Устройство для обогрева стрелочного перевода
Владельцы патента RU 2470108:
Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственная фирма "Электроавтоматик" (RU)
Изобретение относится к области путевого железнодорожного хозяйства, в частности к содержанию железнодорожных стрелочных переводов. Устройство содержит импульсный источник питания переменного тока низкого напряжения и подключенный к нему низкоомный электронагреватель. Источник питания имеет гальваническую развязку низковольтной цепи питания электронагревателя от питающей линейной сети и выполнен с возможностью регулирования продолжительности подаваемых импульсов. Электронагреватель выполнен в виде охваченных термостойким изоляционным слоем двух параллельных лент - резистивной низкоомной, предпочтительно из нержавеющей стали, и теплоизоляционной. Электронагреватель установлен в стрелочном желобе между подушками остряка и шейкой рамного рельса без теплового контакта с ним. Технический результат заключается в упрощении конструкции устройства и обеспечении расходования производимого тепла практически только на прямой конвекционный обогрев пространства стрелочного желоба и снижении омического сопротивления электронагревателя и соответственно величины питающего напряжения. 1 з.п.ф-лы, 5 ил.
Изобретение относится к области путевого железнодорожного хозяйства, в частности к зимнему содержанию железнодорожных стрелочных переводов, и может быть использовано на перегонах, станциях, парках и горках, эксплуатируемых в условиях снежных заносов и обледенения, для устранения влияния снегопада и гололеда на бесперебойную работу стрелочного перевода.
Известны различные средства устранения влияния снегопада и обледенения на работу стрелочного перевода:
1) выдувание снега сжатым воздухом из желоба между рамным рельсом и остряком
- SU 894027, E01B 19/00, E01H 8/10, 1981.12.30; US 4674718, E01B 7/24, 1987-06-23; СА 1292799, E01B 7/24; E01B 7/00, 1991-12-03;
2) обогрев подрельсового основания
- нагревателем с теплоносителем - горячей водой - EP 0247693, E01B 7/24, 1987.12.02; RU 2011725 C1, E01B 19/00, 1994.04.30; JP 7102501, E01B 7/24, 1995-04-18;
- резистивным нагревателем - SU 1657563 A1, E01B 7/24, 1991.06.23; RU 2002130291 A, E01B 19/00, E01B 7/24, 2004.05.10;
3) непосредственный обогрев рельсов стрелочного перевода
- горячим воздухом - GB 837748, E01B 7/24, 1960-06-15; GB 898091, E01B 7/24, 1962-06-06; GB 1066433, E01B 7/24, 1967-04-26; WO 2005045134, E01B 7/24, 2005-05-19;
- газовыми горелками - GB 968885, E01B 7/24, 1964-09-02; GB 1317496, E01B 7/24, 1973-05-16; GB 1499109, E01B 7/24, 1978-01-25; GB 2039023, E01B 7/24, 1980-07-30;
4) обогрев рельсов стрелочного перевода
- нагревателем с теплоносителем - горячей водой - GB 557993, E01B 7/24, 1943.12.14; RU 837988, E01B 7/24, 1981.06.15;
- конденсацией пара в нагревателе - FR 2538088, B61D 27/00, E01B 7/24, 1984-06-22; RU 2003755 C1, E01B 19/00, E01B 7/24, 1993.11.30;
5) электрообогрев рельсов стрелочного перевода
- индукционный непосредственный нагрев рельсов - GB 669976, E01B 7/24, 1952-04-09; GB 2272929, E01B 7/24, E01B 19/00, 1994-06-01; SU 1788117 A1, E01B 7/24, 1993.01.15; JP 10266101, E01B 7/24, 1998-10-06;
- индукционный нагрев пластины под рамным рельсом и подушкой скольжения остряка - JP 2001115403, E01H 8/08, E01B 7/24, 2001-04-24;
- обогрев резистивным нагревателем - GB 771722, E01B 7/24, 1957-04-03; SU 1096321 A, E01B 7/24, 1984.06.07; SU 1557232 A1, E01B 7/24, 1990.04.15; JP 5148801, E01B 7/24; E01H 8/08, 1993-06-15; RU 2010072 C1, E01B 7/24, E01B 19/00, 1994.03.30; RU 2010073 C1, E01B 7/24, E01B 19/00, 1994.03.30.
