момент открытия холодильной камеры 3, через реле 20,
электроприводной регулирующий клапан 14 перекрывает движение
инертного газа от ресивера 13 к компрессору 4, электроприводной
регулирующий клапан 15 перекрывает движение газовой смеси от
компрессора 4 к турбодетандерам 5 и 7, а электроприводной клапан 16
пропускает газовую смесь, обогащённую воздухом, через трубопровод 17 к
резервуару приёма отработанной газовой смеси 18. В это время клапаны 1415 закрыты. Резервуар содержит штуцер отбора смеси 23. Цикл длится 3040 секунд. После чего установка снова готова к работе.[11]
Указанная выше установка является запатентованным устройством.
Патент №183336, на рисунке 15 изображена охранная грамота
данного устройства.
Лист
ВБР- 26.03.01-0066-2019
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
40
Рис. 15. Патент «Холодильная установка»
2.2.3.2 Пути транспортировки и схемы использования реф. вагонов.
Использование газовых холодильных машин при транспортировке
режимных грузов на ж/д транспорте несёт в себе ряд преимуществ, среди
которых: надёжность, отсутствие дорогих хладагентов и возможность
охлаждения секций из нескольких вагонов с различными тепловыми
характеристиками.
Для примера рассмотрим транспортировку секции реф.вагонов по
маршруту Астрахань-Москва – Архангельск.
Принимаем в средне грузоподъёмность автономного вагона и его
секций за 40 тонн. Из этого получаем что полная загрузка реф. секции
составит 200 тонн, при условии 5 вагонов, включая автономный реф. вагон.
За типовой примем секции вагона ZB -5 (рисунок 16)
Лист
ВБР- 26.03.01-0066-2019
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
41
Рис. 16. - Рефрижераторная секция ZB-5
а - дизельный вагон; б - грузовой вагон; 1 - вентилятор; 2 - бак для воды; 3 - бак для
питьевой воды; 4 - главный электрораспределительный щит; 5 - бак для дизельного
топлива; б - станция перекачки дизельного топлива; 7 - охладитель воды дизеля; 8 воздушный компрессор; 9 - пусковые баллоны; 10 - главный и вспомогательный дизельгенераторы; 11 - электрораспределительный щит; 12 - холодильно-нагревательный
агрегат; 13 - стенка воздушной шахты; 14 - напольные решетки; 15 - промежуточный
потолок; 16 - дверь грузового помещения; 17 - розетки для междувагонных соединений;
Изменение в новой конструкции заключаются в создании единого
детандерногоагрегата в автономной секции и перекачивающих насосов в
грузовых
вагонах.
Охлаждение
производится
за
счёт
циркуляции
хладоносителя через секции.
Главным преимуществом при транспортировке груза в подобной
секции является высокая ремонтопригодность, даже в случае поломки
главного вагона секции, хладоноситель в системе грузовых вагонов
способен поддерживать низкую температуру на протяжении нескольких
часов.
При транспортировке Астрахань – Архангельск (рис. 17) маршрут
проложен в меридиональном направлении, согласно Росгидромет, средняя
температура воздуха изменяется от +15 °С до 5°С, что позволяет говорить
об увеличении КПД холодильной машины на пути следования и
Лист
ВБР- 26.03.01-0066-2019
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
42
уменьшение
эксплуатационных
расходов,
связанных
с
износом
оборудования.
Рис. 17. Маршрут Астрахань -Архангельск на общей карте ж/д дорог
Использование реф. секций с упрощённой конструкцией позволяет
перевозить больше груза на большие расстояния при температуре до – 20 23)
°С,
предел
температуры
связан
с
температурой
замерзания
хладоносителя в системе.
Наиболее выгодные пути доставки - это доставка в меридиональном
направлении, причём с юга на север, это обусловлено повышением КПД во
время пути следования.
2.2.3.3Технико-экономическое обоснование
Главным экономическим преимуществом является уменьшение
стоимости эксплуатации реф. секции, что даже несмотря на большую
начальную стоимость установки даёт существенный выигрыш на поздних
этапах эксплуатации.
Прежде
всего
это
связанно
с
отсутствием
дорогостоящего
хладагента, и тем самым отсутствие его потерь при халатности или
неисправности системы.
