5-ВАГОННЫЙ ПОЕЗД АЗОТНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ
5-CAR TRAIN FOR NITROGEN COOLING

Изобретение относится к транспортным средствам с азотной системой охлаждения и предназначено для холодильной обработки пищевых продуктов с целью обеспечения их сохранности, ликвидации последствий техногенных загрязнений, а также для локализации процессов горения во всех его видах и формах.
Известна 5-вагонная рефрижераторная секция, состоящая из четырех грузовых вагонов и одного вспомогательного с дизель-электростанцией и служебным помещением, расположенного в середине состава. Каждый грузовой вагон имеет теплоизолированное грузовое помещение и машинное отделение с двумя одноступенчатыми холодильными установками. Вагон с дизель-электростанцией имеет дизельное отделение, кабину управления, салон-кухню, котельное помещение, туалет-душевую, тамбур, отделение для отдыха бригады и аккумуляторную. В дизельном отделении размещены два дизель-генератора, каждый из которых обеспечивает электроэнергией половину потребителей [Справочник "Малые холодильные установки и холодильный транспорт". Под общей ред. А.В. Быкова. - М.: Пищевая промышленность, 1978 г., с. 140-144].
Рассматриваемая рефрижераторная секция имеет ряд недостатков:
- наличие большого количества одноступенчатых холодильных машин, использующих экологически небезопасные хладагенты;
- максимальное использование вырабатываемой дизелями электроэнергии и повышенный расход дизельного топлива на ее получение;
- наличие температурных колебаний в рабочих отсеках грузовых вагонов, приводящих к потерям продукции за счет усушки при перевозке на длительные расстояния;
- грузовые вагоны предназначены только для режимов хранения ограниченного ассортимента перевозимой продукции.
Известно изотермическое транспортное средство с азотной системой охлаждения, включающее теплоизолированный кузов с размещенными в нем распылителями жидкого азота, соединенными трубопроводами через запорно-регулирующий элемент с баллоном для жидкого азота, предохранительный клапан сброса избыточного давления азота, совмещенный в одном устройстве с гидрозатворами, размещенными в полу кузова и состоящими из патрубков с поплавковыми выпускными клапанами, подпружиненных седел и чаш с противовесами [патент SU 1558737, кл. B60P 3/20].
К недостаткам такого транспортного средства следует отнести то, что для обеспечения непрерывной работы системы охлаждения необходимо осуществлять дозаправку емкости жидким азотом на промежуточных станциях, при этом перевозимый груз некоторое время будет оставаться без холода, что может привести к его порче; ограниченный ассортимент перевозимой продукции; повышенный расход азота на поддержание заданного режима.
Известен пожарный поезд, включающий не менее одного локомотива, вагон с оборудованием для пожаротушения и пожарного персонала, с мотопомпами и трубопроводами для подачи жидкости от не менее одной вагона-цистерны для жидкости к не менее чем одному устройству для тушения пожара и распыления жидкости посредством поворотной водной пушки. Вагон с оборудованием содержит электрический генератор и изолированное безопасное помещение для размещения пожарного персонала и электронного оборудования. Пожарный поезд дополнительно оборудован платформой для тушения пожара в тоннелях, производственных помещениях и на больших расстояниях от очага пожара, содержащей радиоуправляемый пожарный робот с обеспечением спуска на землю с управляемым приводом перемещения для подачи воды на значительные расстояния, модуль пенного пожаротушения для оперативного тушения пожара, контейнер с пожарным оборудованием и прожектор, установленный на телескопической опоре с возможностью поворота на 360°. Устройство для тушения пожара и распыления жидкости посредством поворотной водной пушки установлено на верхней поверхности вагона-цистерны с управляемыми приводами поворота поворотной пушки в горизонтальной и вертикальной плоскостях; вагон с оборудованием дополнительно оснащен баком с пенообразователем и изолированным безопасным помещением с аппаратурой автоматического или дистанционного управления поворотной водной пушкой, видеокамерами внешнего обзора с видеозаписью и выводом на монитор, с торца вагона с оборудованием установлены стеллажи для мелкого пожарного инструмента [патент RU 2454341, кл. B61D 15/00].
