СЕТЧАТОЕ УКРЫТИЕ НАВАЛОЧНОГО ГРУЗА

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Полезная модель относится к средствам укрытия твердых сыпучих грузов транспортных средств и может быть использовано для укрывания твердых сыпучих грузов при их бестарной перевозке в целях защиты от уноса.
В частности, полезная модель касается использования трудногорючего сетчатого укрытия для защиты опасных грузов, перевозимых в открытых железнодорожных полувагонах, например, гранулированной и комовой серы, от возгорания.
Также укрытие может быть использовано для защиты сыпучего груза (например, угля) в открытых универсальных железнодорожных полувагонах от возгорания, уноса и выветривания при движении поезда на маршруте.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Годовой выпуск серы в мире составляет десятки миллионы тонн. Доставка серы от производителей до потребителей и до морских портов осуществляется, как правило, по железной дороге и морским транспортом с помощью судов-сухогрузов. В России и странах СНГ по железной дороге перевозится комовая и гранулированная сера в открытых универсальных полувагонах (см. Правила перевозки опасных грузов по железным дорогам. М., «Транспорт». 1997. 251 с. и Правила безопасности и порядок ликвидации аварийной ситуации с опасными грузами при перевозке их по железной дороге. М., 1997. 434 с.).
Сера является опасным грузом 4 класса, подкласса 4.1, и способна возгораться от кратковременного (до 30 с) воздействия источника зажигания с низкой энергией - пламени спички, искры, тлеющей сигарета, и активно гореть (см. Пожаро-взрывоопасность веществ и материалов и средств их тушения: справочник. В 2 т. М., Химия, 1990. 500 с. и В.Аксютин, П.Щеглов, В.Жолобов, С.Алексанянц. Ликвидация пожаров при аварийных ситуациях с опасными грузами. Сборник трудов 7-й международной специализированной выставки «Пожарная безопасность XXI века» и 6-й международной специализированной выставки «Охранная и пожарная автоматика». М. - Эксподизайн-Холдинг.- ПожКнига. - 2008.).
3
Сера - твердое вещество плотностью 1,96÷2,07 т/м. Температура плавления серы 112÷119,3°С, температура вспышки 207°С, температура самовоспламенения 232°С, температура кипения серы 444,67°С. Горению серы предшествует образование расплава поверхности серы.
3
2
2
Горение серы протекает только в расплавленном состоянии аналогично горению жидкостей. Верхний слой горящей серы кипит, создавая пары, которые образуют слабосветящееся пламя высотой до 5 см. Небольшая высота пламени обусловлена низкой скоростью испарения жидкой серы. Основным продуктом горения серы является сернистый газ, ПДК сернистого газа 0,01 г/м. Удельная скорость выгорания серы составляет 0,0065 кг/м·с, что ниже скоростей выгорания различных твердых и жидких веществ. Так, скорость выгорания серы ниже скорости выгорания древесины (0,014 кг/м·с) более чем в 2 раза (см. упомянутую публикацию В.Аксютина).
3
Легкая возгораемость от воздействия маломощного источника зажигания вызывает зажигание поверхности серы с образованием токсичных продуктов горения в виде окислов серы - ПДК сернистого газа 0,01 г/м. Пожар серы и токсичные продукты горения серы представляют большую потенциальную опасность для железной дороги, населения прилегающих селитебных зон и окружающей среды (см. упомянутую публикацию В.Аксютина и статью П.П.Щеглова, В.И.Жолобов, Н.Н.Кисленко и др. «Пожарная опасность перевозочного процесса серы и возможные пути ее снижения». Вестник ВНИИЖТ, 2004, №1). Поэтому особое внимание при железнодорожных перевозках серы уделяется пожарной безопасности.
Основной причиной загораний серы при перевозке ее в полувагонах являются главным образом искры тепловозов, что подтверждается распределением случаев пожаров серы в полувагонах в зависимости от их расположения в составе поезда. Установлено, что вероятность загорания серы в головных вагонах в 3,5 раза выше, чем в хвостовых вагонах, и в 1,5 раза выше, чем в средней части поезда (см. вышеупомянутую публикацию П.П.Щеглова).
Искры тепловозов являются достаточно мощными источниками зажигания. Тлеющие искры имеют температуру 500÷600°С, далеко превышающую температуру самовоспламенения серы равную 232°С, и значительную продолжительность времени горения и тления - более одной минуты. Этого вполне достаточно для зажигания поверхности серы.
Воспламеняющая способность образующейся искры характеризуется ее размерами, температурой, временем действия, количеством тепловой энергии, которую искра может передать горючим материалам (Таубкин С.И. «Пожар и взрыв, особенности их экспертизы». - М., 1999. - 600 с.). Зажигательная способность искры, вылетающей из трубы тепловоза (паровоза), следующим образом зависит от геометрических размеров и начальной температуры. Искра пожароопасна при диаметре 2 мм и температуре 1000°С; при диаметре 3 мм и температуре 800°С; при диаметре 5 мм и температуре 600°С. Для искр диаметром 3,5 мм время охлаждения в воздушной среде до пожаробезопасной величины (ниже 200°С) составляет примерно 5 секунд. При определении средней скорости полета искры предлагается учитывать поправочный коэффициент, равный 0,5÷0,7. Так, при скорости ветра 20 м/с скорость полета искры равняется 20×0,7=14 м/с, а дальность полета, в пределах которой теряется зажигательная способность искры, составит 14×5=70 м. Согласно данным следственного эксперимента, при прохождении грузового тяжеловесного поезда была зафиксирована, например, дальность полета горящих искр, вылетавших из трубы тепловоза, до 32 м. Тление (свечение) искр после их соприкосновения с землей и находящимися на ней предметами наблюдалось в течение 3÷5 с (см. вышеупомянутую публикацию С.И.Таубкина).
Не исключается также загорание серы от других внешних источников зажигания - искр печей теплушек, искр отопительных котлов пассажирских вагонов, искр контактных проводов, непогашенных сигарет и спичек.
