КОМПЛЕКСНАЯ СИСТЕМА СНАБЖЕНИЯ СЖАТЫМ ВОЗДУХОМ И БЛОК-КОНТЕЙНЕР КОМПРЕССОРНЫЙ ТАКОЙ СИСТЕМЫ

Полезная модель относится к системам подготовки и снабжения осушенным сжатым воздухом различных пневматических устройств и технологических процессов, предназначена в частности для снабжения сжатым воздухом сортировочных горок на железной дороге.
Из уровня техники известны мобильные комплексы подготовки осушенного сжатого воздуха, выполненные в блочно-контейнерном исполнении, оснащенные системой дистанционного управления и контроля.
Известен мобильный комплекс для диагностики тормозов подвижного состава (RU 108376, МПК B60T 17/22, B60T 17/02, F04D 25/00, опубл. 13.04.2011 г.), содержащий контейнер, образованный продольными и поперечными стенками, перекрытыми крышей, в котором установлены, по меньшей мере, один компрессор, система осушки и очистки воздуха, система отопления в виде воздушно-тепловых завес, система вентиляции в виде воздуховодов, впускных и выпускных окон с заслонками, автоматически регулируемыми посредством воздушных клапанов, система пожаротушения, управления и климат-контроля, по меньшей мере, один воздухосборник, устройство для диагностики тормозов подвижного состава. При этом в качестве устройства для диагностики установлена автоматизированная система диагностики тормозов, включающая пост управления и пневматическую установку.
Известна модульная компрессорная станция (RU 109514, МПК F04D 25/00, опубл. 20.10.201 г.), содержащая термоизолированный контейнер, установленный на платформе, и размещенные в нем, по меньшей мере, одну компрессорную установку, систему осушки и очистки воздуха, систему отопления в виде воздушно-тепловых завес, систему вентиляции в виде воздуховодов, впускных и выпускных окон с автоматически управляемыми заслонками, систему пожаротушения, управления и климат-контроля, по меньшей мере, один воздухосборник. При этом на платформе установлен дополнительный контейнер, в котором размещена комплектная трансформаторная станция, один силовой кабель которой связан с системой управления, по меньшей мере, одной компрессорной установки, а другой - с внешним источником энергии.
В качестве ближайшего аналога (прототип) выбран блок-контейнер компрессорный (RU 74356, МПК B60T 17/02, F04D 25/00, опубл. 27.06.2008 г.), содержащий контейнер с термоизоляцией, в котором размещены, по крайней мере, одна компрессорная установка, система управления электросиловым оборудованием и оборудованием автоматики, блок очистителей, устройство дистанционного управления, система вентиляции, обогреватель помещения блок-контейнера в виде пленочного лучистого электронагревателя. Система вентиляции контейнера представлена в виде системы воздуховодов, впускных и выпускных окон с воздушными автоматически управляемыми клапанами. Воздухосборник, установленный внутри контейнера, выполнен в виде, по крайней мере, одного ресивера.
Проектирование и изготовление известных систем подготовки осушенного сжатого воздуха осуществляется индивидуально для каждого потребителя с использованием большой номенклатуры расходных материалов, поэтому модульные станции (комплексы) в зависимости от технологических параметров существенно отличаются массогабаритными показателями и установленным в них оборудованием, что естественно увеличивает затраты на производство и проектирование, обслуживание и ремонт каждой модульной станции (комплекса).
В известных модульных компрессорных станциях, выполненных на базе блок-контейнеров, не предусмотрена возможность объединения их в комплексы с целью наращивания мощности (производительности) с единой системой управления. В существующих конструкциях блока-контейнера компрессорного впускные и выпускные окна системы охлаждения выполнены вдоль длинных боковых сторон контейнера, что не позволяет устанавливать контейнеры в непосредственной близости друг от друга, так как необходим технологический разрыв между контейнерами для обеспечения эффективной работы системы охлаждения.
