Вагоны изотермические

Вагон-ледник

ВАГОНЫ ИЗОТЕРМИЧЕСКИЕ служат для перевозки скоропортящихся грузов, требующих постоянной (преимущественно низкой) температуры, по возможности при определенной влажности воздуха. Впервые они появились в Америке в 60-х гг. прошлого столетия. Шестидесятилетним опытом работы изотермических вагонов установлены следующие условия, необходимые и достаточные для перевозки скоропортящихся грузов: а) постоянная температура м. б. достигнута лишь при вполне плотных нетеплопроводных стенках изотермических вагонов; б) груз должен грузиться уже в охлажденном состоянии, а не подвергаться охлаждению в вагоне; в) поддержание температуры охлажденного груза возможно без искусственного охлаждения. На основании этих положений уже много лет тому назад был выработан весьма устойчивый тип изотермических вагонов. Стенки, пол и крыша изотермических вагонов имеют толщину от 100 до 150 мм и состоят, кроме наружной и внутренней деревянных обшивок, еще из нескольких слоев изолирующего материала весьма разнообразных сортов; это - или пробковые листы разной толщины, или войлок, или особые матрасики, состоящие из льняных или хлопчатобумажных очесов, простеганных между двумя листами просмоленного картона (линофельт, шевелин и т. п.). В середине каждой боковой стенки д. б. погрузочная двустворчатая дверь, весьма плотно закрывающаяся. Для перевозки продуктов, не переносящих замерзания (фрукты, овощи, пиво, вино), вагоны часто снабжают различными приборами для отопления.

Изотермические вагоны разделяются на две основные группы: 1) без охлаждения и 2) с охлаждением. Вагоны изотермические первой группы бывают в свою очередь с вентиляцией или без вентиляции. Вагоны без вентиляции применяются для перевозки фруктов, овощей, молока и молочных продуктов на короткие расстояния. В Америке начинают производить перевозку молока в небольших изотермических цистернах, подвозимых на автогрузовиках и погружаемых на платформы. В Англии была также недавно сделана попытка перевозки молока в изотермической цистерне. Вагоны с вентиляцией, служащие для перевозки фруктов, овощей и яиц, имеют в торцевых стенках зарешеченные отверстия для входа и выхода воздуха при следовании изотермических вагонов в пути. Такой вентиляционный изотермический вагон с пробковой изоляцией представлен на фиг. 1.

Вентиляционный изотермический вагон с пробковой изоляцией

Наиболее важное значение имеет вторая группа изотермических вагонов, называемая вагонами-ледниками. Они отличаются от остальных изотермических вагонов приборами охлаждения или отопления, позволяющими поддерживать внутри вагонов постоянные температуры воздуха, требуемые данными грузами. Вагоны-ледники делятся на три категории: а) вагоны-ледники в собственном смысле слова с применением одного льда или льда с солью, б) вагоны-ледники, охлаждаемые льдом и солью с принудительной циркуляцией рассола или воздуха, и в) вагоны-ледники с механическим (смешанным) охлаждением. Функционирующие в настоящее время в СССР вагоны-ледники по конструкции разделяются на четыре типа: 1) для перевозки всех скоропортящихся грузов; 2) для перевозки грузов, не требующих вентилирования (мороженое мясо, рыба, масло, соленые товары); 3) вагоны молочные как разновидность первых двух типов; 4) вентиляционные вагоны (бывшие фруктовые). Существует, кроме того, еще один тип вагонов как пережиток прежнего времени, - вагоны нарзанные для перевозки минеральных вод со станций минераловодской группы курортов.

Вагоны-ледники должны удовлетворять следующим требованиям: 1) сохранять определенную температуру при определенной влажности воздуха; 2) иметь интенсивную циркуляцию воздуха для установления приблизительно одинаковой температуры во всех частях вагона; 3) допускать интенсивную вентиляцию для удаления различных испарений от продуктов; 4) обладать простым по конструкции и надежным по работе устройством и, наконец, 5) отличаться дешевизной и экономичностью в эксплуатации.

