УСТРОЙСТВО ТЕПЛОВОЙ ЗАЩИТЫ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ВАГОНА

Устройство относится к машиностроению, а именно, к железнодорожному вагоностроению и может быть использовано при модификации конструкции теплоизоляции существующих и перспективных корпусов железнодорожных вагонов.
Известно [1], что кузов современных пассажирских вагонов представляет собой сварную металлическую конструкцию, состоящую из набора продольных и поперечных несущих элементов, обтянутых снаружи силовой обшивкой из конструкционной стали. На внутреннюю поверхность силовой обшивки после специальной обработки, включающей антикоррозионное покрытие, накладывается теплоизоляция в виде матов, панелей или герметизированных пакетов. Теплоизоляция, в свою очередь, закрывается декоративными панелями из трудногорючих материалов. Планировка осуществляется внутри кузова в соответствии с типом вагона (купейный, открытый, межобластной и т.п.). В качестве климатических систем обеспечения требуемых параметров микроклимата внутри вагона используются: в зимнее время - в основном комбинированная электроугольная с жидким теплоносителем (вода, антифриз) или воздушная с электрокалориферным обогревом воздуха система отопления и система вентиляции; в летнее время - система вентиляции и система охлаждения. Климатические системы посредством теплообменных приборов (отопительных труб, калориферов, теплообменников) нагревают или охлаждают воздух внутри вагона и вентиляционный воздух, поступающий в вагон. В результате работы климатических систем при наличии пассажиров в помещениях вагонов поддерживаются определенные положительные температуры, при этом относительная влажность воздуха может колебаться в пределах от 30 до 90%.
Недостатками такой конструкции кузова в сочетании с работой климатических систем являются конденсация и накопление влаги на внутренних поверхностях силовой обшивки, приводящие к ее интенсивной коррозии. Этот процесс обусловлен наличием значительных градиентов температур, и в результате процессов тепломассообмена на внутренней холодной поверхности силовой обшивки происходят конденсация и накопление влаги. Этот процесс превалирует вследствие того, что большая часть времени эксплуатации вагонов в России приходится на холодный период, когда температура металлической обшивки значительно ниже температур внутренних поверхностей вагона.
Процесс накопления влаги на внутренних поверхностях металлический обшивки усугубляется непосредственным проникновением влаги через различные неплотности как изнутри, так и снаружи вагона.
В результате кузов служит 18…20 лет и меньше вместо требуемых 28 лет.
Известна конструкция кузова изотермического вагона [1], которая состоит из каркаса наружной и внутренней металлических обшивок, слоев тепло- и гидроизоляционных материалов. (См. приложение). На рис.1а, 1б, 1в представлены элементы крыши, стены и пола изотермических вагонов.
Как известно, влагосодержание теплого внутреннего воздуха выше, чем холодного наружного. По этой причине диффузия водяных паров через толщу стенки всегда происходит из теплого помещения в холодное.
Если с наружной стороны стенки расположен плотный материал, плохо пропускающий водяные пары, то часть влаги, не имея возможности выйти наружу, будет скапливаться в толще конструкции (рис.2а). Если у наружной поверхности расположен материал, не препятствующий диффузии водных паров, то вся влага будет свободно удаляться из ограждения (рис.2б).
Недостатки: данное техническое устройство является сложным, трудоемким, требует больших затрат материалов, каркасных крепежных материалов и финишной защитной облицовки.
Наиболее близким аналогом является «Устройство для временного пребывания людей» [2].
Данное устройство содержит корпус, выполненный в виде каркаса, с наружной металлической и внутренней неметаллической обшивкой, между которыми расположен теплоизоляционный материал, расположенный во внутреннем пространстве корпуса подвесной потолок, отличается тем, что он дополнительно содержит экраны - отражатели инфракрасного излучения, расположенные на изолирующем слое со стороны внутреннего пространства корпуса и на поверхности подвесного потолка со стороны корпуса.
Благодаря наличию экранов - отражателей инфракрасного излучения, которые расположены со стороны полости на подвесном потолке, и горизонтальной поверхности корпуса тепло, которое в зимнее время генерируется нагревательными приборами, которые расположены в нижней части полости корпуса, и тепловыделения пассажиров, отражается во внутрь объема корпуса. Это приводит к тому, что граница раздела холодного и горячего воздуха, т.е. «точка росы» перемещается с поверхности корпуса во внутренний объем корпуса, где воздух всегда имеет плюсовую температуру, и выпадения влаги на поверхности корпуса не происходит, а удаление избыточной влажности осуществляется за счет вентиляции внутреннего объема благодаря наличию системы вентиляции и кондиционирования.
В летний период времени, когда температура внешней обшивки увеличивается за счет солнечной радиации, предложенное устройство для временного пребывания людей работает следующим образом.
Тепловые потоки от внешней обшивки, которые за счет теплопередачи поступают в объем корпуса, отражаются экранами - отражателями инфракрасного излучения, что снижает тепловой поток от внешней обшивки во внутренний объем корпуса. Это значительно улучшает возможности системы вентиляции и кондиционирования, что приводит к стабилизации температуры внутри объема корпуса.
К недостаткам следует отнести необходимость дополнительно устанавливать экраны - отражатели и обеспечивать постоянный уход за ними. Это приводит к удорожанию стоимости вагона и увеличению трудозатрат по его уходу.
Задачей предлагаемого устройства является создание теплоизоляционной конструкции, обеспечивающей повышение адгезии и коррозионностойкости.