Для предотвращения случаев возгорания и пожаров серы при ее транспортировке по железной дороге используются защитные негорючие или трудногорючие укрытия поверхности серы в полувагоне. Защитные укрытия изготавливаются из трудногорючих полимерных материалов, а также твердеющей пены (см. вышеупомянутую публикацию П.П.Щеглова, а также публикацию «О мерах пожарной безопасности при перевозках серы комовой» Телеграмма ОАО «РЖД» №ФС-3639 от 21 апреля 2004 года Телеграфный №000593 А. и «Устанавливаются особые условия перевозки в собственных или арендованных полувагонах серы комовой со станций Российских ж.д. назначением на станции Российских ж.д.» Телеграмма ОАО «РЖД» №СБ-12188 от 7 декабря 2004 года. Телеграфный №000378 А).
Известно укрытие кузова транспортного средства для перевозки сыпучих грузов, содержащее закрепленные на надставных боковых бортах кузова направляющие с перемещаемыми в них каретками и эластичный тент, выполненный из двух частей, каждая из которых прикреплена к каретке и к надставному борту (патент РФ на изобретение №2207259).
Известно укрытие груза в кузове транспортного средства, содержащее тент, образованный тканевым материалом, выполненным с элементами его крепления, расположенными по всему периметру (А.С.Мелик-Саркисьянц и др. «Прицепы для легковых автомобилей», М., «Транспорт», 1979 г., стр.40-41).
Недостатком известных устройств является сложность их конструкций и незащищенность перевозимых грузов от возгорания, так как не исключено воздействие внешней среды и условий перевозки на опасный груз.
Известно укрытие груза при помощи тента, состоящего из двух частей, которые внахлест затем соединяются. Указанный тент может выполняться в трех различных вариантах (евразийская заявка ЕА 200501914 А1).
Известно укрытие груза в кузове транспортного средства, содержащее тент из гибкого материала, отличающееся тем, что тент выполнен по крайней мере двухслойным, по крайней мере один слой которого выполнен из трудногорючего полимерного материала, при этом тент выполнен с возможностью прикрепления к внутренним поверхностям бортов кузова транспортного средства над уровнем расположения груза путем зацепления элементов крепления в виде скоб за ответные элементы на кузове транспортного средства (евразийская заявка №ЕА 200501589 А1).
По всему периметру тента закреплены элементы крепления, представляющие собой скобы, зацепляющиеся за любые ответные элементы, имеющиеся в кузове транспортного средства. Тент выполнен с возможностью прикрепления к внутренним поверхностям бортов кузова транспортного средства над уровнем расположения груза или наружным поверхностям бортов кузова транспортного средства. После укрывания перевозимого груза тент может быть дополнительно охвачен системой тросов. Таким образом, после размещения тента над грузом комовая сера локализуется от внешнего воздействия среды. Обеспечивается защита груза от возгорания за счет локализации груза типа комовой серы от внешнего воздействия со стороны открытого кузова. Указанная защита обусловлена тем, что наряду с одним базовым слоем тента, например, выполненным из ткани стеклянной конструкционной или полипропилена, второй слой выполняется из трудногорючего полимерного материала, например, металлизированной полимерной пленки (полиэтилентерефталат) (см. вышеупомянутую евразийскую заявку ЕА 200501589 А1).
Недостатком вышеупомянутых тентов, изготовленных из стеклоткани, полипропилена, полиэтилентерефталата или другой полимерной пленки или сплошной ткани является большой весовой расход материала укрытия. Это приводит к повышенной стоимости и повышенному веса тента, увеличению трудоемкости работ и времени укрытия груза.
Согласно ЕА 200501589 А1 укрытие груза по первому варианту исполнения в кузове транспортного средства содержит тент, который выполнен прямоугольной формы из гибкого многослойного материала (содержащего как минимум два слоя, по крайней мере, один слой которого выполнен из трудногорючего полимерного материала), который в силу своего состава и конструкции обеспечивает защиту от возгорания перевозимых химических продуктов, например, комовой серы. По всему периметру тента закреплены элементы крепления, представляющие собой скобы, зацепляющиеся за любые ответные элементы, имеющиеся в кузове транспортного средства. Тент выполнен с возможностью прикрепления к внутренним поверхностям бортов кузова транспортного средства над уровнем расположения груза или наружным поверхностям бортов кузова транспортного средства. После укрывания перевозимого груза тент может быть дополнительно охвачен системой тросов. Таким образом, после размещения тента над грузом комовая сера локализуется от внешнего воздействия среды. Обеспечивается защита груза от возгорания за счет локализации груза типа комовой серы от внешнего воздействия со стороны открытого кузова. Указанная защита обусловлена тем, что наряду с одним базовым слоем тента, например, выполненным из ткани стеклянной конструкционной или полипропилена, второй слой выполняется из трудногорючего полимерного материала, например, металлизированной полимерной пленки (полиэтилентерефталат).
Решение, раскрытое в заявке ЕА 200501589 А1 выбрано в качестве прототипа для каждого из заявляемых объектов. Известный тент выполнен с возможностью прикрепления к внутренним поверхностям бортов кузова транспортного средства над уровнем расположения груза или наружным поверхностям бортов кузова транспортного средства. При креплении тента над уровнем расположения груза или наружным поверхностям бортов кузова транспортного средства между поверхностью груза и внутренней поверхностью тента образуется свободное пространство. Вследствие этого, при движении грузового поезда с грузом серы со скоростью 80 км/час (максимальная скорость грузового поезда 90 км/час) тент подвергается сильной ветровой нагрузке, так как на тент воздействуют аэродинамические силы, величина которых пропорциональна квадрату скорости движения набегающего воздушного потока. В результате длительного воздействия аэродинамические сил на тент его целостность может нарушаться, в этом случае поверхность груза оголяется, и тент теряет его защитные функции от возгорания груза при внешнем воздействии искр со стороны открытого кузова.
РАСКРЫТИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Настоящая полезная модель направлена на решение технической задачи по выполнению укрытия груза в кузове транспортного средства, содержащее тент, выполненный из гибкого материала с элементами его крепления, расположенными по всему периметру, причем материал тента изготовлен из трудногорючего полимерного материала, при этом тент выполнен с возможностью прикрепления к внутренним поверхностям бортов кузова транспортного средства над уровнем расположения груза путем зацепления элементов крепления в виде скоб за ответные элементы на кузове транспортного средства, отличающийся тем, что материал тента изготовлен не из сплошного трудногорючего полимерного материала или ткани, а из сетки, изготовленной из трудногорючего полимерного материала или из стеклоткани, причем максимальный размер ячейки сетки может изменяться от 5 мм - для защиты от возгорания опасного груза серы от случайных источников открытого огня, до 10÷30 мм для защиты сыпучего груза от уноса и выветривания при движении поезда на маршруте.