Остов вагона делается деревянный (сосновый или дубовый); обшивка - преимущественно сосновая, реже еловая; половой настил делается из сосны, при палубной системе - из дуба. Для удлинения срока службы деревянные части необходимо пропитывать антисептиками (например, хлористым цинком). Металлические части не должны выступать ни наружу, ни внутрь во избежание притока тепла. Головки болтов надлежит утапливать, а углубления - заделывать деревом. Обшивка стен, пола и потолка состоит из двух или трех слоев, между которыми помещается изоляционный материал. Последний должен обладать следующими свойствами: малым коэффициентом теплопередачи, малым удельным весом, негигроскопичностью и незагниваемостью, прочностью и продолжительностью службы, удобством укладки и дешевизной. Наиболее употребительными материалами для изоляции являются пробка, шевелин, войлок. В Америке в последнее время начали применять бальсовое дерево (Balsa wood), которое при одинаковом с пробкой коэффициенте теплопроводности имеет значительно меньший удельный вес (0,08 против 0,25). Типы изоляции вагонов представлены на фиг. 2, 3, 4 и 5.

Типы изоляции вагонов

Фиг. 2 изображает в схематическом виде пробковую изоляцию вагона для масла; фиг. 3 - пробковую изоляцию вагона 1925 г.;

Типы изоляции вагонов

фиг. 4 - шевелиновую изоляцию вагона 1925 года; фиг. 5 - шевелиновую изоляцию двухосного вагона длиной 9,4 м.

Шевелиновая изоляция двухосного вагона

На этих схемах обозначают: А - дерево, В - шевелин, С - рубероид, Е - воздух, К - кровельное железо, L - оцинкованное железо, М - фанера, О - пробка, Р - картон. Общая толщина изоляции, включая и воздушные прослойки, в существующих изотермических вагонах, колеблется в следующих пределах: для стен и крыши 70—170 мм при общей толщине стен в 100—200 мм, для пола 70—170 мм при общей толщине пола в 120—200 мм. Количество слоев изоляции от 4 до 8 и более. Изоляция должна быть тщательно защищена от сырости.

Внутреннее устройство изотермических вагонов составляют: льдохранилища, напольные решетки, щиты перед льдохранилищами, приспособления для выпуска талой воды или рассола, если ко льду добавляется соль, вентиляционные устройства, полки, если это нужно для расположения груза. Важнейшей частью внутреннего оборудования являются охлаждающие устройства, которые делают или в виде открытых (решетчатых) карманов или в виде закрытых карманов (танков). Карманы располагаются или возле лобовых стенок, или под потолком, или посредине вагона. Наибольшее распространение имеют карманы, расположенные для загрузки льда возле лобовых стенок. Для загрузки льда служат люки, по 1—2 с каждой стороны вагона. Для сбора талой воды или рассола под карманом устраивается обитый цинком или оцинкованным железом поддон, из которого талая вода или рассол по отводящей трубе с гидравлическим затвором выпускается наружу. Для лучшей циркуляции воздуха груз укладывается не непосредственно на пол, а на решетки, под которыми свободно циркулирует воздух. Для усиления циркуляции воздуха внутри вагона перед ледяными карманами подвешиваются щиты с просветами - вверху 300—350 мм, внизу 250 мм. Вентиляция вагонов производится: а) с помощью люков в вагонах с решетчатыми карманами; б) с помощью особых зарешеченных окон с задвижками в танках (тип канадских железных дорог); в) с помощью специальных устройств (тип вентиляции вагона советских железных дорог постройки 1925 г.). На фиг. 6 представлен изотермический вагон с пробковой изоляцией для перевозки всех скоропортящихся продуктов, не требующих подвешивания.

Изотермический вагон с пробковой изоляцией для перевозки всех скоропортящихся продуктов, не требующих подвешивания

Здесь А - решетчатые карманы для льда, Б - напольная решетка, В - щит, Г - люки для загрузки льда, Д - трубы для спуска талой воды, Е - вентилятор. На фиг. 7 представлен новый тип четырехосного вагона-ледника, снабжаемый как танками А, так и решетками Б для льда; В - полки для груза.