К недостаткам такого поезда можно отнести:
- применение насосных станций;
- использование только воды и пены, пригодных для тушения не всех видов или форм горения;
- значительные расходы на огнегасящие вещества;
- небольшая эффективность тушения;
- ограниченное расстояние выезда радиоуправляемого робота;
- невозможность использования поезда для целей, не связанных с пожаротушением;
- высокие затраты на обслуживание поезда.
Наиболее близкой к предлагаемому и выбранной в качестве прототипа является 5-вагонная рефрижераторная секция, состоящая из четырех грузовых вагонов и одного вспомогательного вагона, расположенного в середине состава секции. Вспомогательный вагон секции состоит из трех отсеков равной площади, один из которых содержит дизель-генераторы, а также аккумуляторную комнату с аккумуляторами, совмещенную со щитом электроприборов и щитом приборов автоматического контроля за работой сосудов Дьюара. Второй отсек совмещает в себе туалет-душевую, салон-кухню, котельное помещение, комнату отдыха бригады, кабину управления со столом и радиоточкой. В третьем отсеке размещена азотодобывающая станция, состоящая из двух воздухоразделительных установок, установленных по одному борту отсека и состоящих из разделительных колонн и газовых холодильных машин с приводами. По второму борту отсека установлен двухъярусный стеллаж с запасным комплектом сосудов Дьюара, выполненный с поддерживающими направляющими для размещения и фиксации сосудов в неподвижном состоянии. Отсек также содержит устройство для загрузки-выгрузки сосудов, включающее в себя направляющие и поддерживающие салазки и лебедку с приводом, причем наружные двери отсека выполнены прислонными с направляющими кронштейнами. Грузовой вагон секции содержит служебный и грузовой отсеки, разделенные теплоизолированной перегородкой, при этом служебный отсек по обе стороны вагона оснащен наружными прислонными дверями, направляющими и поддерживающими салазками, размещенными на полу отсека и выполненными с телескопическими составляющими с возможностью их выдвижения наружу из отсека для загрузки-выгрузки сосудов с азотом, лебедкой с приводом для их фиксации, а также системой подачи азота, состоящей из четырех сосудов Дьюара, функционирующих последовательно. Система распределения азота в грузовом отсеке представляет собой криогенный коллектор, состоящий из двух главных раздельно функционирующих магистралей, жестко смонтированных относительно друг друга и потолка вагона специальными креплениями, одна из которых содержит ответвления с форсунками, изогнутые по профилю потолка вагона, а вторая содержит форсунки непосредственно без ответвлений. Кроме того, используемые секцией сосуды Дьюара оснащены шарнирно закрепленными кронштейнами с вращающимися роликами, расположенными с противоположных сторон сосуда, по два с каждой стороны, а также два рым-болта для зацепления сосуда лебедкой, размещенных напротив друг друга в верхней части сосуда, в плоскости, перпендикулярной к плоскости размещения кронштейнов [патент RU 2329163, кл. B60P 3/20, B61D 3/00, B61D 27/00].
К недостаткам такой секции следует отнести:
- невозможность перевозки широкого ассортимента продукции, требующей поддержания различных температурных режимов;
- перевозка только замороженной продукции без возможности холодильной обработки непосредственно в вагоне;
- ограниченное время перевозки скоропортящейся продукции из-за большого числа остановок для дозаправки жидким азотом;
- невозможность быстрой обработки продукции в местах ее сбора;
- невысокая производительность по жидкому азоту из-за недостатка производственной площади;
- невозможность использования поезда для других целей, не связанных с перевозкой замороженной продукции.
Предлагаемое изобретение обеспечивает универсальность использования системы жидкоазотного охлаждения и направлено на решение технической задачи, заключающейся в повышении эффективности процессов холодильной обработки пищевых продуктов с целью обеспечения их сохранности, техногенных загрязнений с целью их сбора и утилизации, а также локализации процессов горения во всех его видах и формах.