Техническая проблема, решаемая в данной работе, заключается в следующем.
При перевозке серы некоторые укрытия частично теряли свои защитные свойства. Во многих местах поверхность серы оголялась вследствие различных повреждений тентов. При попадании на оголенную поверхность серы тлеющих искр от тепловоза и других источников открытого огня сера загоралась.
Детальное изучение показало, что повреждение конструкции тента, связано с ветровой нагрузкой на тент при движении поезда (см. патент ЕА 017023).
Изобретение, раскрытое в евразийском патенте ЕА 017023 относится к установкам, оборудованию и способам испытания гибких укрытий железнодорожных полувагонов. В работе предложены стенд для испытания гибких укрытий железнодорожных полувагонов, содержащий аэродинамическую трубу непрерывного действия (АДТ); полноразмерная модель железнодорожного полувагона; полноразмерное гибкое укрытие; такелажные анкеры, установленные на стенках упомянутых моделей изнутри, выполненные с возможностью крепления упомянутого укрытия на различной высоте; такелажные элементы для крепления и фиксации упомянутого укрытия; люверсы, соединенные с упомянутым укрытием и расположенные на расстоянии друг от друга по всему периметру упомянутого укрытия для его крепления упомянутыми такелажными элементами к стенкам упомянутой модели; камеры, установленные с возможностью фото- и/или видеосъемки упомянутого укрытия. Выполнение модели железнодорожного полувагона и укрытия полноразмерными позволяет получать достоверные сведения о надежности и эксплуатационных характеристиках укрытий различной конструкции, оптимизировать их материалоемкость.
Испытуемые укрытия содержали несколько полотнищ из стекловолокна, сшитых между собой. Длина и ширина укрытия была немного больше, чем длина и ширина полувагона. Края укрытия по всему периметру были упрочнены и содержали металлические люверсы. Укрытия крепили за люверсы к такелажным анкерам (уголковым гребенкам) на стенках модели железнодорожного полувагона.
Свойства применяемых стеклотканей приводятся в таблице 1.
ТАБЛИЦА 1
Свойства стеклотканей
Наименование показателя
Значение показателя
Удельная плотность, г/м<sup>2</sup>
160÷280
Толщина стеклоткани, мм
0,14÷0,25
Напряжение разрыва, Н/50 ммпо основепо утку
800÷3000800÷2000
Структура указанных стеклотканей была сплошная, без отверстий на просвет.
Воздействие воздушного потока на укрытие при движении поезда. При испытаниях в аэродинамической трубе было обнаружено, что нагрузка распределяется неравномерно по площади укрытия: в передней и задней (по потоку) частях модели полувагона укрытие приподнимается, подвергаясь сильному воздействию набегающего потока воздуха, а в средней части укрытие, напротив, прижимается к поверхности пола модели железнодорожного полувагона.
В первой зоне укрытия, расположенной за торцевой стенкой полувагона со стороны набегающего потока воздуха, оно может выпучиваться вверх на высоту выше уровня крепления и находится в напряженном (натянутом) состоянии. Поверхность первой зоны в плане имеет ячеистую структуру, обусловленную наличием диагональных лент верхней обвязки, ограничивающих деформацию. В случае разрушения диагональных лент конфигурация укрытия принимает куполообразную форму. Протяженность этой зоны зависит от материала укрытия и может составлять 2÷3 метра.
В средней зоне 2 укрытие вдоль осевой линии полувагона на ширине полувагона примерно 1,5 метра (ширина всего полувагона 3 метра) прижато к полу модели полувагона. Протяженность средней зоны 2 достаточно велика и составляет 6÷7 метров.
Зона 3, расположенная за зоной 2, примыкает к задней торцевой стенке модели полувагона. В этой зоне поведение укрытия неустойчиво по всей ширине модели. Протяженность зоны 3 составляет 1÷2 метра и зависит от механических свойств полотна укрытия - плотности, проницаемости, жесткости.
Таким образом, при длительном движении поезда с повышенными скоростями, и наличии ветровой нагрузки до 80 км/час и более, возможно механическое повреждение конструкции укрытия вследствие воздействия на него значительтельных аэродинамических сил.
Было обнаружено, что этих повреждений можно избежать, если вместо сплошного укрытия использовать сетчатое укрытие из трудногорючей сетки с размером ячейки 2 мм и больше. Сетчатое укрытие обладает высокой воздухопроницаемостью и сохраняет сврою целостность при таких аэродинамических нагрузках, которые повреждают большинство несетчатых укрытий при сравнимых условиях. Соотношение между уцелевшими сетчатыми и несетчатыми укрытиями при экстремальных аэродинамических нагрузках может доходить до 10:1÷100:1 и лучше. Именно эти свойства описанных в настоящем тексте укрытий, проявляющиеся при их использовании в условиях сильных аэродинамических нагрузок, и являются техническим результатом настоящей полезной модели.
3
2
2
Воздухопроницаемостью сетки. Отметим, что воздухопроницаемость - способность материалов и конструкций пропускать воздух под влиянием перепада давления воздуха. В качестве единицы измерения воздухопроницаемости применяются в том числе м/(м·ч), мл/(см·сек). Величина коэффициента воздухопроницаемости зависит от разности давлений по одну и другую стороны материала, поэтому сравнение воздухопроницаемости производится при определенной разнице давления. В качестве примера в таблице 2 приводится группировка тканей по воздухопроницаемости.
ТАБЛИЦА 2
Группировка тканей по воздухопроницаемости.
Группытканей
Ткани
Воздухопроницаемость групп тканей
Воздухопроницаемость в мл/см<sup>2</sup> - сек
при давлении1 мм вод. ст.
придавлении 5 мм вод. ст.