В соответствии с новыми требованиями ОАО «Российские железные дороги» сортировочные горки должны комплектоваться однотипными блоками-контейнерами компрессорными, имеющими одинаковые массогабаритные размеры и установленное в них оборудование, что обеспечит использование меньшего количества номенклатурных единиц запасных частей и конструктивных элементов, снизив стоимость изготовления, обслуживания и ремонта компрессорной станции (комплекса).
Кроме того, в известных комплексах не предусмотрено автоматическое регулирование параметров работы, ввод в работу или отключение компрессорных установок при значительном повышении/ снижении расхода сжатого воздуха в воздушной магистрали, т.е. необходим обязательный контроль и управление со стороны оператора за работой компрессорного комплекса. Таким образом, на эффективность работы компрессорной станции (комплекса) влияет человеческий фактор, скорость обработки данных, оперативность подключения/отключения компрессорных установок и поддержания давления в магистрали сжатого воздуха.
Задача, на решение которой направлена настоящая полезная модель, заключается в обеспечении модульного построения комплексной системы снабжения сжатым воздухом с возможностью последующего наращивания ее мощности, а также в снижении расходов энергоресурсов системы на производство сжатого воздуха.
Решение поставленной задачи в комплексной системе снабжения сжатым воздухом, содержащей блок-контейнер компрессорный с установленными в нем компрессорной установкой с блоком управления компрессором, системой осушения и очищения сжатого воздуха, системой поддержания оптимальной температуры, системой освещения, охранно-пожарной сигнализацией, блоком дистанционного управления и контроля, достигается тем, комплексная система включает еще, по крайней мере, один однотипный блок-контейнер компрессорный, при этом блок-контейнеры имеют единую систему управления и контроля, а блок дистанционного управления и контроля оснащен автоматической системой управления процессом снабжения сжатым воздухом, контролирующей работу блоков управления компрессоров и обеспечивающей возможность подключения или отключения компрессорных установок блок-контейнеров компрессорных.
Кроме того, система управления процессом снабжения сжатым воздухом связана с датчиком давления в воздушной магистрали.
Решение поставленной задачи в блок-контейнере компрессорном, выполненном на основе каркасной конструкции, в котором установлены компрессорная установка с блоком управления компрессором, система осушения и очищения сжатого воздуха, система поддержания оптимальной температуры с впускными и выпускными окнами, система освещения, охранно-пожарная сигнализация, блок дистанционного управления и контроля, достигается тем, что впускные окна выполнены в торцевых сторонах, а выпускные в крыше блока-контейнера.
Блок-контейнеры компрессорные комплексной системы снабжения сжатым воздухом имеют одинаковые массогабаритные показатели и установленное в них оборудование.
В блок-контейнере установлен понижающий трансформатор.
Система поддержания оптимальной температуры выполнена в виде системы воздуховодов, представленной в виде впускных и выпускных окон с воздушными автоматически управляемыми клапанами, связанной с датчиком температуры воздуха и, по крайней мере, одного электроконвектора.
Блок-контейнер выполнен термоизолированным и шумоизолированным на основе металлической каркасной конструкции, обшитой ограждающими трехслойными панелями, имеющими утепление из пенополиуретана.
Система осушения и очищения сжатого воздуха выполнена в виде, по крайней мере, одного сепаратора-влагоотделителя с автоматическим конденсатоотводчиком, по крайней мере, одного осушителя адсорбционного типа, фильтров и влагомаслосепаратора для очищения конденсата от масла.
Блок-контейнер разделен на любое количество отсеков, может быть снабжен бытовым модулем для размещения обслуживающего персонала.
Охранно-пожарная сигнализация выполнена с автоматической системой газового либо порошкового пожаротушения.
Блоки-контейнеры модульной компрессорной станции подключены к воздухосборнику, установленному снаружи блок-контейнера.
Блок-контейнер содержит вводное устройство с автоматическим вводом резервного источника питания.