Лист
ВБР- 26.03.01-0066-2019
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
43
Из расходов на эксплуатацию также можно исключить компрессоры,
которые имеются в типовой секции, но не нужны в новой конструкции,
вместо этого имеются расходы на насосы, мощность потребляемая насосом
составляет примерно 10-15% от мощности компрессора. [6]
Расходы на данную установку складываются из капитальных затрат,
затрат на эксплуатацию и амортизацию.
P= K+A+W,
К – капитальные затраты;
Капитальные затраты у новой конструкции выше чем у типовой, т.к.
стоимость детандера выше стоимости дизель-генератора и дополнительных
компрессоров.
W – затраты на эксплуатацию;
Затраты на эксплуатацию у новой конструкции существенно ниже,
как уже говорилось ранее исключены расходы на заправку хладагентов
каждой секции, и затраты на тех. обслуживание каждой холодильной
машины грузового вагона.
А –затраты на амортизацию;
В связи с высокой первоначальной стоимостью ежемесячные
отчисления на амортизацию выше чем у типовой конструкции в среднем на
3-5 %.
Амортизация затрат на оборудование приведена на рисунке 18
Рис. 18. Амортизация оборудования реф. секции за период эксплуатации
в 20 лет
Лист
ВБР- 26.03.01-0066-2019
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
44
Однако, общие расходы в среднем ниже на 10 %, что связано с
уменьшением затрат на техническое обслуживание и капитальный ремонт.
В плане транспортировки уменьшение расходов на эксплуатацию
имеет
положительную
корреляцию
с
увеличением
числа
единиц
подвижного состава, что в свою очередь даёт возможность верифицировать
рефрижераторные перевозки, что в долгосрочной перспективе говорит о
снижение тарифных ставок на транспортировку специальных грузов
требующих низких температур.
2.2.4 Рефрижераторный контейнер
В
основу
усовершенствования
конструкции
его
реф.
холодильной
контейнера
машины
легла
с целью
идея
снижения
энергозатрат на работу, тем самым увеличивая число реф. контейнеров
которые могут быть приняты на борт корабля.Данная цель достигается за
счёт использования внешнего холода для уменьшения энергозатрат. Данная
технология рассчитана на использование в Северных широтах, прежде
всего на северном морском пути.
На рисунке 19 приведена схема холодильной установки такого
контейнера.
Рис. 19. Холодильная установка рефрижераторного контейнера
Лист
ВБР- 26.03.01-0066-2019
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
45
Устройство
содержит
компрессор
1,
соединённый
линией
нагнетания хладагента с конденсатором 2, ресивер 3 установленный за
конденсатором
и
соединённый
жидкостной
линией
с
терморасширительным вентилем 4, фильтр осушитель 5, установленный
после ресивера 3, соединённым с испарителем 6, вентилем 7 и индикатором
влагосодержания 8, установленным в жидкостном трубопроводе за
ресивером 3, ресивер 3 имеет предохранительной клапан 9, регенеративный
теплообменник 10 установленный перед испарителем 6, теплообменник
второго контура 11 соединённый электромагнитными вентилями 12 с
радиатором 13, установленным снаружи на корпусе и имеющем сильфон 14,
для компенсации расширения хладоносителя, жидкостный насос 15,
установленный за радиатором 13 и соединённый с теплообменником 11 с
помощью электромагнитных вентилей 12, расходомер 16, установленный за
жидкостным насосом 15, соединённый с трубопроводом второго контура
(на чертеже не показан), вентилятор 17, установленный внутри корпуса,
датчик температуры 18, соединенный с вентилятором 17,соленоидный
вентиль 19, установленный за испарителем 6 в линии всасывания, реле
температуры 20, жёстко фиксированное на компрессоре 1 и соединённое с
блоком управления (на чертеже не показан), датчик температуры 21,
связанный с испарителем 6, дополнительный датчик температуры 22,
соединённый с теплообменником 11.
Устройство работает следующим образом.
В теплое время года.
В это время основное производство холода выполняет первый
контур. Хладагент из компрессора 1 попадает в конденсатор 2, и затем в
ресивер 3. При открытом вентиле 7 хладагент по жидкостному
трубопроводу проходит через теплообменник 10, расширительный вентиль
4 и попадает в испаритель 6, где кипит, забирая тепло от полезного объёма.