1
Очень плотныехлопчатобумажные ткани
Весьма малая
Меньше 1
Меньше 50
2
Костюмные шерстяные ткани
Малая
1÷3
50÷30
3
Платьевые, демисезонные, легкие костюмные ткани
Ниже средней
3÷10
135÷375
4
Легкие бельевые иплатьевые ткани
Средняя
10÷30
375÷1000
5
Легкие платьевые ткани с большими сквознымипорами, спортивные ткани
Повышенная
30÷50
1000÷1500
6
Марля, сетка,   канва, трикотаж
Высшая
Более 50
Более 1500
2
2
Как видно из табл.2, при давлении 5 мм. вод. ст. воздухопроницаемость сетки (более 1500 мл/(см·сек)) в 30÷50 раз больше чем воздухопроницаемость хлопчатобумажных и шерстяных тканей (30÷50 мл/(см·сек)). Можно предположить, что воздухопроницаемость стеклотканей, применяемых для укрытия серы, соответствует воздухопроницаемости хлопчатобумажных и шерстяных тканей.
Преимущества укрытий из стекловолокнистых сеток перед стеклотканевым укрытием. Высокая воздухопроницаемость сетчатого укрытия позволяет избежать сильного подъема укрытия в передней и задней (по потоку) частях полувагона под действием аэродинамических сил (см. патент ЕА 017023). Вследствие высокой воздухопроницаемость сетчатого укрытия разность перепада давления над и под укрытием будет значительно меньше, чем в случае стеклотканевого укрытия. И, соответственно, воздействие набегающего потока воздуха на сетчатое укрытие будет также значительно меньше.
Применение сетчатого укрытия, вместо сплошного стеклотканевого или полимерного укрытия, позволит значительно уменьшить вероятность повреждения конструкции укрытия аэродинамическими силами воздушного потока при движении поезда на маршруте, а значит и уменьшить вероятность раскрытия и загорания опасного груза серы от внешнего источника пламени. Одновременно уменьшаются стоимость укрытия и трудоемкость при организации защиты груза.
Механизм защиты серы от загорания при использовании сетчатого укрытия из трудногорючего материала. Механизм защиты серы от загорания при использовании сетчатого укрытия из трудногорючего материала такой же, как и при использовании стеклотканевого укрытия. Сетчатое укрытие препятствует прямому контакту открытого источника пламени (сажевый агломерат из выхлопной трубы дизеля или трубы отопительного котла пассажирского вагона, непогашенная спичка или сигарета) с поверхностью серы. При использовании сетчатого укрытия размер ячейки сетки должен быть меньше, чем критический размер источника пламени - минимальный размер источника открытого пламени, способный поджечь поверхность опасного груза, например, серы.
Использование трудногорючего сетчатого укрытия для предотвращения загорания опасных грузов от открытых источников огня на маршруте. Выбор безопасного размера ячейки укрытия.
При выборе безопасного размера ячейки укрытия воспользуемся двумя источниками (см. вышеупомянутые работы В.Аксютина и П.П.Щеглова). Согласно работе Таубкина С.И., зажигательная способность искры, вылетающей из трубы тепловоза (паровоза), следующим образом зависит от геометрических размеров и начальной температуры. Искра пожароопасна при диаметре 2 мм и температуре 1000°С; при диаметре 3 мм и температуре 800°С; при диаметре 5 мм и температуре 600°С. Здесь указаны температуры искр вылетающих непосредственно из выхлопной трубы. Во время полета искры ее температура падает (см. вышеупомянутую работу Таубкина С.И.). В связи с тем, что вагоны с опасным грузом серы отделяется от локомотива минимум тремя защитными вагонами (прикрытие вагонов с опасным грузом от локомотивов тремя вагонами с неопасным грузом), максимальная температура искр значительно уменьшается.
В вышеупомянутой работе П.П.Щеглова указано: искры тепловозов являются достаточно мощными источниками зажигания; тлеющие искры имеют температуру 500÷600°С, далеко превышающую температуру самовоспламенения серы равную 232°С, и значительную продолжительность времени горения и тления - более одной минуты. Этого вполне достаточно для зажигания поверхности серы.
кр
Поэтому при выборе безопасного размера ячейки для сетчатого укрытия принимаем результаты вышеупомянутой работы П.П.Щеглова - при использовании в качестве локомотива тепловозов, искры, достигающие до вагонов с серой, имеют максимальную температуру равную 600°С. В то же время, искра имеющая температуру 600°С пожароопасна при диаметре 5 мм (см. вышеупомянутую работу Таубкина С.И.). Непогашенная сигарета во время тления имеет температуру не более 600°С. Поэтому для сетчатого укрытия принимаем безопасный размер ячейки Sкр равный 5 мм. Безопасный размер ячейки S равный 5 мм будет предохранять опасный груз, например серу, от возгорания в результате попадания в полувагон агломератов сажи и тлеющих сигарет. Для надежной защиты поверхности опасного груза, например серы, от возгорания от открытых источников огня (искр тепловоза, искр теплушек, непогашенных сигарет) необходимо использовать сетчатые трудногорючие укрытия с размером ячейки сетки (S) равной 2÷5 мм. При размере ячейки сетки более 5 мм опасный груз может загореться от попадания открытых источников огня на поверхность серы, при уменьшении размера ячейки сетки менее 2 мм уменьшается воздухопроницаемость сетки, соответственно увеличивается вероятность разрушения конструкциисетчатого укрытия от воздействия аэродинамических сил при движении поезда со скоростью до 80 км/час и дополнительного воздействия встречного или бокового ветра.
Таким образом, в соответствии с настоящей полезной моделью предлагается стойкое к воздействию сильных аэродинамических нагрузок гибкое укрытие для защиты навалочного груза от уноса при перевозке в кузове транспортного средства с бортами, содержащее тент из гибкого материала, имеющий периферические зоны, снабженные элементами крепления к упомянутым бортам над уровнем груза, и центральные зоны, выполненные сетчатыми с максимальным размером ячейки, 1,5÷45 миллиметров.
В одной из частных форм выполнения, максимальный размер ячейки выбран из диапазона между любыми двумя целыми числами, больше 1 и меньше 46. То есть, конкретный размер ячейки может быть любым вещественным числом, выбранным из диапазона между любыми двумя целыми числами от 2 до 45, включительно.