Оснащение блока дистанционного управления и контроля автоматической системой управления процессом снабжения сжатым воздухом, обеспечивающей подключение или отключение компрессорных установок блок-контейнеров компрессорных, при повышении или снижении расхода сжатого воздуха, не требует постоянного присутствия и контроля обслуживающего персонала, что повышает эффективность работы комплексной системы снабжения сжатым воздухом, сокращает эксплуатационные расходы на ее обслуживание.
Кроме того, автоматический контроль и задание параметров работы для компрессорных установок системой управления приводит к снижению энергопотребления, благодаря поддержанию оптимального согласованного режима работы всех компрессорных установок: рабочий режим, холостой ход, разгрузка, в соответствии с потребностями в осушенном сжатом воздухе.
Система управления блока дистанционного управления и контроля оповещает обслуживающий и оперативный персонал о предаварийных значениях уровней давления в воздушной магистрали, проводит оперативный мониторинг функционирования агрегатов системы снабжения сжатым воздухом с выведением информации на монитор оператора о необходимости текущего ремонта и предотказных состояниях, что приводит к сокращению эксплуатационных расходов на ремонт комплексной системы.
Наличие вводного устройства с автоматическим вводом резервного источника питания обеспечивает бесперебойную работу оборудования в случае аварийных ситуаций.
Таким образом, в предложенной комплексной системе снабжения сжатым воздухом достигается экономия расходов энергоресурсов на производство сжатого воздуха и его потребление.
Комплексная система снабжения сжатым воздухом формируется путем набора необходимого числа стандартных типовых модулей (блок-контейнеров компрессорных), имеющих одинаковую комплектацию и массогабаритные показатели, для достижения требуемой производительности.
Раньше для каждой модульной компрессорной станции подбиралось индивидуально компрессорное оборудование разной производительности и мощности с размещением его в контейнере различных размеров. При возрастании объема потребления сжатого воздуха на сортировочной горке возникает необходимость замены существующей модульной компрессорный станции на новую, имеющую большую производственную мощность, что естественно приводит к дополнительным вложениям на приобретение, установку и подключение новой станции.
Предложенный принцип организации комплексной системы снабжения сжатым воздухом существенно упрощает заказчику подбор необходимого оборудования. Применяемое оборудование максимально унифицировано и имеет минимальный перечень расходных материалов. Кроме того при дальнейшей эксплуатации комплексная система может быть доукомплектована блок-контейнерами компрессорными с целью наращивания производительности. Применение же общей (единой) системы управления обеспечивает автоматическое подключение и отключение компрессорной установки не только в пределах одного блок-контейнера, но и во всех блок-контейнерах модульной компрессорной станции, обеспечивая согласованность работы системы без необходимости присутствия персонала.
Расположение впускных окон с торцевых сторон каждого блок-контейнера, а выпускных в крыше блока-контейнера позволяет освободить длинные боковые стороны контейнеров от окон системы поддержания оптимальной температуры, что конструктивно обеспечивает возможность стыковки блок-контейнеров по длинной стороне (возможна стыковка любого количества контейнеров). Предложенное расположение окон обеспечивает более эффективную работу системы поддержания оптимальной температуры: горячий воздух из контейнера выбрасывается наверх, при этом отсутствует возможность его попадания во впускные окна торцевых сторон контейнера.
Предложенная конструкция системы поддержания оптимальной температуры более компактна и позволяет размещать оборудование в контейнер меньшего габарита.
Заявляемая комплексная система снабжения сжатым воздухом предусматривает использование интеллектуальных средств вычислительной техники, модульное построение, реализующее поэтапное наращивание функциональных возможностей и степени автоматизации управлении.
Ниже приведен один из вариантов осуществления настоящей полезной модели. Данный пример приведен прежде всего в целях иллюстрации и не должен быть истолкован как ограничение объема притязаний.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется чертежами, на фиг. 1 - вид спереди блока-контейнера компрессорного, фиг. 2 - вид сбоку блока-контейнера компрессорного, на фиг. 3 - вид спереди блок-контейнера компрессорного без боковой стенки, на фиг. 4 - вид сверху блока-контейнера компрессорного без крыши, на фиг. 5 - схема формирования комплексной системы снабжения сжатым воздухом из двух блоков-контейнеров компрессорных.