Цель достигается тем, что устройство тепловой защиты вагона, содержит корпус, выполненный в виде каркаса, с наружной металлической и внутренней неметаллической обшивкой, отличающейся тем, теплоизолирующий материал нанесен слоями на внутреннюю металлическую поверхность кузова вагона, образуя термобарьерное покрытие. Причем теплоизоляционный материал состоит из акрилового связующего, композиции катализаторов и фиксаторов, керамических сверхтонкостенных микросфер с разряженным воздухом, толщина теплоизоляционного материала, наносимого слоями на внутреннюю металлическую поверхность кузова вагона, составляет 1,5-3 мм.
Сущность предполагаемого решения поясняется чертежами.
На фиг.1 - приведен контур кузова вагона.
На фиг.2 - дан разрез стенки вагона с нанесенным теплоизоляционным покрытием.
На фиг.1 обозначено: 1 - контур кузова вагона и 2 - боковая внутренняя стенка вагона.
На фиг.2 обозначено: 1 - часть контура кузова вагона, 3 - теплоизоляционное покрытие.
Материал наносится слоями на внутреннюю поверхность кузова вагона 2 (фиг.1). Свойства материала позволяют покрывать равномерным слоем элементы конструкции вагона со сложной геометрией 2 (фиг.2). При нанесении на внутреннюю стальную поверхность кузова вагона 1 (фиг.2) слоя теплоизоляционного материала 3 (фиг.2) устраняется появление «мостиков холода», в результате чего образуется сплошное термобарьерное покрытие, позволяющее достигать стабилизацию климатических параметров внутри вагона при изменении внешних воздействий.
Проведенные опыты и расчеты показали, что теплоизоляционное покрытие толщиной 1 мм обеспечивает разность температур 55 градусов Цельсия в стационарном режиме в нормальных условиях.
Теплоизоляционный материал состоит из следующих компонент:
акрилового связующего;
композиция катализаторов и фиксаторов;
керамических сверхтонких сфер с разряженным воздухом.
В таблице 1 приведены технические характеристики жидкого теплоизоляционного покрытия [3].
Таблица 1
Технические характеристики жидкого теплоизоляционного покрытия
Наименование показателей
Единица измерений
Величина
Примечание
Цвет пленки
белый (зависит от заказанного цвета)
Внешний вид покрытия поверхность
матовая, ровная, однородная
Эластичность пленки при изгибе
мм
1
ГОСТ 6806-73*
Адгезия покрытия
балл
1
ГОСТ 15140
Адгезия покрытия по силе отрыва
- к бетонной поверхности
МПа
1,28
ГОСТ 28574-90
- к кирпичной поверхности
МПа
2,00
ГОСТ 28574-90
- к стали
МПа
1,2
ГОСТ 28574-90
Стойкость покрытия к воздействию перепада температур от - 40°С до +60°С
Без изменений
ГОСТ 27037-86
Стойкость покрытия к воздействию температуры +200°С за 1,5 часа
пожелтения, трещин, отслоений и пузырей нет
ГОСТ Р 51691-2000
Долговечность для бетонных и металлических поверхностей в умеренно-холодном климатическом районе
лет
Не менее 15
Теплопроводность
Вт/м°С
0,0012
Тепловосприятие
Вт/м°С
2,2
Теплоотдача
Вт/м°С
4,0
Паропроницаемость
мг/м ч Па
0,03
Коэффициент излучения поверхности
0,32
Водопоглощение за 24 часа
% объему
2
ГОСТ 11529-86
Температура поверхности при нанесении материала
°С
от+7 до+150
Температура эксплуатации от
°С
от -60 до +260
Использование в качестве теплозащитного покрытия материала толщиной от 1,5 до 3 мм позволит:
- значительно снизить вес используемых теплоизоляционных материалов;
- снизить трудоемкость выполнения работ;
- обеспечить 100% покрытие конструкции вагона любой геометрической формы;
- обеспечить антикоррозийную защиту материала конструкции;
- исключить образование конденсата влаги в конструкции;
2
2
- снизить средний коэффициент теплопередачи ограждений кузова с 0,85 Вт/м. К для современного (вагона пассажирский купейный штабной 61-4188 [3]) - до 0,42 Вт/м. К при нанесении дополнительного покрытия толщиной 1,5 мм на внутреннюю поверхность наружного металлического кузова вагона при сохранении существующей изоляции или при отказе от нее при нанесении покрытия толщиной 3 мм.
Полезная модель отличается от прототипа [2], тем, что конструкция теплоизоляционного покрытия полностью заменяется однородным покрытием сверхтонкой теплоизоляции толщиной от 1,5 до 3 мм в зависимости от решаемой тепловой задачи.
Источники информации
1. Тертеров М.Н., Лысенко Н.Е., Панферов В.Н. Железнодорожный хладотранспорт: Учебник для вузов ж/д трансп. - М.: Транспорт, 1987. - 255 с.
2. Патент на полезную модель №86920 «Устройство для временного пребывания людей», приоритет от 20 июня 2008 года.
3. Технические условия. Жидкие керамические теплоизоляционные покрытия серии «Корунд». ТУ 5760-001-83663241-2008. Внесен в реестр: Ростехрегулирование ФГУ «Волгоградский центр Стандартизации и метрологии». Учетная регистрация за 052/003567 и от 20 марта 2008 г. Волгоград, 2008 г.