Устройство снегоплавильных пунктов на основе рекуперации тепла сточных вод в условиях транспортной системы города Иркутска

кривизной 300-310 метров. Показана высокая коррелированность этих значений и подтверждена хорошая адекватность линейной модели.

3. Проведена проверка по критериям Колмогорова и Шапиро-Уилка на нормальное распределение генеральных совокупностей для максимального и среднего бокового износа рельсов. По обоим критериям гипотеза подтвердилась. Тем самым подтверждена важная предпосылка регрессионного анализа, необходимая для повышения адекватности прогнозных моделей для остаточного ресурса рельсов.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Начигин В.А., Краковский Ю.М. Прогнозирование бокового износа рельсов как процедура оценки их остаточного ресурса // Контроль. Диагностика. 2010. №6. С. 30-35.

2. Краковский Ю.М., Начигин В.А. Программное обеспечение по прогнозированию остаточного ресурса рельсов // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. 2009. № 4. С. 241-244.

3. Краковский Ю.М., Начигин В.А., Начигин А.В. Оценка технического состояния рельсов по данным мониторинга пути // Вестник ВНИИЖТ. 2012. № 5. С. 40-43.

4. Закс Л. Статистическое оценивание. М. : Статистика, 1976. 598 с.

5. Кобзарь А.И. Прикладная математическая статистика. М. : Физматлит, 2006. 238 с.

6. Кельтон В., Лоу А. Имитационное моделирование. Спб. : Питер, 2004. 847 с.

УДК 696.136: 628.25 Селех Евгений Васильевич,

магистрант кафедры строительного производства, Иркутский национальный исследовательский технический университет,

тел. 89500620066, e-mail: ewgen-irk@mail.ru Судникович Вера Геннадьевна, к. т. н., доцент кафедры инженерных коммуникаций и систем жизнеобеспечения, Иркутский национальный исследовательский технический университет, доцент кафедры строительства железных дорог, мостов и тоннелей, Иркутский государственный университет путей сообщения, тел. 89025610609, e-mail: hitroglazaya@mail.ru

УСТРОЙСТВО СНЕГОПЛАВИЛЬНЫХ ПУНКТОВ НА ОСНОВЕ РЕКУПЕРАЦИИ ТЕПЛА СТОЧНЫХ ВОД В УСЛОВИЯХ ТРАНСПОРТНОЙ СИСТЕМЫ ГОРОДА ИРКУТСКА

E. V. Selekh, V. G. Sudnikovich

ON INSTALLATION OF SNOW-MELTING POINTS ON THE BASIS OF RECOVERY OF HEAT OF SEWAGE IN THE CONDITIONS OF TRANSPORT SYSTEM OF THE CITY OF IRKUTSK

Аннотация. В статье рассматривается возможность использования снегоплавильных пунктов в условиях транспортной системы города Иркутска при реконструкции существующих сетей канализации на Маратовской развязке, с модернизацией технологического процесса топления снежной массы. Рассмотрено усовершенствование распределительной системы

При этих значениях величина критерия

равна:

Do = 0,129, D19 = 0,116 => Dn = 0,129.

Рис. 2. Функции распределения

Условие (6) при уровне значимости 0,05 выполняется, т. к.

I— 0 85

Бп = 0,129-

Учитывая, что полученное значение модифицированной статистики Колмогорова (11) меньше критического значения (а?(0,05)=0,895), гипотезу о нормальности генеральной совокупности средних значений бокового износа рельсов при уровне значимости 0,05 можно принять.

Выводы

1. Проведен статистический анализ значений бокового износа рельсов, полученных в результате мониторинга участков пути Улан-Баторской железной дороги.