Из испарителя 6 насыщенные пары хладагента повторно проходят через
теплообменник 10, и охлаждают жидкий хладагент в жидкостном
Лист
ВБР- 26.03.01-0066-2019
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
46
трубопроводе, перегреваясь на 5-7 градусов, и через соленоидный вентиль
19 на линии всасывания попадает в компрессор 1, где сжимается и подается
в линию нагнетания к конденсатору 2. Одновременно с этим ,во втором
контуре хладоноситель от радиатора 13 с сильфоном 14 перекачивается
жидкостным
насосом
15
через
конденсатор
2,
что
увеличивает
интенсивность конденсации и производительность первого контура
холодильной установки, теплообмен с окружающей средой осуществляется
в радиаторе 13. Постоянная температура внутри рефрижераторного
контейнера поддерживается также за счёт движения воздуха и работы
вентилятора 17. Тёплый воздух из контейнера через датчик температуры 18
проходит через вентилятор 17 и направляется к испарителю 6, где
охлаждается и возвращается обратно в полезный объём контейнера. Часть
воздуха выбрасывается в атмосферу для регулировки интенсивности обдува
и компенсируется таким же объёмом воздуха, поступающим из атмосферы.
Работа первого контура холодильной установки регулируется
блоком управления, который изменяет производительность компрессора 1,
в зависимости от показаний датчика температуры 18 и датчика температуры
21, расположенного у испарителя 6.
В зимнее время года.
При падении температуры окружающего воздуха до -10 (-15)°С
срабатывает
температурное
реле
20,
блок
управления
отключает
компрессор 1 и открывает электромагнитные вентили 12.
Хладоноситель, охлаждаясь в радиаторе 13 до температуры внешней
среды, прокачивается жидкостным насосом 15 через электромагнитный
вентиль 12 в теплообменник 11, где, забирая тепло из полезного объёма,
нагревается и через терморегулирующие вентили 12 через линию
всасывания
хладоносителя
снова
попадает
в
радиатор
13.
Производительность системы регулируется интенсивностью движения
хладоносителя, что обеспечивается производительностью жидкостного
насоса 15, интенсивность работы насоса регулируется блоком управления
Лист
ВБР- 26.03.01-0066-2019
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
47
на основе показаний расходомера 16 и датчика температуры 22,
установленного у теплообменника 11.
В режиме работы в зимнее время движение воздуха происходит по
той же схеме. Это обеспечивается расположением теплообменника 11
вблизи испарителя 6. В летнее время данный теплообменник не даёт
дополнительной нагрузки на систему из-за закрытых вентилей 12.
2.2.4.1 Использование данной конструкции на Северном Морском
пути и технико-экономическое обоснование
Согласно расчётам реф. контейнер данной конструкции потребляет
меньше энергии при работе при низких внешних температурах, что
составляет 15 % от работы в нормальных условиях. Схема использования
данного контейнера заключается в следующем.
Судно, идущие из Сингапура в Амстердам, принимает на борт
определённое число реф. контейнеров, число зависит от мощности
электрической системы судна. При проходе через северный морской путь
при условии низких температур по пути следования, контейнеры переходя
на режим использования внешнего холода что существенно снижает
нагрузку
на
сети
судна,
что
способствует
принятию
на
борт
дополнительной партии реф. контейнеров реф. контейнеров, например, во
Владивостоке, и далее следует с увеличенным числом без существенной
перегрузки электросетей. Данная схема позволяет увеличить число
принимаемых реф. контейнеров в промежуточных портах при условии
низких температур окружающего воздуха, что является положительным
фактором при движении Северным морским путём.
Возникает опасность климатической нестабильности, а именно
повышения температуры на маршруте следования. На случай подобной
ситуации
требуется
задействование
промежуточных
секций
дизель
генераторов, для запиткиреф. контейнеров в нормальном режиме в случае
резкого повышения температуры окружающего воздуха.
Лист
ВБР- 26.03.01-0066-2019
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
48
Технико-экономическое обоснование.
Для примера возьмём перевозку из Японии в Европу по Северному
Морскому пути.
Возьмём что судно принимает на борт 10 рефрижераторный
контейнеров ST-45ft/9'2' со средней потребляемой мощность 6 кВт и
сравним их с реф. контейнером новой конструкции. [15]
За счёт усовершенствования конструкции новый контейнер способен
уменьшит потребляемую мощность в летнее время за счёт интерфиксации
теплообмена в конденсаторе, тем самым имеет более экономичную
холодильную машину, что даёт возможность изначально взять большее
число контейнеров.
Однако
главной
особенностью
нового
контейнера
является
возможность использовать внешний холод при низкой температуре
окружающего воздуха через теплообменник и хладоноситель.
