Повышение надежности аккумуляторных батарей с использованием адаптивных режимов заряда в рефрижераторных контейнерах

Скоропортящимися грузами называют грузы, требующие при перевозке соблюдения температурного режима, определенной влажности и строгого выполнения санитарно-гигиенических требований. Правильные условия перевозки этой группы грузов гарантируют сохранность свойств продукта, обуславливающих его пригодность удовлетворять определенную потребность в данном продукте в соответствии с его назначением.

По исследованиям, проведенным в НИИАТе [1−8], только третья часть овощей и фруктов доходит до стола потребителей в соответствующем качестве из-за нарушений при уборке, переработке, хранении, транспортировке и реализации. Это связано с отсутствием прежде всего современных специализированных транспортных средств, тары, складов, перегрузочной техники и др.

При перевозках скоропортящихся грузов автомобильным специализированным транспортным средством экономически целесообразным можно считать расстояние до 230 — 430 км (в зависимости от вида и сохранности груза, технологии перевозок и других факторов). При этом зона использования автотранспортных средств, например, на перевозке картофеля, значительно меньше, чем при перевозке фруктов. Считается целесообразным все перевозки до 230 км (это 25 — 30% всего объема) передать автомобильному транспорту, как более оперативному [9−12].

Наше государство ежегодно теряет от потерь плодоовощной продукции около 30 млн долл.

В России возделываются более 60 видов овощей. Холодостойкие культуры (капуста, свекла, морковь, зелень, бобы) распространены повсеместно. Теплолюбивые (арбуз, дыня, баклажан, перец, томаты) произрастают в отдельных регионах (Краснодарский край, Астрахань, Северный Кавказ, Амурская область, Хабаровский край и т. п.). В остальных регионах овощи выращивают с использованием теплиц, парников [13−15].

Для каждого вида скоропортящегося продукта существуют свои температурные режимы, при которых остаются неизменными его вкус, питательность, содержание витаминов, особенности его запаха, внешний вид и предотвращается отрицательное воздействие микробиологических процессов, приводящих к гниению, распаду, брожению и подобным реакциям.

В грузах растительного происхождения при взаимодействии с окружавшей средой происходит развитие биохимических процессов. Например, для зерна, овощей и фруктов характерно дозревание, при котором в зернах сахар переходит в крахмал, а во фруктах и овощах крахмал превращается в сахар. Гнилостные бактерии способствуют распаду белковых веществ, под действием плесени происходит разложение жиров и углеводов вплоть до образования ядовитых веществ.

Процесс дыхания для грузов растительного происхождения зависит от температуры и влажности, причем окисление и распад органических соединений сопровождаются выделением тепла, что приводит к самонагреванию, самовозгоранию и порче продукта.

Отдельные продукты лучше сохраняются при повышенной температуре, другие — при пониженной. При этом необходимо знать максимальные и минимальные пределы температурного режима, при которых не происходят изменения качества перевозимого продукта. Например, для свежих плодов и овощей температура — 1,5.-2,5 °С может привести к замерзанию внутриклеточных соков, т. е. к наступлению «биологической смерти» [16]. Немаловажно знать процент воды в продуктах, так как повышенное содержание воды уменьшает срок хранения скоропортящейся продукции.

Практика показывает, что пониженные температуры увеличивают срок сохранности продукта, причем очень важным для сохранения качества является предварительное, еще до перевозки, охлаждение, что уменьшает интенсивность дыхания и испарения, увеличивает устойчивость к возбудителям заболеваний и задерживает, например, созревание плодов. Транспортировка охлажденных плодов и овощей сокращает потери от порчи на 3 — 12%, что увеличивает выход стандартной продукции на 9 — 24%.

Важны также скорость охлаждения и время достижения необходимой для данного продукта температуры транспортировки. Так, задержка охлаждения яблок на одни сутки после съема с деревьев сокращает срок хранения их на 7 — 10 суток. Косточковые плоды, ягоды, виноград, семечковые надо охлаждать не позже, чем через 4 ч после сбора с начальной температуры +25 сС до +5 °С [17].

В зависимости от способа температурной обработки грузы делятся на: свежие или остывшие продукты (без изменения их естественного состояния);

— охлажденные (температура -6.+4 °С, иногда до +13 С);

— замороженные (температура -7.-18 °С);

— глубокозамороженные (температура ниже-18 С);

— подогретые (температура выше температуры наружного воздуха).

Холод применяют сразу при производстве продукции (после убоя скота, ловли рыбысбора урожая отдельных культур и т. д.) и непосредственно при перевозке отдельной продукции в холодильниках и дальнейшего ее хранения в таком же замороженном виде.

Доставка живой рыбы является наиболее сложным процессом, так как требует конкретных условий, необходимых для жизнедеятельности данного сорта рыбы: большого количества воды определенной температуры (+4.+6 °С), что замедляет физиологические процессы и увеличивает срок перевозкиосторожности перегрузки из-за возникающего у рыб стрессааэрации воздухаликвидации хлора в воде и др.

Условия перевозки (в том числе температура воды) определенного сорта рыбы зависят от сезона. Например, карпа и сазана с ноября по март надо перевозить в воде при температуре 1 .3 °С, а с июня по август — 8. 10 °Столстолобик не перевозят в июне и августе, а щуку — в апреле и мае. Вода должна быть процежена, иначе ил и песок могут попасть в дыхательные пути и рыба задохнется. Естественно, стоимость снулой и живой рыбы резко отличается.