Комплексная система снабжения сжатым воздухом сортировочной горки представляет собой комплекс, состоящий из, по крайней мере, двух однотипных блок-контейнеров компрессорных 1.
Каждый блок-контейнер компрессорный 1 выполнен на основе металлической каркасной конструкции, обшитой ограждающими трехслойными панелями, имеющими утепление из пенополиуретана. Конструкция блок-контейнера 1 выполнена термоизолированной, шумопоглощающей и обеспечивающей защиту установленного в нем оборудования от атмосферных осадков, пыли и грязи.
В блок-контейнере 1 выполнены технологические ворота 2 и дверь 3 для входа персонала.
Возможно выполнение блок-контейнера компрессорного 1 на базе железнодорожного 20 - футового контейнера, имеющего утепление из полиуретана.
На наружной поверхности блок-контейнера 1 предусмотрены элементы для его транспортировки, выполненные в виде петель.
Внутреннее пространство блок-контейнера 1 может быть разделено на любое количество отсеков для установки технологического оборудования, он снабжен бытовым модулем для размещения обслуживающего персонала.
Для обеспечения безопасного доступа к блок-контейнеру 1 в темное время суток пространство возле него освещено светодиодным прожектором 4.
В каждом блок-контейнере 1 установлен источник сжатого воздуха 5, представляющий собой компрессорную установку, например, винтовую компрессорную установку ДЭН-132ШМ с тепловентилятором и электронным блоком управления Air Master S.
Последовательно после компрессорной установки 5 на технологической линии производства осушенного сжатого воздух установлен сепаратор-влагоотделитель 6 циклонного типа с автоматическим электронным конденсатоотводчиком. Сепаратор-влагоотделитель 6 осуществляет очищение сжатого воздуха от влаги, находящейся в нем в жидком виде. Далее установлен, по крайней мере, один осушитель сжатого воздуха 7 адсорбционного типа с комплектом фильтров 8. Осушитель 7 предназначен для удаления оставшейся в сжатом воздухе влаги. К сепаратору-влагоотделителю 6 и осушителю 7 подключен масловодосепаратор 9 для фильтрации выделенного конденсата от масла. Очищенный конденсат собирается в емкость, из которой автоматически выкачивается насосом в выпускной коллектор.
Осушитель 7 сжатого воздуха с комплектом фильтров 8 подключен через трубопровод 10 к, по крайней мере, одному воздухосборнику (ресивер) 11. Выход воздухосборника 11 подключен через магистраль сжатого воздуха к системе воздухоснабжения оборудования сортировочных горок.
Воздухосборник (ресивер) 11 установлен на фундамент снаружи блок-контейнера 1, благодаря чему габаритные размеры ресивера 11 не ограничены размерами блок-контейнера 1.
Блок-контейнер компрессорный 1 оборудован системой рабочего и аварийного освещения и системой поддержания оптимальной температуры (климат-контроль), включающей электроконвекторы, систему воздуховодов, представленную в виде впускных 12 и выпускных 13 окон с воздушными автоматически управляемыми клапанами и связанный с ней датчик температуры воздуха внутри помещения контейнера 1. Впускные 12 окна выполнены с торцевых сторон, а выпускные 13 в крыше каждого блок-контейнера 1.
Блок-контейнер 1 снабжен охранно-пожарной сигнализацией 14 с автоматической системой газового либо порошкового пожаротушения, а также содержит узел учета электроэнергии, понижающий трансформатор 15, щит силовой 16, вводное устройство с автоматическим вводом резерва, монорельс под таль 17 и таль ручную червячную 18.