По условию судно принимает на борт 10 реф. контейнеров в Японии
в среднем по 5кВт потребляемой мощности. Суммарная мощность составит
в среднем 50 кВт.
При переходе Северным Морским путём энергозатраты на работу
контейнеров сокращаются, за счёт использования внешнего холода, и при
достижении температуры окружающей среды ниже – 15 °С затраты на
работу каждого контейнера составляют 25 % от работы в зимнее время.
Что позволяет взять в промежуточном порту дополнительное число
реф. контейнеров без нагрузки на сеть судна. Так при температуре
окружающего воздуха - 20 °С, при энергозатратах в 50 кВт судно может
взять 40 контейнеров вместо 10 принятых изначально, при условии низких
температур на маршруте следования.
Затраты на содержание контейнера возрастают, однако прирост
является незначительным, из-за простоты конструкции дополнительного
оборудования.
Лист
ВБР- 26.03.01-0066-2019
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
49
В среднем расходы складываются из капиталовложений на покупку
контейнера, которые больше стоимости обычного реф. контейнера на
величину стоимости оборудования, затраты на эксплуатацию которые
можно считать постоянными, и амортизация оборудования за период
эксплуатации.
П = К + А + Э, где
К -капиталозатраты; А -амортизация за 10 лет; Э – расходы на
эксплуатацию (прежде всего охлаждающей установки)
Расчёт Амортизации произведён по уменьшающемуся остатку и по
фиксированной норме.
Тогда, А = (S/N) / 100 % = (2000 000/10) / 100 = 200000 руб.в год
На рисунке 20 приведены несколько методов расчёт амортизации, и
в среднем получается 200 тыс.руб.в год расходы на амортизацию.
Рис. 20. Амортизация реф. контейнера
Однако, увеличение числа контейнеров, перевозимых единовременно
уменьшает срок окупаемости на 20 % от обычного контейнера при
использовании парка реф. контейнеров.
Основным достоинством данной конструкции перед типовой
является её экономичность и эффективность использования. Несмотря на
увеличение затратна эксплуатацию и покупку, возможность одновременной
Лист
ВБР- 26.03.01-0066-2019
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
50
транспортировки большего числа таких контейнеров позволяет получить
ускорение срока окупаемости реф. контейнера на 20 %, что было указано
выше.
Конечно в стоимость перевозки также следует включать расходы на
транспортировку
дополнительных
дизель-генераторов
на
случай
повышения температуры на пути следования, либо невозможности
использования холода внешней среды.
В среднем один дизель генератор может запитать до 10-12 реф.
контейнеров на пусковых значениях мощности (имеется в виду дизельгенератор 50-60 кВт мощности).
Однако при транспортировке в зимнее время года повышение
температуры на маршруте маловероятно, поэтому использования дизельгенераторов не целесообразно.
На северном морском пути использование подобных контейнеров
позволяет использовать порты по маршруту следования для загрузки или
разгрузки дополнительного количества реф. контейнеров, что позволяет
увеличить грузооборот в сфере рефрижераторных перевозок и увеличить
экономическую целесообразность использования маршрута Северного
морского пути для доставки грузов в Европу по сравнению с доставкой
через Суэцкий канал.
Для
удобства
размерность
разработан
контейнера
и
ряд
дизель-генераторов,
управляемых
как
имеющих
стационарно,
так
и
дистанционно
На
рисунке
21
изображено
устройство
дизель-генераторов,
исполненных под размеры контейнера.
Лист
ВБР- 26.03.01-0066-2019
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
51
Рис. 21. Дизель-генератор
Данные генераторы позволяют исключить вероятность порчи груза
при переменных температурах на маршруте и отказе систем внешнего
охлаждения реф. контейнеров. [2]
Лист
ВБР- 26.03.01-0066-2019
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
52
Лист
ВБР- 26.03.01-0066-2019
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
53
3 Технологии, направленные на усовершенствование способов
перегрузки режимных грузов
3.1 Клапанная система
При перегрузке жидких грузов, требующих особых условий,
например, грузов при низких температурах, сжиженных газов, требуется
ряд устройств, увеличивающих эффективность процесса и уменьшающих
риски.
В предложенной клапанной системе используется особый запорный
механизм, диафрагма, смыкающаяся вокруг центральной оси. Подобная
конструкция позволяет пропускать центральный поток трубопровода,
имеющий наибольшую скорость (на рисунке 22 приведено распределение
скоростей в трубопроводе) тем самым создавая меньшее сопротивление по
движению трубопровода и уменьшая возможность дросселирования и
появления пузырьков пара в движущейся жидкости.