В еще одной частной форме выполнения, максимальный размер ячейки, по меньшей мере, на 20% меньше размера частиц груза, унос которых желательно предотвратить. При таком размере ячейки унос частиц будет минимальным, причем, очевидно, чем меньше размер ячейки, тем меньше вероятность уноса груза.
В другой частной форме выполнения, укрытие сохраняет стойкость при движении транспортного средства со скоростью до 80 км/ч, предпочтительльно, до 90 км/ч, особенно предпочтительно до 100 км/ч, еще более предпочтительно - до 130 км/ч.
2
В одной частной форме выполнения, упомянутый тент имеет площадь 6÷30 м.
В еще одной частной форме выполнения, площадь упомянутых центральных зон тента составляет, по меньшей мере, 70%, предпочтительно, по меньшей мере, 80%, особенно предпочтительно, по меньшей мере, 90% от общей площади тента.
В другой частной форме выполнения, просветы упомянутых ячеек имеют треугольную, квадратную, ромбическую, пятиугольную, шестиугольную, круглую или овальную форму.
В одной частной форме выполнения, площадь просветов в ячейках упомянутых центральных зон (в % от их общей площади) составляет, более 80%, предпочтительно - больше 90%, особенно предпочтительно - больше 95%.
В еще одной частной форме выполнения, упомянутые центральные и/или периферические зоны тента выполнены из трудногорючего, негорючего и/или огнестойкого тканого материала.
В другой частной форме выполнения, сетчатый материал представляет собой перфорированный листовой полимерный материал или плетеный из нитей или полос ячеистый полимерный материал.
В одной частной форме выполнения, упомянутые периферические зоны выполнены из многослойного тканого материала, в котором слои простеганы между собой.
В еще одной частной форме выполнения, элементы крепления представляют собой люверсы и/или петли.
В другой частной форме выполнения, противолежащие периферические зоны тента дополнительно соединены между собой полосами прочного нерастяжимого материала.
В одной частной форме выполнения, укрытие дополнительно снабженное по существу нерастяжимыми элементами, выбранными из группы, состоящей из тросов, канатов, цепей, ремней, текстильных, канатных и/или цепных строп, металлической проволоки, веревки, лески и/или лент плотной ткани, которые установлены таким образом, чтобы ограничить растяжение краев тента.
В еще одной частной форме выполнения, по существу нерастяжимые элементы ориентированы в поперечно-продольном или поперечно-диагональном направлении.
В другой частной форме выполнения, укрытие дополнительно снабженное по существу нерастяжимыми элементами, выбранными из группы, состоящей из тросов, канатов, цепей, ремней, текстильных, канатных и/или цепных строп, металлической проволоки, веревки, лески и/или лент плотной ткани, которые установлены таким образом, чтобы ограничить растяжение центральных зон тента.
В одной частной форме выполнения, упомянутые нерастяжимые элементы соединены между собой узлами и/или дополнительно склеены и/или соединены скрепками в местах перекрещивания.
В еще одной частной форме выполнения, упомянутые периферические зоны выполнены упруго-эластичными.
В другой частной форме выполнения, упомянутые центральные зоны выполнены из одного рулона сетки или сшиты из отдельных полотнищ сетки или выполнены из одного перфорированного листа или состоят из отдельных перфорированных листов, соединенных между собой.
В одной частной форме выполнения, упомянутый тент выполнен из стеклоткани, стекловолокна, асбестоволокна или базальтового волокна или композитных материалов, армированных стеклотканью, стекловолокном, асбестоволокном или базальтовым волокном.
В еще одной частной форме выполнения, укрытие выполненное прямоугольным, квадратным, круглым или овальным в плане.
В другой частной форме выполнения, средняя площадь ячеек упомянутых центральных зон тента изменяется антибатно величине подъемной силы, которая может действовать на поверхность упомянутого укрытия в критических режимах эксплуатации.
В одной частной форме выполнения, средняя площадь просветов ячейки в передней и/или задней (относительно направления движения транспортного средства) части упомянутого тента соотносятся со средней площадью ячейки в средней части упомянутого тента, по меньшей мере, как 1:2, предпочтительно, по меньшей мере, как 1:4, особенно предпочтительно, по меньшей мере, как 1:9, даже еще более предпочтительно, по меньшей мере, как 1:16.
В еще одной частной форме выполнения, транспортное средство представляет собой железнодорожный полувагон или бортовой полуприцеп.
В другой частной форме выполнения, навалочный груз представляет собой серу или каменный уголь.
В еще одном своем аспекте настоящая полезная модель относится к стойкому к воздействию сильных аэродинамических нагрузок гибкому укрытию для защиты навалочного груза от возгорания при перевозке в кузове транспортного средства с бортами, содержащему вышеописанное укрытие, тент которого выполнен из трудногорючего, негорючего и/или огнестойкого тканого материала с размером ячейки от 1 до 7 мм.
Навалочный груз может представлять собой серу или каменный уголь.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На фиг.1 показано укрытие из сетки.
На фиг.2 показано крепление сетчатого укрытия в железнодорожном полувагоне (вид сверху).
На фиг.3 показано крепление сетчатого укрытия в железнодорожном полувагоне. Сетчатое укрытие изготовлено из трех полотен сетки (вид сверху).
2
На фиг.4 показана сетка стеклотканевая, плотность 160 г/м, размер ячейки 5×5 мм.
На фиг.5 показано, как при загрузке угля в полувагон образуется насыпная горка.
Позициями 101-312 обозначены следующие элементы:
Обозначения: 102 - трудногорючая сетка, 104 - крепление сетки из трудногорючей ткани по периметру сетки, 106 - люверс, 108 - крепление сетки из трудногорючей ткани поперек длины укрытия.
Обозначения: 202 - трудногорючая сетка, 204 - стенка полувагона, 206 - увязочное устройство полувагона, 208 - крепящая лента для закрепления укрытия к стенкам полувагона, 210 - поперечно-диагональная лента для фиксации укрытия.