Известные средства, применяемые для обогрева стрелочных переводов, предусматривают сложное конструктивное воплощение и требуют при эксплуатации больших энергозатрат, в том числе и нецелевых из-за больших теплопотерь, затрачивающихся на обогрев пространства вне стрелочного перевода.
Аналогами заявляемого технического решения являются устройства, использующие для обогрева стрелочного перевода резистивные электронагреватели.
Известен электрический нагреватель для железнодорожных стрелочных переводов (GB 771722, E01B 7/24, 1957-04-03), который прикрепляется к подошве рамного рельса с противоположной стороны от остряка на участках между шпалами и имеет тепловой контакт с подошвой рельса и его шейкой на локальных участках. Для обогрева всего стрелочного перевода необходимо установить на рамных рельсах большое количество таких электронагревателей.
Известное устройство предусматривает сложное конструктивное воплощение и требует при эксплуатации больших энергозатрат, в том числе и нецелевых из-за больших теплопотерь.
Известен также обогреватель железнодорожного стрелочного перевода (SU 1096321 A, E01B 7/24, 1984.06.07), содержащий соизмеримый по длине с рамным рельсом трубчатый корпус обогревателя с размещенными внутри корпуса двумя электрическими спиралями, подключенными к источнику питания.
Противоположные концы корпуса обогревателя прикреплены к рамному рельсу с возможностью перемещения корпуса в горизонтальной плоскости с помощью привода. Привод корпуса обогревателя выполнен в виде последовательно расположенных теплопроводных пластин, увеличивающихся по длине к концу остряка. Одним концом каждая пластина соединена с корпусом, а другим - прикреплена к остряку таким образом, что при смыкании остряка с рамным рельсом корпус обогревателя относительно рамного рельса перемещается в сторону основания остряка, а при размыкании - в обратном направлении.
При включенных спиралях тепло от корпуса электронагревателя передается рамному рельсу, а через пластины - остряку и пространству стрелочного желоба, осуществляя, тем самым, его очистку.
Известное устройство предусматривает сложное конструктивное воплощение, значительные сложности при монтаже и эксплуатации, низкую надежность.
Известно устройство для обогрева стрелочного перевода (SU 1557232 A1, E01B 7/24, 1990.04.15), содержащее установленный на шпале под подошвой рамного рельса корпус, внутри которого помещен электронагреватель в виде эластичной ленты с резистивным элементом, подключенным к источнику питания. Для обогрева всего стрелочного перевода известные устройства необходимо установить под рамными рельсами на всех шпалах стрелочного перевода, предусмотрев в шпалах соответствующие посадочные места.
Известное устройство предусматривает сложную реализацию и требует при эксплуатации больших энергозатрат, в том числе и нецелевых из-за больших теплопотерь.
Известно устройство для растаивания снега на железнодорожном стрелочном переводе (JP 5148801, E01B 7/24; E01H 8/08, 1993-06-15), включающее источник питания и подключенный к нему электронагреватель, связанный с пластинчатым радиатором, который установлен на конце шпалы под локальным участком рельса. Для обогрева всего стрелочного перевода электронагреватели с пластинчатыми радиаторами необходимо установить на всех шпалах стрелочного перевода.
Известное устройство предусматривает сложное конструктивное воплощение и требует при эксплуатации больших энергозатрат, в том числе и нецелевых из-за больших теплопотерь.