2. Проведен регрессионно-корреляционный анализ пар измерений по максимальному и среднему боковому износу рельсов на семи участках с

снегоплавильного пункта посредством замены розеточных оросителей на эвольвентные. Проведен теплотехнический расчет, доказывающий целесообразность данной замены, с учетом различных факторов, влияющих на процесс плавления. Составлен график интенсивности орошения оросителей. Также приведена оценка экономического эффекта от предлагаемой модернизации на примере усовершенствования существующего снегоплавильного пункта на основе рекуперации тепла сточных вод, построенного в Санкт-Петербурге в 2013 году. Отмечена необходимость автоматизации снегоплавильного пункта, предложены мероприятия по снижению теплопотерь при его эксплуатации посредством перекрытия приемного отверстия.

Ключевые слова: снегоплавильная установка, эвольвентный ороситель, транспортная сеть, талые сточные воды, снежная масса, рекуперация тепла сточных вод.

Abstract. In the article possibility of use of snow-melting points in the conditions of transport system of the city of Irkutsk at reconstruction of the existing sewerage networks is considered, with modernization of technological process of thawing of snow. The improvement of the distribution system of the snow-melting point by rosette irrigators change to involute ones is considered. The ther-motechnical calculation proving the advantage of the change considering different factors influencing the process of melting is derived. A schedule of irrigation is set up. The assessment of the economic effect due to the proposed modernization is made on the example of improvement of the existing snow-melting point with recovery of heat of sewage built in St. Petersburg in 2013. The relevance of automation of the snow-melting point is proved, and measures to lessen heat losses at its operation are proposed.

Keywords: snow-melting installation, evolvent sprinkler, transport network, thawed sewage, snow weight, recovery of heat of

sewage.

Введение

Сложившаяся в последнее время тенденция к росту города Иркутска обуславливает увеличение не только числа жителей, транспортных систем, но и объем отходов, с которыми все тяжелее справляться существующей инфраструктуре в нынешнем ее состоянии. Возникают проблемы по очистке и вывозу снега с улиц за границы города, что приводит к увеличению загрузки улично-дорожной сети. В условиях её недостаточной развитости это ещё больше усугубляет низкую пропускную способность улиц города. Влияние снежной массы на окружающую среду Снег, который собирается с улиц, площадей и дорог, до последнего времени не подвергался очистке, а вывозился на загородные полигоны либо непосредственно сбрасывался в ближайший водоём, поскольку его относили не к отходам населенного пункта, как это делают в большей части стран мира [1], а к чистым природным осадкам. Снег, по мере его выпадения и временного хранения на земле, адсорбирует из воздуха и аккумулирует с дорожных покрытий нефтепродукты, тяжелые металлы, бытовые отходы, противогололедные материалы и т. д. (до 60 показателей). Сброс данной массы без очистки и обеззараживания в отвал влечет за собой загрязнение почвы, поверхностных и подземных водных источников, а в конечном итоге и ухудшение здоровья людей, состояния флоры и фауны. В табл. 1 приведены данные о содержании загрязнений в снежной массе, вывозимой с территории города Иркутска.

Перечисленные элементы в настоящее время вместе с вывозимой снежной массой попадают в почву, вызывая её загрязнение. Особенно опасными являются тяжелые металлы, обладающие высокой устойчивостью во внешней среде, растворимостью в воде, сорбцией почвой, растениями, что

в совокупности приводит к накоплению тяжелых металлов в среде обитания человека.

Т а б л и ц а Содержание загрязнений в снежной массе,

вывозимой с улиц го рода Иркутска [2]

Загрязнение Значение, мг/дм3

Взвешенные 400

вещества

БПК20 40

Нефтепродукты 25

Хлориды 1386,8

Железо общее 1,4

Медь 0,027

Цинк 0,09

Никель 0,003

Свинец 0,02

Кадмий 0,0004

Алюминий 0,04

Реконструкция сетей канализации с использованием снегоплавильных пунктов

В связи с вышеперечисленным, а также с наметившейся тенденцией реконструкции основных транспортных развязок в городе Иркутске, появляется возможность устройства снегопла-вильных пунктов на коллекторах канализации с использованием тепла сточных вод. Процесс технологической переработки (плавления) снежной массы осуществляется за счет подачи в снегопри-емные бункеры сточной воды из городских канализационных каналов и коллекторов [3]. При контакте со сточной водой снег растапливается и сбрасывается обратно в канализационные каналы. Для измельчения снежной массы и отсеивания крупного мусора в приемных бункерах устанавливаются сепараторы-дробилки. Данные типы снегоплавильных установок получили широкое рас-

Транспорт

пространение в европейской части нашей страны, в частности в Москве и Санкт-Петербурге.

