Оценка и анализ конкурентоспособности различных методов осушки сжатого воздуха

Аннотация

Риполь-Сарагоси Т.Л., Риполь-Сарагоси Л.Ф.

В данной статье проводится оценка конкурентоспособности методов осушки сжатого воздуха для пневматических систем ПТО вагонных депо методом экспертных оценок. Определены критерии оценки эффективности каждого из методов. Построены профили конкурентоспособности каждого из рассматриваемых методов осушки сжатого воздуха. Определены пути повышения эффективности влагоосаждающей способности.

Ключевые слова: Осушка сжатого воздуха, Конкурентный профиль, Вагонное депо, Экспертная оценка

05.02.08 - Технология машиностроения

Основными задачами конкурентного анализа применительно к тематике данной работы являются:
– определение наиболее перспективного метода подготовки сжатого воздуха для внедрения в пневмосистему УЗОТ ПТО вагонных депо;
– разработка рекомендаций по внедрению данного метода осушки сжатого воздуха для пневмосистем УЗОТ ПТО вагонных депо.
Данный вид анализа является одним из наиболее адекватных методов определения конкурентоспособной технологии в той или иной области техники. Он базируется на методе экспертных оценок, а результатом является графическая интерпретация конкурентоспособности технологии по заранее определённым критериям при разработанной бальной шкале оценок.
Общеизвестно, что для целей осушки сжатого воздуха, в частности, для пневматических систем подвижного состава, в том числе и при безлокомотивной обработке от УЗОТов, как правило, используются три метода осушки:

• термодинамический (механический);
• адсорбционный;
• физический.

Целью данной статьи является определение конкурентоспособности существующих методов осушки сжатого воздуха в пневмосистемах УЗОТ ПТО вагонных депо.
На предварительной стадии исследования были разработаны экспертные анкеты с обозначением основных критериев сравнения методов осушки сжатого воздуха и определения удельного веса каждого критерия (таблица № 1)

Таблица №1

Критерии сравнения методов осушки сжатого воздуха

Определение необходимого количества экспертов проводилось согласно методике [1], в соответствии с которой достаточным оказалось наличие четырех экспертов. На основании обработанных анкетных данных произведём определение интегрального показателя конкурентоспособности для:

I. Оценка кокурентоспособности [2] механического (термодинамического) метода осушки сжатого воздуха.
Эксперт1. 
Эксперт 2.

Эксперт 3.

Эксперт 4.

где:
Р₁-интегральный показатель конкурентоспособности метода осушки по мнению первого эксперта
Р₂-то же по мнению второго эксперта
Р₃-то же по мнению третьего эксперта
Р₄-то же по мнению четвертого эксперта
II Оценка кокурентоспособности адсорбционного метода (химического) осушки сжатого воздуха.
Эксперт 1.

Эксперт 2.

Эксперт 3.

Эксперт 4.

III. Оценка кокурентоспособности физического метода осушки сжатого воздуха.
Эксперт 1.

Эксперт 2.

Эксперт 3.

Эксперт 4.

Для определения степени согласованности мнений экспертов определим средний бал оценок и коэффициент вариабельности. Для термодинамического метода осушки сжатого воздуха средний бал оценок с учётом представленных данных в анкетах:
.
Для адсорбционного метода осушки сжатого воздуха с учётом расчётов:
.
Для физического метода осушки сжатого воздуха аналогичный показатель равен:
.
где Х₁  – средний бал оценки механического (термодинамического) метода осушки по мнению четырех экспертов, Х₂ – то же для адсорбционного метода осушки, Х₃ –  то же для физического метода осушки.
Для оценки степени согласованности мнений экспертов воспользуемся численными значениями коэффициента вариации, определяемого по формуле:
,
где  - дисперсия индивидуальных бальных оценок, оценённая посредством формулы:
,
где  n – число экспертов, Xi – балльная оценка i-того эксперта, присвоенная соответствующему методу осушки сжатого воздуха.
Если , то степень согласованности мнений экспертов можно считать удовлетворительной, а интегральные  показатели конкурентоспособности различных методов осушки сжатого воздуха адекватными  для построения конкурентных профилей вышеуказанных методов осушки сжатого воздуха и проведения анализа их конкурентоспособности. Таким образом:
,
;
.