Также данная система позволяет аварийно останавливать подачу
движущейся жидкости с наименьшими потерями для системы, т.е. двойная
система элементов и смыкание вокруг центральной оси уменьшают
последствия гидроудара при скоростном закрытии трубопровода.
Рис. 22. Распределение поля скоростей по сечению потока
Лист
ВБР- 26.03.01-0066-2019
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
54
Система
укомплектована
имеет
электромагнитный
магнитной
подушкой
привод
для
и
может
снижения
износа
быть
при
эксплуатации.
Технически клапан представляет собой диафрагму с фигурными
элементами, соединённую с приводом.
Техническое устройство.
Система состоит из ряда механизмов и машин, однако главной
отличительной особенностью системы является применение диафрагм в
качестве запирающего механизма.
На рисунке 23 приведена схема клапана в сборке.
Рис. 23. Диафрагменный клапан
Устройство работает следующим образом.
Электропривод 11, приводит в движение основной
привод 10,
который, взаимодействуя с кольцевым приводом 8 через жёсткое
соединение в верхней точке кольцевого привода 8, передаёт движение от
электропривода 11 через жесткое соединение основного привода 10, толкая
кольцевой привод 8 по направляющему рельсу 13, обеспечивая вращение
кольцевого привода 8 против часовой стрелки, при этом соединения 7,
жестко связанные с выступами 6 на элементах первой группы 3, двигают
Лист
ВБР- 26.03.01-0066-2019
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
55
выступы 6 в пазах 5, приводя в движение элементы первой группы 3.
Направляющие элементы второй группы 4 также являются подвижными и
совместно с элементами первой группы 3, перекрывают проточный канал 2
устройства.
Движение
направляющих
элементов
второй
группы
4
осуществляется за счёт дополнительных связей 12, соединённых с
элементами второй группы 4, при движении кольцевого привода 8 против
часовой стрелки, начинают двигаться дополнительные соединения 12,
связанные с соединениями 7, что приводят в движение элементы второй
группы 4, совместно с элементами первой группы 3. Их согласованная
работа обеспечивает надёжное и быстрое перекрытие проходного канала
устройства. Большой диапазон движения кольцевого привода и плавность
его работы обеспечивают увеличение диапазона регулирования площади
проточного
канала,
увеличение
диапазона
регулирования
также
обеспечивается за счёт большего числа фигурных элементов, и плавностью
движения кольцевого привода.
3.1.1 Техническая необходимость и экономический расчёт системы
Главным и потребным свойством для разработки данной системы
является оперативное управление электромагнитным приводом. Это
позволяет
управлять
приводом
не
только
дистанционно,
но
и
непосредственно находясь на причале.
Т.е. оператор, с помощью мобильного устройства, способен
управлять работой клапанной системы оперативно. На рисунке 24
изображена схема погрузки сжиженного газа вгазовоз.
Лист
ВБР- 26.03.01-0066-2019
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
56
Рис. 24. Схема погрузки: причал для сжиженного нефтяного газа и
трубопроводный коридор - река Бонни, Нигерия
Непосредственно перед линией погрузки присутствует система
клапанов обеспечивающая проход сжиженного газа в танки газовоза.
Экономическая выгодность данной системы складывается из расчёта
уменьшения времени обратной связи между линией погрузки и оператором
её проводящем.
Нахождение оператора линии непосредственно на месте погрузки в
долгосрочной перспективе позволит снизить число нештатных ситуаций.
3.2 Страховка для крепления на высоте
Потребность в страховочных приспособлениях диктуется условиями
увеличения грузооборота в контейнерах и реф. контейнерах, что в условиях
высокой плотности штабелей на складе ставит вопрос страховки людей при
работе на высоте свыше 6 метров. Данный вопрос имеет множество
решений, однако самым универсальным из всех является использование
атмосферного давления, т.е. вакуумизация пластины или ряда пластин с
возникновением прижимной силы со стороны атмосферы.
Техническое устройство.
Для безопасности работ докеров - механизатор на штабеле груза
(пилолес,
контейнеры)
при
невозможности
крепления
за
рядом
Лист
ВБР- 26.03.01-0066-2019
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
57
находящиеся предметы, возникает потребность в системе страховки
способной крепиться за сам штабель груза без урона для последнего.