Реконструкция транспортных развязок как нельзя лучше подходит для широкого внедрения снегоплавильных пунктов в инфраструктуру города Иркутска, поскольку подразумевает замену и перекладку существующих инженерных сетей, в частности канализации. Это позволяет встроить снегоплавильные пункты в новую планировку участка и перерабатывать образующиеся снежные массы с дорог с наименьшими расходами на их транспортировку к местам хранения. Ярким примером может служить реконструкция Маратовской развязки, расположенной в Правобережном округе города Иркутска, в месте впадения реки Ушаковки в реку Ангару.

Технология плавления снега в снегосплав-ных пунктов в условиях Иркутска может быть применена как по точному образу и подобию аналогичных пунктов в Москве и Санкт-Петербурге, так и с применением некоторых технологических усовершенствований, позволяющих ускорить процесс переработки снежных масс.

Модернизация технологии плавления

снежной массы

Одним из таких усовершенствований может быть модернизация распределительной системы, орошающей поступившую в снегосплавную камеру снежную массу. В Московской области и Санкт-Петербурге в качестве распределительных устройств применяются либо перфорированные трубопроводы, либо трубопроводы с установленными на них оросителями розеточного типа.

Существующие решения такого типа имеют

ряд недостатков, основными из которых являются низкая площадь распыления и малая плотность потока.

Предлагается заменить розеточные оросители эвольвентными. Эвольвентные оросители предназначены для формирования и распределения по защищаемой поверхности более интенсивного, по сравнению с розеточными оросителями, потока воды, а также для распределения ее по всей доступной площади. Кроме того, эвольвентные оросители обладают большей интенсивностью орошения поверхности, чем розеточные, при одинаковом давлении потока жидкости в подводящей сети [4]. Для подтверждения большей эффективности эвольвентных оросителей в лабораторных условиях проведено их сравнение с розеточными. Определяется зависимость интенсивности орошения от подводимого к оросителю давления. Испытания проводились по следующей методике: в распределительный трубопровод насосом с частотным регулированием подается поток жидкости под заранее определенным давлением. Жидкость, распыляемая оросителем, собирается в поддон, и замеряется время работы установки. Затем для каждого значения давления определяется интенсивность орошения. Испытания проводятся для оросителя каждого типа в отдельности. На рис. 1 представлены результаты испытаний в виде графика, на котором изображены кривые зависимостей интенсивности орошения от давления потока в подводящем коллекторе для розеточного оросителя и эвольвентного.

Как видно из графика, эвольвентный ороситель при любом значении давления способен рас-

0,4 0,6 0,8 1 Давление перед оросителем, МПа Рис. 1. Графики зависимости интенсивности орошения от давления перед оросителем

пылить больший объём воды за единицу времени на единицу площади, чем ороситель розеточного типа. Таким образом, его эффективность в сравнении с оросителем розеточного типа является очевидной.

Благодаря тому, что эвольвентный ороситель создает плотный поток жидкости в виде конуса, увеличится площадь взаимодействия снежной массы с распыляемой сточной водой. Соответственно, увеличится площадь теплообмена между сточной водой и снежной массой. Практическую сторону увеличения скорости таяния снега при установке данного типа оросителей отражает теплотехнический расчет.