,
.
,
,
.
Таким образом, численные значения коэффициента вариации говорят о том, что во всех трёх случаях согласованность мнений экспертов лежит в пределах удовлетворительности. Это даёт возможность провести построение конкурентных профилей для рассмотренных методов.
Смысл построения конкурентного профиля любого метода осушки сжатого воздуха проводится для оценки его положения по отношению к  методу- конкуренту. Описанная методология даёт возможность как оценить преимущества одного метода по сравнению с методами-конкурентами, так и выявить его недостатки. Для получения конкурентного профиля метода соединим его бальные оценки в рамках шкалы-таблицы (таблица №2).

Таблица №2
Профили конкурентоспособности для трёх методов осушки сжатого воздуха

В качестве анализируемого рассматриваем механический метод осушки сжатого воздуха (1).
Конкурентными в данном случае являются: метод (2) адсорбционной осушки и метод (3) физической осушки сжатого воздуха.
Принимая 10-бальную шкалу оценок, проведём анализ конкурентных позиций выше обозначенных методов.
Метод механической осушки сжатого воздуха имеет конкурентные преимущества по сравнению с адсорбционным и физическим методами осушки сжатого воздуха по следующим критериям:

• совместимость;
• экологичность;
• влияние человеческого фактора;
• затратность;
• ремонтопригодность.

По критерию «Эффективность» он (1) уступает методу адсорбционной осушки, что указывает направление деятельности совершенствования авторами механической технологии (метода) осушки сжатого воздуха – повышение его эффективности.
Анализ количественных оценок состояния конкурентных позиций (табл. 2) метода физической осушки сжатого воздуха (3) (звуковая коагуляция, понижение температуры замерзания в сжатом воздухе) показывает его неконкурентоспособность.
Метод адсорбционной осушки сжатого воздуха (2) однозначно проигрывая технологии  механической осушки (1) сжатого воздуха по таким критериям, как «Ремонтопригодность», «Затратность», «Влияние человеческого фактора  – ошибок персонала», имеет небольшое отклонение в отрицательную сторону по критерию «Совместимость» и превосходит по критерию «Эффективность».
Результаты выше проведенного анализа позволяют  сделать следующий вывод: для повышения конкурентоспособности метода механической осушки сжатого воздуха  необходимо работать в направлении повышения его эффективности  (увеличения запаса по температуре точки росы), при этом сохраняя позиции (качественные оценки) по остальным критериям.
Анализ возможности путей повышения эффективности механического метода осушки сжатого воздуха целесообразно провести на основе рассмотрения внедрённой технологии  на примере расчётной схемы пневматической системы УЗОТ ПТО «Батайск-Север» (рис. 1), приняв её за некий эталон [3].