Обозначения: 302 - трудногорючая сетка, 304 - стенка полувагона, 306 - увязочное устройство полувагона, 308 - крепящая лента для закрепления укрытия к стенкам полувагона, 310 - поперечно-диагональная лента для фиксации укрытия, 312 - лента для соединения полотен сетки.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Конструкция сетчатого укрытия, крепление укрытия из сетки в железнодорожном полувагоне, и свойства стекловолокнистых сеток рассматриваются ниже.
Конструкция сетчатого укрытия. Конструкция сетчатого укрытия показана на фиг.1. Сетчатое укрытие состоит из трудногорючей сетки 102 с размером ячейки S; крепления сетки 104, изготовленной из трудногорючей ткани и расположенной по периметру сетки, причем трудногорючая ткань охватывает сетку снизу, загибается и оватывает сетку сверху, и прикреплена к сетке и/или путем прошивания и наложения шва по периметру сетки и/или путем склеивания с помощью пластичного клея.
Кроме того, сетка и трудногорючая ткань могут скрепляться вместе с помощью термопластичной пленки при нагревании последней. Крепление сетки 104 по периметру содержит люверсы 106, изготовленные из металла или пластика. Люверсы, имеющие наружный диаметр d, предназначены для крепления укрытия к стенкам вагона. Диаметр d люверсов может изменяться от 20 до 40 мм. Количество люверсов выбирается таким образом, чтобы обеспечить надежное укрытие поверхности груза при наличии встречного потока воздуха при движении грузового поезда со скоростью до 80 км/час и наличии встречного или бокового ветра.
Сетчатое укрытие (фиг.1) содержит также крепление сетки 108 из трудногорючей ткани поперек длины укрытия. Крепление сетки 108 предназначено для усиления прочности конструкции сетчатого укрытия. Длина сетчатого укрытия L и ширина сетчатого укрытия Н незначительно больше, чем длина и ширина внутренней части полувагона. Это необходимо для того, чтобы охватить и закрыть всю поверхность защищаемого опасного груза, который загружается в полувагон навалом и может иметь неровную поверхность с возвышением груза вдоль продольной оси вагона.
Крепление укрытия из сетки в железнодорожном полувагоне. Крепление укрытия из сетки в железнодорожном полувагоне показано на фиг.2. Здесь используется цельное сетчатое укрытие 202 шириной более 3 метров и длиной 13 м. Сетчатое укрытие 202, располагается над поверхностью сыпучего груза, и крепится к стенкам железнодорожного полувагона 204 при помощи увязочных устройств 206 полувагона.
Здесь увязочное устройство 206 выполнено в виде полупетли. Крепление сетчатого укрытия к полувагону по периметру производится при помощи крепящей ленты 208, которая может быть выполнена, например, из трудногорючего каната или ленты, или из троса. Для этого, крепящая лента 208 одним концом закрепляется на увязочном устройстве, продевается в ближний люверс укрытия, затем продевается в следующее увязочное устройство, и снова продевается в следующий люверс укрытия, и так операция крепления укрытия продолжается до замыкания периметра полувагона. Поперечно-диагональная лента 210 служит для фиксации укрытия над поверхностью груза и препятствует подъему укрытия вверх под действием аэродинамических сил, которые возникают при движении поезда со скоростью до 80 км/час, также при наличии встречного или бокового ветра. Здесь для фиксации укрытия над поверхностью груза использовано 8 поперечно-диагональных лент 310. Количество поперечно-диагональных лент для лучшей фиксации укрытия может быть увеличено до 14 и более.
Крепление укрытия, изготовленного из трех полотен негорючей сетки в железнодорожном полувагоне показано на фиг.3. Здесь также используется сетчатое укрытие шириной более 3 метров и длиной 13 м, изготовленное путем соединения трех полотен сетки 302 с помощью ленты 312 для соединения полотен сетки. Полотна сетки соединяются путем сшивания с использованием ленты 312 из стеклоткани или другого трудногорючего материала. Сетчатое укрытие 302, располагается над поверхностью сыпучего груза, и крепится к стенкам железнодорожного полувагона 304 при помощи увязочных устройств 306 полувагона. Здесь увязочное устройство 306 выполнено в виде полупетли. Крепление сетчатого укрытия к полувагону по периметру производится при помощи крепящей ленты 308, которая может быть выполнена, например, из трудногорючего каната или ленты, или из троса. Для этого, крепящая лента 308 одним концом закрепляется на увязочном устройстве, продевается в ближний люверс укрытия, затем продевается в следующее увязочное устройство, и снова продевается в следующий люверс укрытия, и так операция крепления укрытия продолжается до замыкания периметра полувагона. Поперечно-диагональная лента 310 служит для фиксации укрытия над поверхностью груза и препятствует подъему укрытия вверх под действием аэродинамических сил, которые возникают при движении поезда со скоростью до 80 км/час, также при наличии встречного или бокового ветра. Здесь для усиления фиксации укрытия над поверхностью груза использовано 14 поперечно-диагональных лент 310.
Трудногорючая сетка может быть изготовлена из различных материалов, например: из хлопковых или льняных нитей, пропитанных антипиренами; полимерных нитей, пропитанных полимерным антипиреном, из стеклонитей, пропитанных полимерным антипиреном. Следует отметить, что сетки выпускают различной ширины, в том числе от 1 до 4 м. Имеются вязаные сетки, например полипропиленовые сетки, ячейки которых фиксированы узлами, и сетки, ячейки которых фиксированы полимерным покрытием.
2
Свойства стекловолокнистых сеток. Стекловолокнистые сетки сочетают многие полезные свойства - прочность, гибкость, негорючесть. Известны различные виды стеклосетки - штукатурные, шпаклевочные, бытовые, армирующие для строительных работ, для изготовления спортивного снаряжения. Внешний вид стекловолокнистой сетки плотностью 160 г/м, с размером ячейки 5×5 мм показан на фиг.4.
На фиг.4 приведена стеклосетка, изготовленная путем переплетения стеклянных нитей основы и утка. При изготовлении сетки применяется, как правило, алюмоборосил-икатная стеклонить. Сама сетка пропитывается полимерным составом, называемым аппретом, обеспечивающим эластичность сетки, неподвижность ячеек, высокую разрывную нагрузку, а так же устойчивость стеклосетки к воздействию внешней среды. Аппрет это вещество, наносимое при отделке на текстильные материалы для придания им необходимых свойств. Стеклосетки в зависимости от плотности, размера ячейки и вида пропитки имеют различное назначение. В таблице 3 приведены некоторые свойства строительных стеклосеток.