Четырехосный вагон-ледника

К категории изотермических вагонов с принудительной циркуляцией относится вагон шведской системы «Фригатор». Его особенностью является наполненный смесью льда и соли металлический ящик возле одной из лобовых стенок (генератор холода), из которого рассол после прохода через очиститель прогоняется насосом по трубам. Недостатки: сложная конструкция, малая надежность действия системы, необходимость тщательного ухода и квалифицированного персонала. К этому же типу относится вагон системы норвежского инженера Беннетера, в котором охлаждение получается продуванием воздуха через бак возле лобовой стенки помощью вентилятора, действующего от оси вагона. Неудобства: резкое действие температур, сложность устройства и ненадежность охлаждения. Другие системы вагонов того же типа оказались практически непригодными и представляют теперь музейную редкость.

В вагонах с механическим охлаждением применяются компрессионные холодильные машины (аммиачные или углекислотные) двух типов: а) установка обслуживает только 1 вагон (система Силича, вагон завода Гумбольда) и б) установка обслуживает ряд вагонов (поезд Линде), для чего имеется центральная станция, помещающаяся в одном вагоне, и ряд вагонов, охлаждаемых каким-либо холодильным веществом, циркулирующим по трубам. Достоинство этой системы заключается в том, что не требуется оборудовать железные дороги льдохранилищами и возможно получать низкие температуры, регулируя их по желанию. Недостатками ее являются: дороговизна, потребность в квалифицированной рабочей силе для обслуживания и возможность осложнений во время перевозки вследствие заболевания хотя бы одного вагона (поезд Линде) или прекращения действия установки (в обоих типах). Поэтому применение вагонов с механическим охлаждением большого распространения не получило. У нас эта система неприменима еще в виду больших пробегов вагонов (в среднем до 1200 км) и значительного риска порчи груза при заболевании вагона. Равным образом многочисленные попытки конструирования изотермических вагонов с циркуляцией рассола как в России (Подберевский, Максутов, Соколовский), так и в Америке (Бон, система «АВС») успеха не имели, и нормальным (стандартным) типом признан обыкновенный вагон-ледник, который и у нас доказал свою полную пригодность и дешевизну как в строительном, так и в эксплуатационном отношениях.

Срок службы вагона-ледника составляет в общем 20 лет, ледяных баков от 8 до 10 лет, обвязки и обшивки от 3 до 12 лет, спуски, труб и сифонов от 3 до 6 лет, изоляции от 3 до 20 лет - в зависимости от рода материала и места нахождения в кузове.

Вагоны-ледники следуют на срочный возврат без обмена; срок следования в груженом и порожнем направлениях - 300 км в сутки. Вагон под погрузку скоропортящегося груза д. б. затребован не менее чем за 3 дня до погрузки, причем вносится залог в установленном размере для перевозки груза со льдом и солью в зависимости от требования грузоотправителя. Не менее чем за 12 часов до погрузки вагон загружается льдом, и в дальнейшем догрузка льдом производится через каждые сутки. Вагон д. б. подан исправным, сухим. В пути ведется наблюдение за исправным состоянием изотермических вагонов, правильным льдоснабжением и срочностью следования. Выполнение всех этих функций возложено на особые органы при правлениях железных дорог со специальным кадром агентов по холодильному делу на линии (инструкторско-ревизионный аппарат на железной дороге).

Калорический расчет изотермических вагонов. Общий суточный расход холода слагается из: а) теплопередачи через стены, пол и потолок кузова, б) потери через неплотности в дверях и люках, через разрывы в изоляции, при открывании дверей и т. п., в) охлаждения и осушения воздуха, впускаемого в вагон для вентилирования, г) охлаждения продукта, поступающего в вагон предварительно неохлажденным.