Использование азота в целях холодильной обработки пищевых продуктов позволит увеличить время и расстояние перевозки продукции без дозаправки криоагентом, в течение длительного времени сохранить надлежащее качество пищевых продуктов за счет использования инертной среды, обеспечить быстрый и эффективный сбор и утилизацию нефтяных и других видов техногенных загрязнений, а в качестве средства пожаротушения сократить время, затраченное на локализацию и ликвидацию процессов горения во всех его видах и формах, и уменьшить расход огнегасящего вещества.
Технический результат, заключающийся в устранении указанных недостатков в 5-вагонном поезде азотного охлаждения, достигается за счет того, что поезд состоит из вагона-азотодобывающей станции удлиненной базы, содержащего дизель-генераторный, аккумуляторный, бытовой отсеки и отсек с азотопроизводящими установками, стеллажом, взаимозаменяемыми азотными резервуарами, газоанализаторами и кран-балкой, смонтированной в торцевой потолочной части отсека; вагона-рефрижератора, содержащего с торцов технологические отсеки: один - с взаимозаменяемыми азотными резервуарами, а другой - с азотной цистерной, жестко смонтированной относительно пола, и грузовой отсек с азотораспределительной магистралью Ф-образной формы, закрепленной посредством подвесных креплений в подпотолочном пространстве, состоящей из одного осевого и двух периферийных трубопроводов с присоединенными через патрубки форсунками и крестообразно установленные регулирующие вентили; охлаждаемой цистерны, выполненной в едином корпусе с тремя раздельными отсеками, пропорционально соотносящимися по объему, снабженными раздельной наружной проницаемой теплоизоляцией, газовыпускными клапанами, внутренними охлаждающими змеевиками, сообщающимися посредством распределительной регулирующей станции Т-образной формы с вспомогательным азотным резервуаром, смонтированными в торцевой части цистерны; вагона-цистерны с жидким азотом; технологической платформы, содержащей контейнер с перемещающимся дистанционно управляемым азотным роботом, снабженным собственным азотным резервуаром, дизельным приводом и телескопическим гибким трубопроводом с распылительным устройством, оснастку, спусковые салазки с механическим механизмом выдвижения, комплект переносных азотных ранцев с распылителем пистолетной конструкции и насадками, блок поверхностного замораживания, выполненный на модульной основе в виде взаимостыкующихся теплоизолированных перемещающихся коробов с Ж-образными распределительными азотными коллекторами, телескопический кран с электрическим приводным устройством и раздвижной жалюзевидный тент.
На фиг. 1 схематично изображен общий вид 5-вагонного поезда азотного охлаждения; на фиг. 2 изображен общий вид и план вспомогательного вагона; на фиг. 3 изображен общий вид и план рефрижераторного вагона; на фиг. 4 изображен общий вид азотораспределительной магистрали грузового вагона и схема крепления форсунок к магистрали (вид А); на фиг. 5 изображен общий вид и план охлаждаемой цистерны жидких продуктов; на фиг. 6 изображен общий вид и план технологической платформы, а также общий вид переносного азотного ранца с распылителем пистолетной конструкции и дополнительными насадками различной формы (вид Б).