Рис. 1. – Схема пневматической системы УЗОТ ПТО «Батайск-Север»:
КI, КII, КIII -  компрессоры  типа ВПЗ-20/9; I – резервуар-охладитель (ресивер) (V=6,3 м³); II – резервуар – охладитель (ресивер) (V=10 м³); III, IV, V, VI, VII – элементы воздушного охладителя; VIII – система УЗОТ; IX – система подводящих трубопроводов; 1-12 – точки измерения температуры сжатого воздуха.
Первым элементом пневмосистемы является «Компрессор», в котором обеспечивается повышение давления сжатого воздуха до заданных величин. В компрессор поступает атмосферный воздух, в котором зачастую содержится влага, находящаяся в капельно-дисперсном состоянии. Данная влага может быть удалена из сжатого воздуха за счёт отделения её, например, в циклоне, который должен быть установлен перед всасывающем клапаном  компрессора. Размер  циклона и перепад  давлений на всасе определяется исходя из требуемой производительности по сжатому воздуху и качеству атмосферного  воздуха, зависящего от региона расположения депо, времени года, наличия аномальных атмосферных явлений.
Установка циклона, как системы предварительной очистки сжатого воздуха, позволит также очистить атмосферный воздух от пыли (являющейся не только центрами локальной конденсации влаги, но и причиной преждевременного износа деталей) имеющейся в нём, а в последствии и при уносе её через компрессор в пневмосистему УЗОТ.
Следующим элементом пневмосистемы является «Ресивер», в котором при неизбежном адиабатическом расширении сжатого воздуха будет наблюдаться эффект дросселирования, сопровождающийся конденсацией влаги. Для повышения объёмов сконденсированной влаги в ресивере необходимо интенсифицировать теплообменные процессы между сжатым воздухом в ресивере и атмосферным воздухом. Для этих целей предлагается  – провести оребрение ресивера  с наружной стороны и покрыть серебристой эмалью для повышения лучистой составляющей теплообмена.
Далее в схеме транспортировки сжатого воздуха в пневмосистеме УЗОТ рассмотрим «Магистральный трубопровод» – его можно рассматривать как ресивер без дросселирующего эффекта.
Далее в рассматриваемой схеме находится «Охладитель» сжатого воздуха, который обычно выполняется в виде набора параллельно соединённых трубчатых элементов.
Работу охладителя можно идентифицировать с работой ресивера с развитой поверхностью теплообмена и идентичными рекомендациями по его интенсификации.
Следующим ключевым элементом пневмосистемы является «Дроссель». Конструкция дросселя с управляемым проходным сечением позволяет поддерживать постоянный перепад давления вне зависимости от расхода сжатого воздуха. Изменение давления на выходе из дросселя при неизменном входном обеспечивает возможность управления адиабатическим процессом расширения сжатого воздуха при переменном расходе.
Количество сконденсированной влаги после дросселирования напрямую зависит от перепада давления на дросселе. После дросселирования в атмосферу вместе со сжатым воздухом должна удаляться и сконденсированная влага. Однако, ввиду невозможности обеспечения стопроцентной эффективности прохождения любого процесса в сжатом воздухе неизбежно останется влага в капельно-дисперсном состоянии. Именно для её осаждения в качестве заключительного элемента системы подготовки сжатого воздуха в пневмосистеме УЗОТ ПТО вагонного депо необходимо устанавливать «Жалюзийные сепараторы» [4], которые можно рассматривать как ресиверы с увеличенной внутренней поверхностью осаждения влаги и системой её локализации для последующей продувки в атмосферу.
Таким образом, на основании проведённого анализа конкурентоспособности различных методов осушки сжатого воздуха применительно  к пневматическим системам УЗОТ ПТО вагонных депо можно констатировать, что:

• наиболее конкурентоспособным является метод механической осушки сжатого воздуха;
• разработчикам данной технологии  необходимо  сформулировать предложения по повышению её эффективности.

Проанализировав работу аппаратов (элементов) пневмосистемы УЗОТ ПТО вагонного депо «Батайск-Север», взятого за эталон, можно сформулировать следующие предложения:

• использовать предочистку атмосферного воздуха от капельно-дисперсной влаги и пыли  за счёт установки циклона перед всасывающем клапаном компрессора;
• для интенсификации теплообменных процессов в таких элементах как ресивер, магистральный трубопровод, охладитель – необходимо проводить оребрение наружных поверхностей и покраску их серебристой эмалью;

увеличить давление нагнетания компрессора с целью увеличения перепада давления на управляемом дросселе, что позволит увеличить количество сконденсированной влаги, запас по температуре «точки росы» и, как следствие, повысить эффективность данного метода.

Литература

1. Вознесенский, В.А. Статистические методы планирования эксперимента в технико-экономических исследованиях / А.В. Вознесенский. – М.: Финансы и статистика, 1981, 263 с.
2. Мишурова, И.В., Технология корпоративного менеджмента / Мишурова И.В. и др. – М. – Ростов н/Д, Изд.: «Март», 2004, 544 с.
3. Риполь-Сарагоси, Л.Ф. Управление процессами влагоосаждения а пневмосистемах УЗОТ : монография / Л.Ф. Риполь-Сарагоси ; Рост. гос. ун-т путей сообщения. – Ростов н/Д, 2011. – 127 с. : ил. Библиогр. : 128 назв.
4. Пат. 2192917 Российская Федерация, МПК В 6 О 71/00. Резервуар для осаждения и удаления влаги из сжатых газов / Т.Л. Риполь-Сарагоси; 16.07.2001; опубл. 28.05.2001. Бюл. № 32.