Вводное устройство с автоматическим вводом резерва обеспечивает автоматическое подключение к резервному источнику питания в случае повреждения или аварийного отключения основного источника. Мощность вводного устройства с автоматическим вводом резерва определяется при проектировании, учитывая количество подключаемых блок-контейнеров компрессорных 1.
На щите автоматического ввода резерва отражается информация о наличии напряжения на источниках электропитания.
Узел учета энергии представляет собой сертифицированный счетчик энергии с удаленным доступом к данным о потребленной энергии по сетевому интерфейсу.
Компрессорная установка 5 каждого блок-контейнера компрессорного 1 оборудована электронным блоком управления компрессором, задающим регулируемые параметры работы компрессорной установки 5, обеспечивая их контроль и контроль оставшегося времени до проведения технического обслуживания компрессорной установки 5. Блоки управления компрессорных установок 5 объединены в систему управления верхнего уровня Metacentre DCO-3 19 блока дистанционного управления комплексной системой снабжения сжатым воздухом.
Электронный блок управления компрессором контролирует только аварийные параметры. При аварийном отключении системы управления верхнего уровня 19 компрессорные установки 5 работают в автономном режиме под управлением собственных электронных блоков управления, поддерживая производительность системы до устранения технических неполадок. Система управления верхнего уровня 19, основываясь на показаниях собственного датчика давления магистрали сжатого воздуха, использует алгоритмы управления, оптимизирующие энергопотребление компрессорных установок 5.
Основная функция системы управления верхнего уровня 19 - поддержание давления сжатого воздуха в магистрали между контрольными точками: «верхнее давление» и «нижнее давление» для достижения оптимального режима энергосбережения. Система управления верхнего уровня 19 рассчитывает «требуемый» уровень давления, который используется в качестве номинального показателя. При достижении в магистрали контрольной отметки «верхнее давление» работающий компрессор 5 разгружается, давление в магистрали должно понизиться до контрольной отметки «нижнее давление» перед тем, как компрессор 5 вновь загружается для добавления выходной мощности и повышения давления воздуха. Данный процесс продолжается при постоянном расходе воздуха в непрерывном устойчивом режиме.
Если потребность в сжатом воздухе значительно увеличивается, а выходная мощность компрессорной установки 5 при загрузке находится на отметке «нижнее давление» и является недостаточной, то давление в магистрали будет дальше понижаться, пока не достигнет нижнего уровня. В этом случае система управления верхнего уровня 19 загрузит дополнительный компрессор 5 (подключит компрессорную установку 5 второго блок-контейнера 1). Момент загружения дополнительного компрессора 5 динамично рассчитывается и определяется в зависимости от скорости понижения давления (срочно или за определенное время) и приемлемого отклонения давления в системе от нормальных контрольных пределов. Этот же алгоритм применяется и в обратном случае - при резком падении давления воздуха в магистрали.
Автоматическое подключение компрессорной установки 5 второго блок-контейнера 1 также может быть осуществлено при аварийном выходе из строя компрессорной установки 5 первого блок-контейнера 1.
Мониторинг работы компрессорных установок 5 осуществляется с поста оператора, информация о состоянии системы передается на пульт оператора по сетевому интерфейсу.
Конструкция блока-контейнера компрессорного 1 позволяет организовать комплексную систему снабжения сжатым воздухом, построение которой базируется на подборе необходимого числа модулей для обеспечения необходимой производительности.
Под понятием «модуль» здесь понимается блок-контейнер компрессорный 1, описанный в настоящей полезной модели.
Количество устанавливаемых на сортировочной горке модулей определяется по нормам расхода сжатого воздуха на установленное на горке оборудование, коэффициентам утечек, и необходимости резервирования компрессорных установок 5.
Для сортировочных горок малой мощности используется два модуля, при этом второй модуль является резервным.
Модули комплексной системы снабжения сжатым воздухом размещают в виде единого комплекса, стыковав блок-контейнеры 1 между собой длинными боковыми сторонами, либо устанавливая их в непосредственной близости друг от друга. Модули укомплектованы лотками 20 и кабель-каналами для соединения между собой силовым кабелем и кабелем связи.