Воздействие на продукты неблагоприятных факторов при нарушении температурного режима приводит к резкой потере качества и понижению стойкости при дальнейшем хранении.

Особое значение в технологическом аспекте имеет подготовка груза к перевозке и дальнейшему хранению. До 30 — 40% потерь сельскохозяйственной продукции связано с укладкой в одну тару плодов разной спелости, больных плодов, заражающих остальные, земли, создающей микрофлору и способствующей быстрой порче продуктов и т. д. Кроме того, сбор урожая проходит в обстановке, неблагоприятной для хранения.

Каждый продукт в зависимости от вида, сорта, способа производства и термической обработки имеет свой временной период нахождения в системе транспортировки. Поэтому возникают задачи по ускорению продвижения грузопотока с целью обеспечения предельно минимального срока доставки, т. е. появляется ограничение: срочность доставки, в основе которой находится время технологического предела. Время технологического предела обусловлено стойкостью скоропортящегося продукта и связано, в том числе, с системой организации продвижения грузопотока. Исследованиями установлено, что математическое ожидание продолжительности перевозок отдельных отправок для разных грузов находится в пределах 4−5 сут [18, 19].

Совершенно естественно, что соблюдение температурного режима и сроков перевозки скоропортящихся грузов требует применения логистики, Л основной целью которой является «сжатие» транспортного процесса до возможного минимума времени при сохранности качества перевозимого груза. Логистика в рыночных условиях рекомендует, особенно для этой группы грузов, современные передовые технологии. Среди них, прежде всего прямая автомобильная, особенно если это касается не глубокозамороженных продуктов, и интермодальная технологии. Последняя, позволяет перевозить грузы на большие расстояния без выемки их из емкости, в которую первоначально уложен груз с соблюдением всех его особенностей.

Значительная часть грузов, относящаяся к скоропортящейся продукции, требующая соблюдения температурных режимов от производства до потребления, перевозится в автономных рефрижераторных контейнерах (АРК). Между тем, потери этой категории грузов при перевозке на транспорте по-прежнему достигают значительных размеров. В России ежегодные потери от транспортировки только плодов и овощей составляет около 250 млн. рублей. В связи с этим, вопросам развития и совершенствования АРК уделяется большое внимание.

Рис. 1. Рефрижераторные контейнеры и дизель-генераторная установка.

Рефрижераторный контейнер представляет собой сложный энергетический комплекс, в котором каждый составной элемент (система) представляет собой неотъемлемую часть, влияющую на работу всего комплекса в целом. В частности, как показывают данные статистической отчетности, одним из важных факторов, обеспечивающем устойчивую работу контейнера, заданный температурный режим, а, следовательно, и сохранность перевозимых грузов, является электростартерная система запуска дизеля, получившая преимущественное распространение на АРК. Наиболее слабым звеном в этой системе пуска является кислотная аккумуляторная батарея. Выход из строя аккумулятора непосредственно влечет за собой остановку всей системы охлаждения и резкое нарушение температурного режима.

Анализ потребления аккумуляторных батарей для АРК показал, что продолжительность работы одной батареи на контейнере практически не превышает одного года, т. е. в 3 раза меньше срока, установленного заводом-изготовителем.

Экспериментальные и теоретические исследования режима заряда стар-терных кислородных аккумуляторных батарей АРК, анализ условий их эксплуатации на контейнере позволили выявить две основные причины преждевременного выхода батарей из строя — батареи типа АРК эксплуатируются в условиях повышенного перезаряда и заряда при повышенных температурах электролита.

Наличие указанных недостатков в электростартерной системе запуска дизеля приводит к снижению надежности и эффективности ее использования, значительным потребностям в аккумуляторных батареях и значительным простоям АРК по причине их отказа.

Данная работа посвящена вопросам выбора режимов заряда на АРК с целью разработки способов и путей улучшения системы автоматизации этих процессов, создание новых прогрессивных конструкций зарядных устройств, способствующих улучшению работы электростартерной системы запуска дизеля.

Общие выводы.

1. Обследование работы ряда рефрижераторных контейнеров показало, что одной из основных причин неисправности и выхода их из рабочего парка является отказ системы электростартерного пуска дизелей. Это происходит главным образом из-за перезаряда аккумуляторных батарей и их заряда при повышенных температурах электролита, что в свою очередь является прямым следствием несовершенства существующей системы автоматизации этих процессов.

2. Экспериментальными исследованиями установлено, что показателями завершения процесса заряда могут быть: величины и характер изменения напряжения, зарядного тока и давления выделившихся газов в объеме аккумулятора над поверхностью электролита.

3. Установлено, что с увеличением периода эксплуатации батареи растет коэффициент влияния относительной степени старения Rex, Кз, Кст, причем Кст на порядок отличается от остальных коэффициентов и, следовательно, является наиболее весомым фактором, влияющим на величину конечного зарядного тока.

4. Результаты испытаний зарядного устройства, выполненного по методу разностных потенциалов, установили, что данное устройство обеспечивает полный заряд батареи с коэффициентом перезаряда КАб=1,09. Кроме того, позволяет автоматически прерывать заряд при достижении состояния полной заряженности батареи.

5. Доказано, что разработанное зарядное устройство, состоящее из ограничителя амплитуды напряжения, ограничителя зарядного тока и датчика температуры электролита, обеспечивает заряд батарей до состояния полной заряженности в течение почти годового периода эксплуатации с коэффициентом перезаряда КАБ=1,18.

6. Использование нового зарядного устройства на рефрижераторных контейнерах дает в расчетном году экономию около 5,5 тыс. USD на 1 контейнер.