Исходя из этого возникает идея использования давления атмосферы для
страховки.
Представленное устройство крепится к поверхностям посредством
создания вакуума под системой присосок. Данная система прежде всего
предназначена для работы на штабеле контейнеров и реф. контейнеров,
находящихся в штабеле при необходимости нахождения на штабеле людей.
Система прежде всего направленна на безопасность людей, а также
на удобство при работе с данным устройством.
Главным преимуществом является универсальность, устройство не
требует особых навыков и квалификации при работе, а также является легко
транспортируемым, общий вес устройства чуть меньше 8-10 кг, и при
переноске с места на места имеет возможность складываться, что
увеличивает его мобильность.
На рисунке 22 изображена система присосок устройства.
Рис. 22. Система присосок устройства
Крепёжное устройство содержит корпус 1, состоящий из основной
части 2, разделённое на центральную часть 3 и шесть расходящихся лучей
Лист
ВБР- 26.03.01-0066-2019
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
58
4, вакуумные присоски 5, покрывающие всю нижнюю поверхность
основной части 2, систему вакуумизации 6, с рычагом 7 системы и
трубками отсоса воздуха 8, четыре разъёма для карабинов страховочных
поясов 9, расположенных сверху на корпусе 1 и имеющих четыре
кронштейна 10 для крепления съёмных страховочных поясов, подвижные
штоки 11, установленные внутри цилиндров 12 для крепления к объекту и
складывания устройства в нерабочем состоянии и раскладывании перед
креплением к объекту, для работы системы вакуумизации 6, на штоке
рычага 7 установлены обратные клапаны 13.
Устройство работает следующим образом.
Перед креплением к объекту устройство вручную раскрывают, с
помощью штоков 11 в цилиндрах 12, расправляя все шесть лучей 4 на
полную длину, затем устройство помещается на поверхность объекта, и с
помощью рычага 7 системы вакуумизации 6 и присосок 5 прикрепляется к
объекту. Прикрепление к объекту происходит путём отсасывания воздуха
через трубки 8 из присосок 5, используя рычаг вакуумизации 7, через
обратные
клапаны
13
в
атмосферу.
Если
устройство
закреплено
недостаточно хорошо, цикл повторяют. Затем к кронштейнам 10 для
крепления страховочных поясов, присоединяют страховочные карабины 9.
После окончания работ на высоте, карабины отсоединяют от кронштейнов
10 и с помощью рычага 7 системы вакуумизации 6 нагнетают воздух в
присоски 5, удерживая клапаны 13 в открытом состоянии, и отсоединяют
устройство от объекта крепления. После этого за счёт движения штоков 11
в цилиндрах 12 устройство складывают, уменьшая габариты устройства при
переноске.
3.2.1 Назначение и экономическая целесообразность
Данное устройство позволяет обойтись без стационарных средств
страховки при работе на штабеле груза, в том числе на штабеле
контейнеров, что позволяет сократить затраты на страховку на высоте за
счёт низкой стоимости данного устройства.
Лист
ВБР- 26.03.01-0066-2019
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
59
Примерная стоимость одного устройства после проведения всех
испытаний составляет 25-35 тыс. рублей, что позволяет постоянно
обновлять их число и снижает число сложных ремонтов, также снижает
число проблем связанных с работой людей на высоте.
Эксплуатационные
затраты
на
средства
страховки
являются
невысокими и позволяют при поломке сменить устройство на новое без
затрат на ремонт. Большим плюсом является простота проверки и ремонта
устройства, т.к. его конструкция является простой.
3.3 Концепция устройств увеличивающие эффективность работы с
режимными грузами
Главной идеей создание представленных выше вспомогательных
механизмов было увеличение эффективности погрузки грузов на ТС и тем
самым увеличение оборота груза и уменьшения времени загрузки, а также
увеличение безопасности при работе с режимными грузами.
Основной мыслью создания любого вспомогательного устройства
является увеличение эффективности ПРР при работе с режимными грузами
посредством косвенных показателей. Например, создание клапанной
системы ведёт к увеличению эффективности погрузки сжиженных газов и
других жидкостей имеющие низкие температуры кипения и конденсации.
А применение систем крепления на штабеле позволяет более
эффективно и оперативно работать с грузами в штабеле, даже при условии
отсутствия стационарных средств крепления , она позволяет использовать
сам штабель как средство страховки .