Известен также обогреватель для стрелки (RU 2010072 C1, E01B 7/24, E01B 19/00, 1994.03.30), содержащий корпус из листовой стали, охватывающий как шейку, так и подошву рельса на его локальном участке. В корпусе размещаются тонкие металлические короба с нагревательным резистивным элементом. Внешние стенки нагревателя изолированы термоэкраном, что позволяет уменьшить потери только на внешнее излучение самого обогревателя. Для обогрева всего стрелочного перевода необходимо установить на нем большое количество таких электронагревателей.
Известное устройство предусматривает сложное конструктивное воплощение и требует при эксплуатации больших энергозатрат, в том числе и нецелевых из-за больших теплопотерь.
Известно устройство для обогрева стрелки (RU 2010073 C1, E01B 7/24, E01B 19/00, 1994.03.30), содержащее прикрепляемый к рельсу на его локальном участке с противоположной стороны от остряка литой алюминиевый корпус, выполненный по форме, соответствующей контуру шейки рельса. В корпусе размещены нагревательные резистивные элементы. Внешняя стенка нагревателя изолирована термоинверсионным экраном, что позволяет уменьшить потери только на внешнее излучение самого нагревателя. Для обогрева всего стрелочного перевода необходимо установить на нем большое количество известных электронагревателей.
Известное устройство предусматривает сложное конструктивное воплощение и требует при эксплуатации больших энергозатрат, в том числе и нецелевых из-за больших теплопотерь.
Известно также устройство для обогрева стрелочного перевода, применяемое в железнодорожном транспорте (Система автоматического электрообогрева стрелочных переводов СК-ТТС, ОАО «Российские железные дороги», Санкт-Петербург, 2006). Это устройство по совокупности существенных признаков является наиболее близким аналогам заявляемому техническому решению.
Известное устройство включает регулируемый по длительности включения источник питания и подключенный к нему протяженный высокоомный электротнагреватель - ТЭН. ТЭН выполнен в виде протяженной петли из высокоомного проводника, заключенного в стальной корпус, который заполнен тугоплавким изоляционным материалом - песком.
ТЭН прикреплен с тепловым контактом к рамному рельсу с противоположной стороны от остряка. При необходимости очистить стрелочный перевод от снега и льда источник питания включают и на ТЭН подают ток напряжением 220 В 50 Гц, длительность подачи которого определяется по измеряемой температуре обогреваемого рельса.
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, относятся сравнительная сложность конструкции ТЭНа, высокое напряжение его питания, ограниченный срок эксплуатации, большие энергозатраты, в том числе и нецелевые из-за больших теплопотерь на обогрев пространства вне стрелочного перевода.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является упрощение конструкции устройства, повышение надежности и удобства эксплуатации, снижение энергозатрат, увеличение срока службы и повышение техники безопасности.
Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в существенном упрощении конструкции устройства, обеспечении расходования производимого тепла только на прямой конвекционный обогрев пространства стрелочного желоба, а также в снижении омического сопротивления электронагревателя и соответствующей величины питающего напряжения.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в заявляемом устройстве для обогрева стрелочного перевода, содержащем регулируемый источник питания переменного тока и подключенный к источнику, соизмеримый по длине с рамным рельсом и прикрепленный к нему резистивный электронагреватель, в отличие от известного устройства электронагреватель выполнен в виде охваченных термостойким изоляционным слоем двух параллельных лент - резистивной низкоомной и теплоизоляционной, при этом электронагреватель установлен на верхней площадке подошвы рамного рельса со стороны остряка между его подушками скольжения и шейкой рамного рельса без теплового контакта с ним, а источник питания выполнен импульсным с гальванической развязкой его низковольтной цепи питания электронагревателя от питающей линейной сети и с возможностью регулирования продолжительности подаваемых импульсов.
Резистивную ленту электронагревателя предпочтительно выполнять из нержавеющей стали.