Расчет скорости таяния снега при применении различных орошающих устройств проводился при следующих исходных данных:

- коэффициент теплопередачи снег - воздух, согласно известным данным, составляет 3,7 ккал/(м2-ч °С);

- коэффициент теплопередачи бетон (являющийся основанием нижней грани снегоплавиль-ной камеры) - снег составляет 2,3 ккал/(м2- ч • °С);

- поскольку плотность вывозимого снега может меняться и является величиной непостоянной, для конкретного расчета принимаем плотность снежной массы равной 300 кг/м3 [5];

- площадь поверхности снеготаяния 20 м2 (2,5x8 м) [6];

- площадь теплообмена бетон - снег 20 м2 [6];

- толщина снежной массы в камере - 1,2 м [6];

- удельная теплота плавления воды в твердом состоянии 333,7 кДж/кг [7].

Величиной переменной и зависящей от типа применяемого распределительного устройства является площадь теплообмена сточная вода - снег. При использовании оросителя розеточного типа, при размерах снегоплавильной камеры 2,5x8 м и толщине снега в ней 1,2 м, площадь теплообмена составит 160 м2 (с учетом пористости снежной массы [8, 9]).

При данных параметрах время таяния снега составляет 6,95 часа, а скорость таяния при толщине слоя 1,2 метра - 3,45 м3/ч.

При использовании эвольвентного оросителя изменяется картина взаимодействия распыляемой сточной воды со снегом. Тепло сточных вод будет равномерно распределятся по всей площади снегоплавильной камеры, а сформированный оросителем водяной конус будет проникать глубоко в толщу снежной массы, еще больше увеличивая площадь теплообмена. Данные преимущества достигаются за счет его технических характеристик,

в частности строения вихревой камеры [4]. Благодаря этому, площадь теплообмена сточных вод со снежной массой возрастает вдвое относительно значения розеточного оросителя, и составляет 320 м2 (с учетом пористости снежной массы [8, 9]).

При одинаковых исходных параметрах, и возросшей площади теплообмена время таяния снега составляет 3,97 часа, а скорость таяния снега составит 6 м3/ч. Полученное значение показывает возросшую практически в два раза скорость плавления в снегоплавильной камере при замене типа распределяющего устройства.

Данный теплотехнический расчет проведен при определенных температурных показателях, и значения итоговой скорости таяния снега в камере могут колебаться также от плотности поступающей в снегоплавильную камеру снежной массы, площади самой камеры и, конечно, непосредственно от температуры самой сточной воды, поступающей в камеру. Однако при прочих равных условиях результаты проведенного расчета показывают увеличение скорости таяния снега при применении эвольвентных оросителей.

Дополнительно к применению нового типа оросителей, определенный положительный эффект для увеличения производительности снего-плавильной установки окажет и устройство сдвижного люка на электроприводе, устанавливаемого поверх дробилки снега. Изоляция от температурного воздействия внешней среды позволит сохранить тепло внутри снегоплавильной камеры в то время, когда автосамосвал уже загрузил снег в камеру и держать открытым снегоплавильную установку больше не имеет смысла. В климатических условиях Иркутска [9] это особенно актуально, поскольку более низкие зимние температуры будут интенсивнее выхолаживать снегоплавиль-ную камеру, что делает невозможным установку снегоплавильной установки по образу применяемых снегоплавильных пунктов в Москве и Санкт-Петербурге.

Для оценки экономического эффекта от предлагаемых усовершенствований достаточно сравнить капиталовложения в модернизируемые узлы установки с общей стоимостью стационарного пункта на основе рекуперации тепла сточных вод. Так, снегоплавильный пункт в Санкт-Петербурге, построенный в 2013 году и обладающий производительностью 5,5 тыс. кубометров снега в сутки, обошелся городу в 300 млн рублей. Средняя стоимость одного оросителя эвольвент-ного типа - 1400 рублей за штуку. При модернизации подобного снегоплавильного пункта потребуется около 200 оросителей. Таким образом, об-

Транспорт

щая стоимость оросителей составит 280 тыс. рублей, что составляет менее 0,1 % от общей стоимости пункта. При малых капиталовложениях на модернизацию снегоплавильный пункт обеспечит увеличение скорости снеготаяния практически в два раза. Это позволит использовать более эффективно не только сам снегоплавильный пункт, но и технику, используемую для сбора и транспортировки снега для плавления, - машины будут меньше простаивать в очереди на разгрузку, что дополнительно снизит расходы на эксплуатацию оборудования.