Все устройства улучшающие перевозку режимных грузов косвенно
крайне важны , т.к. зачастую пренебрежение к косвенным факторам ведёт к
ухудшению условий работы подвижного состава и персонала.
Лист
ВБР- 26.03.01-0066-2019
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
60
Заключение.
В данной работе рассмотрена основная динамика рынка перевозок
режимных грузов, а также приведены инновационные проекты и схемы их
использования, рассчитаны их амортизация и потребные инвестиции для
реализации и внедрения. Также изложена конструкция, принципы действия
новых устройств и способы их применения. В приложении 1 приведены
рекомендательные документы от предприятий.
Были решены следующие задачи:
- Анализ эффективности режимных перевозок грузов и увеличения
производительности подвижного состава;
- Разработка новых методов подхода к осмыслению технических
средств для мультимодальных перевозок режимных грузов;
- Создание новых устройств, позволяющих повысить эффективность
рефрижераторных перевозок;
- Были найдены сторонние инвесторы и предприятия потенциально
заинтересованные в создание и главное во внедрении предложенных
технологий.
Лист
ВБР- 26.03.01-0066-2019
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
61
Список использованных источников.
1. С.Аникин, Б.Крайнов, В. Храмов , Механика рефрижераторного
подвижного состава – 386 с.
2. Правила перевозки грузов в контейнерах морским транспортом,
Книга 2, ЗАО ЦНИИМФ.
3. Джежер Е. В., Ярмолович Р. П. Транспортные характеристики
грузов 274 с. – ТрансЛит
4. Heat and Mass Transfer: Fundamentals and Applications, 4/e, Chapter
17-8 «Transportation of Refrigerated Foods» page 17-41.
5. Вальт, Эрвин Брунович Железнодорожный хладотранспорт, 248 с.,
Екатеринбург ,УрГУПС, 2012
6.Пляшешник П.И., Кузьмина И.А., Стафанова В.А., Дёмина Е.В.,
статья «Рефрижераторный транспорт: производство и сохранение холода»,
журнал : «Мясная индустрия» , 2017 г.
7. S. A. Tassou, G. De-Lille, Y. T. Ge. Food transport refrigeration —
approaches to reduce energy consumption and environmental impacts of road
transport : [англ.] // Applied Thermal Engineering. — 2016.
8. Report of the Refrigeration, Air Conditioning, and Heat Pumps // United
Nations Environment ISBN 9789280722888 «6.2.4 Road transport»
9. Warren B. Fitzgeralda, Oliver J.A. Howitta, Inga J. Smitha, Anthony
Humeb. Energy use of integral refrigerated containers in maritime transportation //
Energy Policy. — April 2011. — Т. 39, № 4. — С. 1885—1896.
10.. Патент № 183377 , авторы : Андреев А.И., Перекрестов А.П.,
АГТУ 2018 г.
11. Патент № 184336, авторы : Андреев А.И., Перекрестов А.П., АГТУ
2018 г.
12.
Андреев
А.И.,
Перекрестов
А.П.,
Саидов
М.А.,
Многофункциональное использование газа, сборник статей – «Наука и
практика» 2016 г. , Астраханский государственный технический университет
13. Андреев А.И., Перекрестов А.П., Козлова И.А., «Хранение
продуктов питания в газовых средах» сборник статей «Наука и практика» -
Лист
ВБР- 26.03.01-0066-2019
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
62
2016 Под общей редакцией Н. Т. Берберовой, А. В. Котельников. 2016,
Астраханский государственный технический университет.
14. Маковская Ю.А., Гультяев А.В., Маркетинговый прогноз рынка
перевозок рефрижераторого груза, журнал : «Транспортное дело России».,
2017 г. , ВАК.
15. Филина-Давидович Л.С. Анализ подходов к оценке факторов
риска в транспортировки рефрижераторных контейнеров, журнал , 2016 г.,
ВАК, AGRIS.
Лист
ВБР- 26.03.01-0066-2019
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
63
Приложение 1
1) Рекомендательное письмо от АО «Астраханский морской порт»
2) Рекомендательное письмо от АО «Морской порт Оля»
Лист
ВБР- 26.03.01-0066-2019
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
64
Лист
ВБР- 26.03.01-0066-2019
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
65
Лист
ВБР- 26.03.01-0066-2019
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
66
Лист
ВБР- 26.03.01-0066-2019
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
67
Отзывы:
Авторизуйтесь, чтобы оставить отзыв