Системы жизнеобеспечения в пассажирских вагонах
История развития пассажирских вагонов
Патент, который получил в 1784 году Джеймс Уатт (владелец мастерской по изготовлению и починке точных приборов) на универсальную паровую машину оказал решающее влияние на дальнейшее развитие промышленности и транспорта. Через небольшой промежуток времени английский изобретатель-самоучка Джордж Стефенсон создал несколько практически пригодных моделей «самодвижущейся паровой машины», а в 1834 году он создает паровозостроительный завод, продукция которого широко экспортировались в Германию, Францию и США. На территории постсоветского пространства первый паровоз был построен в 1833-1834г.г. братьями Черепановыми, который использовался на Демидовых рудниках.
Вскоре паровозы стали использовать для пассажирских перевозок, причем первые пассажирские вагоны очертаниями напоминали кареты или почтовые дилижансы, при этом многие вагоны не имели крыш, а окна были не застекленные. На рисунке 1 показан общий вид поезда в начале 19 века.
Рисунок 1. Общий вид поезда начала 19–го века
Поэтому пассажирам предлагали приобретать маски для защиты лица от ветра и паровозных искр. Следует отметить, что первые пассажирских вагоны не отапливались, в них не было освещения и удобных сидений, кроме этого пассажиры во время поездки страдали от тряски и шума. По мере развития железнодорожного сообщения пассажирские вагоны совершенствовались, и в первую очередь было обращено внимание на уменьшение тряски и качки, для чего рессоры стали делать более упругими, а для снижения шума полы и стены вагонов стали делать с внутренним наполнителем.
Для освещения использовали свечи или масло, а впоследствии - керосиновые лампы. Позднее было введено газовое освещение, появились ацетиленовые светильники, вытесненные затем электричеством. Электрическое освещение в те времена считалось слишком дорогим из-за необходимости установки в каждом отделении вагона аккумуляторной батареи. Кроме того, первые электрические лампы не выдерживали вагонной тряски и быстро выходили из строя.
Постепенно совершенствовалась система отопления вагонов. В начале, в ряде стран, с мягким климатом использовались сильно нагретые кирпичи, которые укладывались в плоские ящики из листового железа и перед отправлением поезда устанавливались у ног пассажиров. На вагон требовалось 10-15 грелок, которые менялись через 3-4 часа. Впоследствии стали использовать металлические печки (буржуйки), однако они накалялись так же быстро, как и остывали. Значительным прогрессом было появление парового отопления, которое сразу получило признание благодаря пожарной безопасности и легкости обслуживания.
В 1836г. на Пенсильванской железной дороге (США) появились прототипы спальных вагонов. В них были устроены трехъярусные полки, а пассажирам выдавали соломенные матрасы. Постельное белье и подушки не предусматривались.
В 1867г. на заводах Пульмана (США) были построены вагоны, в которых имелись мягкие сиденья. На ночь они превращались в спальные места. Спальные места располагались вдоль вагона и разделялись устанавливаемыми на ночь поперечными мягкими стенками. Верхние полки на ночь спускались с потолка на цепях.
В 1872г. на заводах Пульмана начали строить вагоны-столовые и вагоны-рестораны. Иногда в состав поезда включали обзорные салон-вагоны, позволявшие пассажирам любоваться пейзажем из открытых окон или расположившись в креслах на открытой задней площадке. Некоторые салон - вагоны, предназначенные для богатых пассажиров, оборудовали роскошной мебелью, коврами и музыкальными инструментами.
В России первый пассажирский поезд отправился 30 октября 1837 года в 12.30, который проследовал по маршруту Санкт-Петербург – Царское Село. Первоначально парк пассажирского подвижного состава состоял из 16 вагонов, купленных в Бельгии, экипажные части которых, (рамы с колесами), изготовляли на заводе, а кузова делались каретным мастером.
Наиболее комфортабельными считались «берлины» (1-й класс)представлявшие собой закрытые и застекленные повозки.«Дилижансы» (2-й класс),имели крышу, где можно было размещать багаж. «Шарабаны» (3-й класс) предназначались для малоимущих пассажиров, они имели только стенки доходившие до половины высоты кузова, в дальнейшем их стали называть «открытыми линейками». Общий вид пассажирских вагонов приобретенных для Царскосельской железной дороги показан на рисунке 2.
Однако вагоны европейского производства оказались не приемлемыми для условий России, что способствовало созданию отечественного пассажирского вагона, который имел сквозной проход внутри кузова и окна с двойными рамами. Начиная с 1863 года пассажирские вагоны, стали оборудовать туалетами и умывальниками, а также печами сухого отопления.