Предлагаемый 5-вагонный поезд азотного охлаждения состоит из вагона-азотодобывающей станции 1 удлиненной базы, который содержит дизель-генераторный 6, аккумуляторный 7, бытовой 8 отсеки и отсек 9 с азотопроизводящими установками 10, стеллажом 11, взаимозаменяемыми азотными резервуарами 12, газоанализаторами 13 и кран-балкой 14, смонтированной в торцевой потолочной части отсека. Вагон-рефрижератор 2 содержит с торцов технологические отсеки 15: один - с взаимозаменяемыми азотными резервуарами 12, а другой - с азотной цистерной 16, жестко смонтированной относительно пола, а также грузовой отсек с азотораспределительной магистралью Ф-образной формы 17, закрепленной посредством подвесных креплений 18 в подпотолочном пространстве, состоящей из одного осевого 19 и двух периферийных 20 трубопроводов с присоединенными через патрубки 21 форсунками 22, и крестообразно установленные регулирующие вентили 23. Охлаждаемая цистерна 3 выполнена в едином корпусе с тремя раздельными отсеками 24, пропорционально соотносящимися по объему, снабженными раздельной наружной проницаемой теплоизоляцией 25, газовыпускными клапанами 26, внутренними охлаждающими змеевиками 27, сообщающимися посредством распределительной регулирующей станции Т-образной формы 28 с вспомогательным азотным резервуаром 29, смонтированными в торцевой части цистерны. В состав поезда входит вагон-цистерна 4 с запасом жидкого азота, а также технологическая платформа 5, содержащая контейнер 30 с перемещающимся дистанционно управляемым азотным роботом 31, снабженным собственным азотным резервуаром 32, дизельным приводом 33 и телескопическим гибким трубопроводом 34 с распылительным устройством 35. Контейнер дополнительно содержит в себе оснастку 36, спусковые салазки 37 с механическим механизмом выдвижения 38, комплект переносных азотных ранцев 39 с распылителем пистолетной конструкции 40 и насадками 41. В состав технологической платформы входит блок поверхностного замораживания 42, выполненный на модульной основе в виде взаимостыкующихся теплоизолированных перемещающихся коробов 43 с Ж-образными распределительными азотными коллекторами 44, телескопический кран 45 с электрическим приводным устройством 46 и раздвижной жалюзевидный тент 47, защищающий оборудование от загрязнений и атмосферных осадков.
Поезд функционирует следующим образом:
Перед отправкой в рейс вагон-азотодобывающая станция 1 оснащается необходимым количеством воды и дизельного топлива в баки, горючесмазочными материалами, количество которых рассчитано на 8 суток непрерывной работы с возможностью дозаправки в пути. Помимо этого обеспечивается заправка всех взаимозаменяемых азотных резервуаров 12, вспомогательного азотного резервуара 29, стационарной азотной цистерны 16 и вагона-цистерны 4 с жидким азотом на специальной заправочной станции. Вагон-азотодобывающая 1 станция имеет удлиненную базу (21 м) по сравнению со стандартным вспомогательным вагоном 5-вагонной рефрижераторной секции (17 м) и включает в себя дизель-генераторный 6, аккумуляторный 7, бытовой 8 отсеки и отсек 9 для производства жидкого азота с тремя азотопроизводящими установками 10, стеллажом 11 с взаимозаменяемыми азотными резервуарами 12, установленными в два яруса, газоанализаторами 13 для контроля уровня кислорода в помещении и ручной кран-балкой 14 для погрузки-выгрузки резервуаров. В процессе следования поезда по маршруту жидкий азот для заправки всех емкостей получают с помощью азотопроизводящих установок 10, расположенных в отсеке 9.
Рефрижераторный вагон предназначен для транспортировки пищевой продукции в режимах холодильной обработки и хранения охлажденной, замороженной продукции при температурах воздуха от -30°C до +10°C и температурах окружающей среды от -40°C до +40°C. Охлаждаемая цистерна жидких пищевых продуктов предназначена для транспортировки жидких охлажденных пищевых продуктов с температурой на уровне от -5°C до +15°C и их охлаждения в процессе транспортировки.
Технологическая платформа 5-вагонного поезда азотного охлаждения предназначена для холодильной обработки пищевых продуктов непосредственно в местах ее сбора при температурах криоагента от -170°C до -196°C, а также может быть использована в целях ликвидации последствий техногенных загрязнений и локализации процессов горения во всех его видах и формах при температурах азота от -150°C до -196°C.
После загрузки вагона-рефрижератора 2 и заполнения охлаждаемой цистерны жидких продуктов 3 осуществляется ручной или автоматический пуск системы подачи жидкого азота из взаимозаменяемых азотных резервуаров 29 в грузовой отсек рефрижераторного вагона 2. В зависимости от температурного режима и от внешних климатических условий в грузовом отсеке могут быть использованы различные части Ф-образной азотораспределительной магистрали 17, закрепленной в потолочном пространстве отсека с помощью креплений 18. Для менее нагруженных условий - осевой трубопровод 19, для наиболее нагруженных - осевой 19 и два периферийных трубопровода 20. Распыление азота в грузовом отсеке вагона-рефрижератора 2 осуществляется с помощью форсунок 22, соединенных с трубопроводом через патрубки 21. В случае опорожнения сосудов Дьюара возможна подача азота от стационарной цистерны 16, работа которой регулируется крестообразно установленными регулирующими вентилями 23. В случае отсутствия азота в резервуарах и стационарной емкости либо в процессе холодильной обработки во время следования поезда по маршруту магистраль может использовать вагон-цистерну 4 с запасом жидкого азота.