а) Суточный расход холода по теплопередаче (Q1) определяется по формуле:

vagon izoterm f1

где F - наружная поверхность стен, пола и потолка в м2, К - общий коэффициент теплопередачи стен, пола и потолка изотермического вагона, t1 и t2 - средние температуры воздуха наружного и внутри вагона, причем за t1 берется средняя суточная температура наиболее жаркого месяца для района, обслуживаемого железнодорожной линией. Коэффициент k для отдельной части кузова определяется по формуле Пекле:

vagon izoterm f2

где α1 и α2 - коэффициенты наружной и внутренней поверхностной отдачи, δi- толщина каждого отдельного изоляционного слоя в м; λi- коэффициент теплопроводности соответствующего материала; α1 (для воздуха в движении) берется равным 2 + 10√v, где v - скорость движения воздуха в м/сек, принимаемая равной средней технической скорости движения поезда; α2 (для воздуха в покое) обычно принимается равным 8. Вычислив отдельные значения для всех частей кузова (стен, пола и потолка), определяем общий коэффициент теплопередачи всего кузова по формуле:

vagon izoterm f3

где f1, f2, … - поверхности соответствующих частей кузова в м2.

б) Непроизводительные потери холода через неплотности и т. п. (Q2) выражаются в 5—10% от расхода на теплопередачу.

в) Расход на охлаждение и осушение воздуха (Q3), впускаемого для вентилирования, определяется по формуле:

vagon izoterm f4

где V- объем поступившего в вагон воздуха в м3, t1 - температура наружного воздуха, t - температура, до которой воздух охлаждается внутри вагона, w1 и w - абсолютное насыщение воздуха влагой (в г на 1 м3) при температурах t1 и t, f1 и f - относительная влажность (в %) воздуха наружного и внутри вагона.

г) Расход на охлаждение груза (Q4) вводится в расчет в виду того, что значительный % скоропортящихся продуктов грузится без всякого предварительного охлаждения. Для однородного груза этот расход определяется по формуле:

vagon izoterm f5

а для разнородного:

vagon izoterm f6

где Р - вес груза в кг, с - удельная теплоемкость груза, t1 и t2 - температуры груза в начале и в конце суток. Среднее значение разницы t1—t2, т. е. понижение температуры груза за сутки, можно принять равным 2—3° в зависимости от рода груза и упаковки.

Общий расход холода за сутки

vagon izoterm f7

Суточный расход льда в кг N = Q/D, где D - количество Cal, поглощаемых при таянии 1 кг льда, принимаемое в зависимости от условий таяния: 80 Cal - при употреблении одного льда в решетчатых карманах или танках, 75 Cal - для льда с солью в танках, 70 Cal - для льда с солью в решетчатых карманах. Объем суточного расхода льда при весе 1 м3 льда в 700 кг выражается V1 = N/700 м3. Объем ледяных карманов принимается равным двухсуточному объемному расходу льда при танках и трехсуточному расходу при решетчатых карманах.

Поверхность охлаждающих приборов в м2 определяется по формуле:

vagon izoterm f8

где kλ- коэффициент теплоотдачи охлаждающих приборов: 7,5 - для танков, 8,5 - для решетчатых карманов, 9 - для рассольных труб с вполне обеспеченной принудительной циркуляцией рассола, 12 - для рассольных труб с принудительной циркуляцией рассола и воздуха внутри вагона. Для увеличения поверхности танков, в целях приведения ее в соответствие с расчетным объемом, их проектируют состоящими из нескольких секций (обычно по четыре возле каждой лобовой стенки вагона).

Потребный для обслуживания дороги парк может быть определен для каждого отдельного пункта погрузки или для любого пункта по среднему пробегу и средней погрузке по формуле.

vagon izoterm f9

где Gmax - средняя максимальная месячная погрузка, для каждой станции погрузки или общая для дороги, определяется или путем статистики или по средней месячной погрузке с умножением на коэффициент неравномерности, равный в зависимости от работы дороги 1,6—2,2; L - средний пробег от станции погрузки до станции назначения или средний для дороги; g- средняя нагрузка на вагон, равная для двухосного вагона 9,5 т; v1 - скорость следования в груженном направлении, которая м. б. принята в зависимости от сроков следования в 340—400 км в сутки; v2 - скорость следования в обратном направлении, т. е. 175—250 км в сутки; α - коэффициент, учитывающий больные вагоны (1,05—1,10), и β - коэффициент, учитывающий резерв вагонов (1,05).

 

Источник: Мартенс. Техническая энциклопедия. Том 3 - 1928 г.