ТАБЛИЦА 3
Свойства строительных стеклосеток
Размер ячейки, мм
Удельная плотностью,г/м<sup>2</sup>
Толщина сетки, мм
Содержание аппрета, %
Разрывная нагрузка, N/50 мм
2,5×2,5
70
0,28
15
1200/500
3,2×3,2
90
0,32
18
600/900
10×10
110
0,75
25
1600/1300
2
Следует отметить, что при удовлетворительной прочности на разрыв, стеклосетки обладают низкой удельной плотностью - 70÷110 г/м, что значительно меньше, чем плотность стеклотканей (табл.1).
В таблице 4 приведены некоторые свойства малярных стеклосеток.
ТАБЛИЦА 4
Свойства малярных стеклосеток
Название
Размер ячейки, мм
Ширина и длина рулона, м
Малярная 43 гр.
2×2
1×50
Штукатурная 65 гр.
5×5
1×50
Штукатурная усиленная 145 гр.
5×5
1×50
Штукатурная фасадная 160 гр.
5×5
1×50
В связи с тем, что удельная плотность стеклосетки меньше, чем удельная плотность стеклоткани, стоимость стеклосетки также значительно ниже стоимости стеклоткани.
Ранее было показано, что для защиты поверхности опасного груза, например серы, от возгорания от открытых источников огня необходимо использовать сетчатые трудногорючие укрытия с размером ячейки сетки (S) равной 2÷5 мм.
Использование трудногорючего сетчатого укрытия для предотвращения выветривания и уноса сыпучего груза.
Трудногорючее сетчатое укрытие можно использоваться предотвращения выветривания и уноса сыпучих грузов, например угля, кокса, торфа.
Рассмотрим указанный вопрос на примере углей. Известно множество марок углей:
А - антрациты, Д - длиннопламенные, Б - бурые, К - коксовые, Г - газовые, Ж - жирные, Т - тощие, ОС - отощенно-спекающиеся и другие промежуточные марки.
Фракция угля определенной марки определяется исходя из меньшего значения самой мелкой фракции и большего значения самой крупной фракции, указанной в названии марки угля (таблица 5).
ТАБЛИЦА 5.
Маркировка угля
П-плита
К-крупный
О-орех
М-мелкий
С-семечка
Ш-штыб
Р-рядовой,шахтный
Р-рядовой,карьерный
Фракция данной марки, мм
более100
50÷100
25÷50
13÷25
6÷13
0÷6
0÷200
0÷300
3
3
3
Уголь характеризуется также гранулометрическим составом - количественной характеристикой распределения угля по размеру кусков, которая нормируется для всех видов использования. Разделение угля на классы крупности производится путем его сортировки (грохочения) на ситах с отверстиями соответствующих размеров (см. Фоменко Т.Г., Бутовецкий B.C., Погарцева Е.М. Исследование углей на обогатимость. - М.: "Недра", 1978, 262 с.). Известна плотность угля и его насыпная плотность, для марки угля «антрацит кусковой сухой» плотность изменяется в диапазоне 1,35÷1,60 т/м, насыпная плотность изменяется в диапазоне 0,80÷0,85 т/м. Вследствие низкой насыпной плотности угля - менее 1 т/м, загрузка угля навалом в открытый полувагон производится с образованием насыпной горки, которая возвышается над бортами полувагона (фиг.5).
Перевозка угля в железнодорожных вагонах от угольных шахт и карьеров до тепловых электростанций сопровождается потерями угля. При перевозках угля на расстояния до 3000 км теряется до 5÷6% угля. Угольная мелочь, выдуваемая из вагонов, приводит к убыткам угледобывающих предприятий и загрязняет воздушное пространство и территорию вдоль железных дорог.
Только в России при железнодорожных перевозках потери угля в результате выдувания составляют 4÷4,5 миллиона тонн в год. Защитить уголь от выдувания могли бы вагоны с крышей, но удобных съемных крыш пока нет, а погрузка и выгрузка угля в закрытые вагоны слишком сложна. В институте горючих ископаемых предложили защитить уголь от выдувания пленкой, которая образуется не нем при распылении водно-мазутной эмульсии. Как показали испытания, такая пленка достаточно прочна, при любых погодных условиях она выдерживает перевозки на расстояния до 2000 км и скорости до 120 км/час. Пленка также предохраняет уголь от возгорания. Метод достаточно эффективен, поскольку несколько килограммов мазута, расходуемых на создание пленки, сохраняют тонну угля. Более того, вместо мазута для приготовления пленки можно использовать и более дешевый материал, например, отработанные нефтепродукты или отходы, которые получаются при переработке сырой нефти. Лучшими оказались защитные пленки, которые образуются при распылении эмульсии из 43% отработанных нефтепродуктов, 50% воды и 7% мазута. Установки для защиты угля пленками на основе мазута и отработанных нефтепродуктов успешно эксплуатируются на ряде предприятий Карагандинского угольного бассейна (см. публикацию «Уголь путешествует под пленкой» http://attelageweppes.com/category/tehnologii/ugol-puteshestvuet-pod-plenkoy.html). Недостатки указанного метода следующие. Указанный метод применим для защиты угля, для защиты других грузов он может быть неприемлем вследствие изменения химического состава груза.
В Карагандинском металлургическом институте предложили поверхность угля после загрузки покрыть защитным слоем полимерной пленки, исключающей контакт угля с воздушным потоком. Это приводит к снижению потерь угля при транспортировании на 80-90%, к уменьшению загрязнения окружающей среды (см. Технология снижения потерь угля при траспортировке в железнодорожных вагонах, НТ2003К1386, Организация-разработчик - Карагандинский металлургический институт http://www.nauka.kz/kz/about/innovation/coal/coal_4.php). Недостатки указанного метода следующие. Указанный метод требует применения полимерной пленки, которая подвержена в сильной степени воздействию аэродинамических сил и может разрушаться на маршруте.