Подача азота в охлаждаемую цистерну жидких пищевых продуктов 3 осуществляется с помощью распределительной регулирующей станции Т-образной формы 28, соединенной с вагоном-цистерной 4 и вспомогательным азотным резервуаром 29. Азот по трубопроводу поступает в охлаждающие змеевики 27 либо всех отсеков 24 цистерны 3 одновременно или же в какой-то из них, что зависит от температурного режима, ассортимента и количества перевозимой продукции. Отработанный в змеевике азот подается в кожух цистерны 3, где находится в виде проницаемой теплоизоляции 25. Для выпуска отработанного газа из кожуха предусмотрены газовыпускные клапаны 26. В случае опорожнения вспомогательного азотного резервуара 29 возможна подача жидкого азота из вагона-цистерны 4.
Во время стоянки поезда на станции или в местах заготовки продукции подача азота может осуществляться из любой емкости, имеющейся на станции. Помимо этого, производится заполнение всех криогенных емкостей жидким азотом.
При необходимости в местах сбора и заготовки продукции может быть использован азотный дистанционно управляемый робот 31, размещенный в контейнере 30 и оснащенный собственным азотным резервуаром 32, дизельным приводом 33, телескопическим трубопроводом 34 с распылительным устройством 35, а также переносные азотные ранцы 39, состоящие из распылителя пистолетной конструкции 40, использующего различные насадки 41. Например, при высоких температурах окружающей среды - предварительное охлаждение клубники на грядках с целью ее последующего сбора и сохранения соответствующего качества либо быстрая локальная обработка уже собранного урожая в открытых ящиках перед погрузкой в рефрижераторный вагон. В контейнере имеется дополнительная оснастка 36 и запасные части для робота и азотных ранцев.
Возможно использование оборудования технологической платформы 5-вагонного поезда азотного охлаждения при тушении лесных пожаров, пожаров, произошедших в труднодоступных местах, а также для ликвидации последствий разливов нефти и других легковоспламеняющихся горючих жидкостей и других агрессивных, радиоактивных и химически опасных сред. В случае получения сигнала о возгорании или другой чрезвычайной ситуации поезд или отдельная его секция выдвигается на место ЧП и,в зависимости от обстановки производится тушение либо дистанционно управляемым азотным роботом 31, спускаемым на землю с помощью спусковых салазок 37, которые, в свою очередь, выдвигаются с помощью механического механизма выдвижения 38 либо непосредственно людьми с помощью переносных азотных ранцев 39. Для ликвидации последствий загрязнения почвы помимо робота и переносных ранцев, которые могут использоваться для обработки труднодоступных поверхностей, например каменистых, на ровных поверхностях может быть использован блок поверхностного замораживания 42, включающий в себя взаимостыкующиеся теплоизолированные короба 43, имеющие в своей конструкции Ж-образный распределительный азотный коллектор 44, которые спускаются на землю с помощью телескопического крана 45 с электрическим приводным устройством 46. Монтаж коробов может осуществляться непосредственно по месту обработки с присоединением к любому транспортному средству с азотной емкостью. Передвигаясь по загрязненной поверхности, блок промораживает поверхность грунта, тем самым подготавливая его к последующему снятию и утилизации или переработке. Для защиты блока поверхностного замораживания 42 от загрязнений и атмосферных осадков на технологической платформе 5 используется раздвижной жалюзевидный тент 47.
Использование данного поезда с экологически безопасным азотным охлаждением позволяет снизить затраты и обеспечить эффективность холодильной обработки пищевых продуктов и их сохранения, своевременность и эффективность сбора и утилизации техногенных загрязнений, локализацию процессов горения во всех его видах и формах.