Выводы

1. Климатические условия города Иркутска не позволяют использовать в чистом виде конструкцию снегоплавильных установок, применяемых в Москве и Санкт-Петербурге.

2. Предлагаемые решения по улучшению технологического процесса плавления снежной массы, заключающиеся в оборудовании снегопла-вильной установки распределительной системой с новыми орошающими устройствами, а также в установке сдвижного люка, увеличивают скорость таяния снега практически в два раза.

3. Существующие и планируемые мероприятия по реконструкции канализационных сетей города Иркутска предоставляют возможность внедрения снегоплавильных установок с меньшими экономическими вложениями, чем в случае со строительством аналогичных пунктов на сетях, не требующих перекладки.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Директива Европарламента и Совета 2006/12/ЕС от 05.04.2006 об отходах [Элек-

тронный ресурс] // Отходы.ру : справочно-информационная система : сайт. URL: http:// www.waste.ru/modules/section/item.php?itemid=1 24. (дата обращения 02.12.2015).

2. Справка об экологической обстановке в г.Иркутске в 2012 году [Электронный ресурс] // ФГБУ Иркутское УГМС : сайт. URL: http:// www.irmeteo.ru/. (дата обращения 02.12.2015).

3. Матосов Ю.Ю., Судникович В.Г. Вариант утилизации снега с территории ООО «Первая автоколонна» // Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость. 2014. Вып. № 4 (9). С. 86-90.

4. ПО «Спецавтоматика» : сайт. URL: http://www. sauto.biysk.ru. (дата обращения 22.12.2015).

5. Системы удаления снега с использованием городской канализации / С.В. Храменков, А.Н. Пахомов и др. // Водоснабжение и санитарная техника. 2008. № 10. С. 19-30.

6. Борисюк Н.В. Утилизация снежной массы в городе (на примере Москвы) // Стройка : сайт. URL: http://library.stroit.ru/articles/sneg (дата обращения 03.12.2015).

7. «Википедия» : сайт. URL: https://ru.wikipedia.org

8. Шмакин А.Б., Турков Д.В., Михайлов А.Ю. Модель снежного покрова с учетом слоистой структуры и ее сезонной эволюции // Криосфе-ра Земли. 2009. Т. XIII. № 4. С. 69-79.

9. СП 131.13330.2012 Строительная климатология. Актуализированная редакция СНиП 2301-99.

10.Воронов Ю.В., Дерюшев Л.Г., Дерюшева Н.Л. Вопросы проектирования стационарных снего-плавильных пунктов // Сантехника. 2013. № 2. С. 26-29.

УДК 656.211/711.553.12

Полтавская Юлия Олеговна,

аспирант кафедры менеджмента и логистики на транспорте, Иркутский национальный исследовательский технический университет, тел. 89501288389, e-mail: juliapoltavskaya@mail.ru Крипак Марина Николаевна, к. т. н., доцент кафедры управления на автомобильном транспорте, Ангарская государственная техническая академия, тел. (3955) 522388, e-mail: marikol@yandex.ru Гозбенко Валерий Ерофеевич, д. т. н., профессор,

Иркутский государственный университет путей сообщения, тел. (3952) 638357, e-mail: vgozbenko@yandex.ru

ОЦЕНКА УСЛОВИЙ ДВИЖЕНИЯ ТРАНСПОРТНЫХ ПОТОКОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ ГЕОИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

Y. O. Poltavskaya, M. N. Kripak, V. E. Gozbenko

ASSESSMENT OF THE TRAFFIC FLOW WITH USING GPS-TECHNOLOGY

Аннотация. В статье приведены результаты работы по обследованию участка улично-дорожной сети. Сбор данных осуществлялся с помощью легкового автомобиля, оборудованного GPS-навигатором, по маршруту городского общественного