Совершенствовались вентиляционные устройства, конструкции кузовов и тележек пассажирских вагонов.
а) – вагон третьего класса, б) вагон второго класса, в) вагон первого класса
Рисунок 2. Вагоны Царскосельской железной дороги
В 1902г. на Среднеазиатской дороге служебный вагон был оборудован устройством для охлаждения воздуха, а в 1915г. на Юго-Западных дорогах построен вагон-ресторан с системой вентиляции, отопления и охлаждения воздуха. Начиная с 1928г., вновь строящиеся четырехосные деревянные вагоны дальнего следования имели водяное отопление от индивидуальных котлов, которое в принципе было сохранено и на цельнометаллических вагонах послевоенной постройки.
В течение 1955-1957 годов завод имени Егорова построил партию мягких вагонов с двухместными купе, оборудованных установками кондиционирования воздуха с компрессионной системой охлаждения и автономным энергоснабжением от подвагонного генератора.
С 1958 года на железные дороги Советского Союза начали поступать пассажирские вагоны немецкого производства, оборудованные установками кондиционирования воздуха с автономным электроснабжением. В настоящее время ведутся работы по улучшению технико-экономических характеристик установок и оборудования, в части обеспечения бесшумности их действия, уменьшения веса, габаритных размеров, стоимости изготовления и эксплуатации путем внедрения новых схемных решений с использованием дешевых материалов, а также полной автоматизацией работы, повышением надежности действия и удобства обслуживания и ремонта.
Приобретение новых пассажирских вагонов производится в основном цельнометаллических вагонов производства Тверского вагоностроительного завода (ОАО ТВЗ) конструкция которых обеспечивает их движение со скоростью до 160 км/ч.
Вагон открытого типа с креслами для сидения модели 61 - 828, который имеет механическую приточную вентиляцию и предназначен для выполнения массовых перевозок пассажиров с длительностью пребывания в пути не более 12 часов. Пассажирский салон кузова оборудован двухместными стационарными креслами с подножками, окна в салоне оснащены опускными рамами с двойным остеклением, два из которых предназначены для аварийного выхода. Все окна имеют занавески и светомаскировочные шторы. Отопительная система - водяная, нагрев воды в котле осуществляется электронагревателями или твердым топливом, электроснабжение - от поездной магистрали с напряжением 3000 В. и от подвагонного генератора напряжением 50 В.
Пассажирский купейный вагон модели61 - 820К оснащен системой кондиционирования воздуха, которая в теплый период года осуществляет автоматическое регулирование температуры в вагоне в пределах плюс 24 
20С (295 2K). Система водяного отопления при температуре наружного воздуха минус 400С (233K) при работе котла на твердом топливе совместно с механической приточной вентиляцией обеспечивает температуру воздуха в вагоне не ниже плюс 18 0С (291K), а при нагреве воды электронагревателями - автоматически поддерживается в пределах плюс 22 20С (295 2K). Для обогревания в межсезонный период в служебном отделении, купе для пассажиров и проводников установлены электронагреватели. Система горячего и холодного водоснабжения с запасом воды 1000 л.(1 м3) обеспечивает работу санитарно-технического оборудования туалетных помещений, мойки служебного отделения и кипятильника для приготовления кипяченой воды и ее последующего охлаждения.
Пассажирский купейный вагон СВ модели61-4165 наряду с вышеперечисленным техническим оснащением дополнительно обеспечивает высокий уровень комфорта пассажиров и обслуживающего персонала за счет усовершенствования планировки всех помещений вагона, наличием аудио и видео аппаратуры, душа, экологически чистого туалета и др.
1.2 Понятие о кондиционировании воздуха
Человек, как и все живые организмы в процессе своей жизнедеятельности постоянно обмениваются с окружающей средой веществом и энергией. При этом сложные углеводороды (CmHn), поступающие в организм в виде пищи, в результате окислительно-восстановительных реакций, распадаются на относительно простые химические соединения (CO2 и H2O) с получением определенного количества полезной энергии. Энергия образуется за счет разрыва сложных химических связей у исходных углеводородов, например, глюкозы (C6H12O6) и создания достаточно простых химических связей у продуктов реакции (H2O и CO2). В качестве примера приведено выражение реакции окисления глюкозы:
6О2 + C6H12O6 = 6CO2 + 6H2O + 2831(кДж) (1.1)
Видно, что на окисление одной молекулы глюкозы требуется израсходовать шесть молекул кислорода, при этом образуется по шесть молекул диоксида углерода и воды, кроме этого выделяется энергия, в количестве 2831 кДж. Полученная энергия может расходоваться живым организмом на проведение различных его жизненно-важных функций (обновление отмирающих клеток организма, поддержание требуемой температуры организма, перемещение, размножение, физическая или умственная работа, и др.). Следует также отметить, что для поддержания такой реакции необходимо обеспечивать постоянный приток кислорода (воздух с содержанием кислорода не ниже 20%) и одновременно отводить из зоны реакции (от организма человека) продукты реакции – диоксид углерода, воду и тепло. Количество тепла выделяемого одним человеком (приведено в таблице 1) в основном зависит от температуры воздуха окружающей среды и характера выполняемой работы.