Для сортировочных горок средней мощности используются четыре модуля, при этом два модуля являются рабочими, а два резервными. Для снижения перепадов давления и потерь энергии на транспортировку сжатого воздуха на большие расстояния модули могут быть распределено установлены на сортировочной горке: два модуля возле первой тормозной позиции, два - возле второй.
Для горок большой мощности используется шесть модулей, при этом два модуля являются резервными.
В комплексной системе снабжения сжатым воздухом, состоящей из двух модулей, щит автоматического ввода резерва и узел учета электроэнергии размещены в распределительном щите одного из модулей.
В комплексной системе снабжения сжатым воздухом, состоящей из трех и более модулей, щит автоматического ввода резерва и узел учета электроэнергии размещены в отдельно стоящем модуле, в котором к вводно-распределительному устройству присоединены два электрических кабеля от независимых источников электрической энергии, а с вводно-распределительного устройства на каждый модуль выведен отдельный кабель электроснабжения.
Комплексная система снабжения сжатым воздухом обеспечивает документирование технологических характеристик функционирования ее агрегатов и возможность выборочного протоколирования.
Устройство работает следующим образом.
После установки на подготовленный фундамент комплексную систему снабжения сжатым воздухом подключают к сети высоковольтной воздушной линии электропередач, к пневматической сети сортировочной горки и к сети управления и связи посредством прокладки связующего кабеля.
Блок-контейнеры 1 соединяют между собой силовым кабелем и кабелем связи, подключая через общий трубопровод к воздухосборнику 11.
При запуске системы электроэнергия поступает на обмотки трансформатора 15 рабочего блок-контейнера 1, который понижает напряжение питающей сети до необходимого рабочего значения. Далее электрическая энергия передается через силовой кабель в распределительный силовой щит автоматического ввода резерва на компрессорную установку 5.
Винтовая компрессорная установка 5 производит сжатие атмосферного воздуха. Далее сжатый воздух поступает в сепаратор-влагоотделитель 6 с автоматическим конденсатоотводчиком, где осуществляется очищение его от масла и капельной влаги, оставшаяся влага в сжатом воздухе удаляется в осушителе 7 адсорбционного типа и очищается от мелких твердых частиц проходя через систему фильтров 8.
Образовавшийся конденсат, накопившийся в сепараторе-влагоотделителе бив адсорбционном осушителе 7, состоящий из капель влаги и масла, подается в масловодосепаратор 9 для очищения конденсата от масла, где осуществляется процесс его разделения на воду и масло, которые впоследствии утилизируются как отходы.
Осушенный сжатый очищенный воздух по трубопроводу 10 поступает в, по крайней мере, один наружный воздухосборник 11, откуда подается в систему воздухоснабжения оборудования сортировочных горок.
Каждая компрессорная установка 5 имеет два основных режима работы: режим сжатия воздуха и режим ожидания, когда потребность в сжатом воздухе отсутствует.
При работе компрессорной установки 5 обогрев помещения блок-контейнера компрессорного 1 осуществляется только за счет тепла, отводимого от компрессора через систему вентиляции его концевого охладителя.
Поддержание температуры внутри помещения контейнера 1 выше +3°C, когда компрессорная установка 5 находится в режиме ожидания, осуществляется электроконвекторами.
Необходимая оптимальная рабочая температура в помещении блока-контейнера 1 поддерживается посредством впускных 12 и выпускных 13 окон. Окна представляют собой систему автоматических жалюзи, содержащих воздушные клапаны с автоматическим управлением от датчика температуры (система климат-контроля). Наружные выпускные клапаны закрываются при температуре внутри блок-контейнера 1 ниже установленной, не позволяя теплому воздуху уходить в атмосферу, при повышении температуры выше допустимой - открываются, выпуская горячий воздух.
Комплексная система снабжения сжатым воздухом может работать как автономная система, так и в составе комплексной системы автоматизированного управления сортировочной горкой.