Для уменьшения потерь угля применяются синтетические полимерные материалы, отходы целлюлозно-бумажных производств, продукты и отходы нефтепереработки. Особенно эффективно использование битумно-эмульсионных покрытий. Более дешевыми являются водомазутные эмульсии при равном соотношении мазута и воды. При использовании этих эмульсий создается прочная пленка, которая связывает мелкие фракции угля. На покрытие поверхности одного вагона расходуется 80÷120 килограммов эмульсии. Она разбрызгивается специальными установками по поверхности одного вагона за 30 секунд - две тысячи вагонов в сутки. Важно и то, что мазут и другие нефтепродукты, которые входят в состав эмульсий, полностью сгорают в процессе коксования или при сжигании угля (см. публикацию «Сырье на пути к потребителю» http://survincity.ru/2010/11/syre_na_puti_k_potrebitelyu/). Недостатки указанного метода следующие. Указанный метод применим для защиты угля, для защиты других грузов он может быть неприемлем вследствие изменения химического состава груза.
Рассмотрим влияние скорости воздушного потока на куски угля, находящиеся на верху вагона.
На практике крепление грузов на открытых железнодорожных платформах и крепление укрытий опасных грузов производится с учетом ветровой нагрузки Wв. Наибольшее значение ветровой нагрузки для крепление грузов на открытых платформах можно определить по формуле:
где:
УД
Р - удельная ветровая нагрузка;
п
S - площадь наветренной поверхности груза.
УД
уд
2
Удельная ветровая нагрузка Р на железнодорожном транспорте принята равной 50 кгс/м. Следует отметить, что указанная величина Р применяется, как правило, к грузовым поездам, максимальная скорость движения которых ограничена величиной 90 км/ч.
уд
В
Н
ЭФ
эф
В
Н
Важно оценить величину Р при различной скорости поездов, вплоть до 200÷300 км/ч. Рассмотрим воздействие воздушного потока, направление которого перпендикулярно поверхности плоской пластины площадью S. Перед пластиной образуется зона повышенного давления, среднее значение которого обозначим через Р. За пластиной, вследствие разрежения, образуется зона пониженного давления, среднее значение которого обозначим через Р. Обозначим эффективную удельную ветровую нагрузку на пластину как Р, где Р это разность Р-Р. Тогда, на пластину будет действовать сила F равная
x
С другой стороны, из аэродинамики известно, что сила лобового сопротивления Fравна
где:
X
С - коэффициент сопротивления,
ρ - плотность воздуха,
V - скорость воздуха,
g - ускорение свободного падения,
S - площадь поверхности.
X
ЭФ
Исходя из условия, что F=F, получим зависимость Р от скорости потока для пластины, расположенной перпендикулярно потоку
ЭФ
Х
Влияние скорости потока на Р для пластины видно из табл.1, куда сведены результаты расчетов, проведенных при С пластины равной 1.
ТАБЛИЦА 6
Зависимость давления Р<sub>ЭФ</sub> для пластины (С<sub>Х</sub>=1) от скорости потока
V, м/с
20
40
60
80
100
200
300
Р<sub>эф</sub>,кг/м<sup>2</sup>
1,92
7.71
17.35
30,86
48,22
192,89
434,02
ЭФ
ЭФ
ЭФ
2
2
Из таблицы 6 видно, что при скорости потока 100 км/час Р равно 48,22 кгс/м, а при 200 км/ч Р составляет 192,89 кгс/м. Отметим, что увеличение Р пропорционально увеличению скорости потока в квадрате.
ЭФ
2
Определим силу, действующую на кусок угля неправильной формы средним диаметром 50 мм при скорости воздушного потока 100 км/ч. Принимая Р равное 48,22 кг/м получим, что на кусок угля будет действовать сила F равная 0,094 кг или 94 грамма.
При скорости воздушного потока 160 км/ч на кусок угля диаметром 50 мм будет действовать сила F в 4 раза больше - 376 грамм.
В результате воздействия аэродинамических сил куски угля перекатываются по поверхности груза, отрываются от основной массы угля и уносятся воздушным потоком за пределы периметра вагона.
Для защиты угля от выдувания предлагается накрывать груз угля трудногорючим сетчатым укрытием с размером ячейки от 2 до 40 мм. При этом:
а) Размер ячейки 2 мм предлагается использовать для марки угля Ш (штыб) с размером фракции 0÷6 мм.
б) Размер ячейки 2÷5 мм предлагается использовать для марки угля С (семечка) с размером фракции 6÷13 мм.
в) Размер ячейки 2÷10 мм предлагается использовать для марки угля М (мелкий) с размером фракции 13÷25 мм.
г) Размер ячейки 2÷20 мм предлагается использовать для марки угля О (орех) с размером фракции 25÷50 мм.
д) Размер ячейки 2÷40 мм предлагается использовать для марки угля О (орех) с размером фракции 50÷100 мм.
Для защиты сыпучего груза от выдувания предлагается накрывать сыпучий груз трудногорючим сетчатым укрытием по схеме, показанной на фиг.2 или фиг.3. При этом размер квадратной ячейки S сетки должен удовлетворять условию формулы 4:
4S≤πD, (5)
где:
S - размер ячейки, мм;
π - число 3,14;
D - диаметр самой мелкой фракции груза, мм.
Если размер ячейки не квадратный, а в виде прямоугольника, размер ячейки сетки должен удовлетворять условию формулы 5:
П≤πD, (6)
где:
П - периметр ячейки, мм;
π - число 3,14;
D - диаметр самой мелкой фракции груза, мм.
Для усиления фиксации укрытия над поверхностью мелкодисперсного груза рекомендуется использовать повышенное количество поперечно-диагональных лент.
Рассмотрим механизм защиты сыпучего груза от выдувания при движении поезда с большой скоростью. В результате воздействия аэродинамических сил куски груза стремятся перекатится по поверхности груза, и оторваться от основной массы груза с последующим уносом воздушным потоком за пределы периметра вагона. Однако перекатыванию кусков груза вдоль вагона, и отрыву кусков груза от поверхности груза препятствует сетчатое укрытие, которое прижимается к поверхности груза многочисленными поперечно-диагональными лентами.