Таблица 1.
Количество тепла и влаги, выделяемые одним человеком в единицу времени при температуре воздуха в помещении 100С(283K) и 350С(308K) [1]
| № п/п | Характер выполняемой работы | Тепло, Вт | Влага, г/ч | ||
| при 100С (283K) | при 350С (308K) | при 100С (283K) | при 350С (308K) | ||
| Состояние покоя | |||||
| Легкая | |||||
| Средней тяжести | |||||
| Тяжелая |
Совокупность процессов обеспечивающих поступление в организм кислорода и удаление углекислого газа (внешнее дыхание) называется дыханием. Коэффициент дыхания (К) представляет собой отношение объема углекислого газа, выделенного за определенное время при дыхании к объему кислорода поглощенного за то же время и у здорового человека он составляет К=0,85. Количество диоксида углерода, выделяемого одним человеком в зависимости то вида его производственной деятельности, приведено в таблице 2.
Диоксид углерода сам по себе не является вредным, однако по увеличению его концентрации в воздухе (например, свыше 0,2% об.) можно судить о степени загрязнения воздуха продуктами распада белковых веществ. Длительными наблюдениями установлено, что для хорошего самочувствия человека, а также для успешного проведения многих технологических процессов необходимо, чтобы основные параметры воздуха отвечали заданным величинам.
В общем случае к таким параметрам относятся:
1) метеорологические условия (температура, влажность и скорость перемещения воздуха);
2) химический состав воздуха (содержание кислорода, диоксида углерода, вредных для человеческого организма паров и газов и др.);
3) физиологические показатели (содержание микробов, микроорганизмов, пыли органического и неорганического происхождения и др.);
4) физические характеристики (электрические заряды, звуковые импульсы и др.).
Таблица 2.
Количество диоксида углерода, выделяемого одним человеком [1]
| № п/п | Возраст людей и характер выполняемой работы | Расход СО2 | |
| Объемный, л/ч (м3/ч) | Массовый г/ч (кг/ч) | ||
| Взрослые люди при выполнении работы: | |||
| умственной (или в состоянии покоя) | (0,023) | (0,045) | |
| физической: | |||
| легкой | (0,03) | (0,06) | |
| тяжелой | (0,045) | (0,09) | |
| Дети до 12 лет | (0,012) | (0,024) |
Кондиционирование воздуха по всем перечисленным параметрам необходимо обеспечивать только на объектах с экстремальными условиями жизнеобеспечения (подводных лодках, космических кораблях и др.). В традиционных же производственных помещениях (учебных аудиториях, театрах, вокзалах и др.) требуется, как правило, поддерживать лишь часть из перечисленных параметров. В пассажирских вагонах необходимость применения кондиционирования воздуха обусловлена их низкой теплоустойчивостью, малым объемом помещения, приходящегося на одного пассажира, длительным нахождением в пути, вследствие этого пассажиры могут попадать в различные климатические зоны с разными погодными условиями.
Термин кондиционирование воздуха появился одновременно с началом создания установок для охлаждения воздуха, поэтому в ряде случаев под кондиционированием воздуха понимают только его охлаждение. В связи с этим часто можно услышать «вагон с кондиционированием воздуха» или «вагон без кондиционирования воздуха», что совершенно неправильно.
Поскольку в настоящее время все пассажирские вагоны оснащены системами отопления и вентиляции, которые в зимний и переходный периоды поддерживают заданную температуру в вагоне, и одновременно эти системы обеспечивают поступление в вагон наружного воздуха, очищенного о пыли и вредных микроорганизмов. Поэтому правильно говорить, что вагоны оснащены полной системой кондиционирования воздуха, в которых наряду с вентиляцией и отоплением присутствуют установки охлаждения воздуха или частичной системой кондиционирования воздуха – когда в вагоне отсутствуют установки охлаждения воздуха.
Специалистам, занимающимся проектированием и техническим обслуживанием систем кондиционирования воздуха необходимо иметь представления о теплофизических процессах, протекающих в организме человека.
Дата добавления: 2015-02-23; просмотров: 7113;