На фиг.1 изображено сечение электронагревателя заявляемого устройства; на фиг.2 - условное обозначение сечения участка стрелочного перевода; на фиг.3 - принципиальная схема источника питания; на фиг.4 - фотография стрелочного перевода с установленным электронагревателем; на фиг.5 - фотография остряка и рамного рельса с прикрепленным к нему электронагревателем.
Электронагреватель 1 (фиг.1) заявляемого устройства для обогрева стрелочного перевода содержит две параллельно расположенные ленты: одна - 2 - резистивная низкоомная, а другая - 3 - теплоизоляционная. Обе ленты 2 и 3 размещены в термостойком изоляционном слое 4. Электронагреватель 1 (фиг.2), соизмеримый по длине с рамным рельсом 5, нетеплопроводной стороной с помощью скоб (на фиг. не показаны) установлен в стрелочном желобе 6 на верхней площадке 7 подошвы рамного рельса 5 со стороны остряка 8 между подушками скольжения 9 остряка 8 и шейкой 10 рамного рельса 5. Концы резистивной ленты 2 электронагревателя 1 подключены к источнику питания 11.
На фиг.2 под номерами позиций N1 и N2 обозначены элементы соответственно левого и правого участков стрелочного перевода.
Источник питания 11 (фиг.3) содержит силовой трансформатор 12, первичная обмотка 13 которого связана с линейной сетью переменного тока через прерыватель - симмистор 14 со схемой его управления 15 и цепью запуска 16. Электронагреватель 1 подключен к вторичной обмотке 17 силового трансформатора 12. Схема управления 15 связана с датчиком 18 температуры наружного воздуха.
Заявляемое устройство для обогрева стрелочного перевода работает следующим образом.
При необходимости очистить стрелочный перевод от снега и льда подключение источника питания 11 к линейной сети можно осуществлять как с пульта управления (на фиг. не показан), так и автоматически по сигналу с датчика температуры 18 при достижении заданных значений температуры наружного воздуха.
Симмистор 14, управляемый схемой 15 и цепью запуска 16, посылает импульсы переменного тока заданной длительности на первичную обмотку 13 силового трансформатора 12. Вторичная обмотка 17 трансформатора 12 понижает выходное напряжение импульсов переменного тока, подаваемых на низкоомный электронагреватель 1, и, одновременно, обеспечивает гальваническую развязку электронагревателя 1 от питающей линейной сети.
При протекании импульсов тока с заданным количеством периодов переменного тока в каждом импульсе, в нагревательном элементе - резистивной ленте 2 электронагревателя 1 проявляется поверхностный эффект. Он заключается в неравномерном распределении по сечению проводника плотности тока, которая экспоненциально уменьшается по направлению к оси проводника. Максимальная величина плотности тока будет на поверхности, а в слое, толщина которого эквивалентна глубине проникновения тока, будет выделяться около 90% общего количества тепла.
Поскольку электронагреватель 1 установлен в стрелочном желобе 6 на верхней площадке 7 подошвы рамного рельса 5 без теплового контакта с ним, то излучаемое электронагревателем 1 тепло практически полностью идет на конвекционный обогрев пространства стрелочного желоба 6 и находящихся в нем снежно-ледяных образований.
В зависимости от температуры наружного воздуха, количества снега и/или льда, находящегося на стрелочном переводе, интенсивность выделения электронагревателем 1 тепла можно регулировать путем увеличения или уменьшения длительности импульсов тока, задаваемых управляемым симистором 14.
Конструктивное выполнение электронагревателя 1 в виде двух полос - резистивной 2, предпочтительно из нержавеющей стали, и теплоизоляционной 3, например, из паронита, размещенных в трубке из термоусадочного материала, существенно проще и дешевле известных электронагревателей ТЭНов, используемых в настоящее время в обогревателях стрелочных переводов СК-ТТС ОАО «РЖД».
Кроме того, применение в электронагревателе в качестве проводящего элемента ленты из нержавеющей стали с меньшим омическим сопротивлением увеличивает срок его службы, позволяет снизить напряжение питающего тока, осуществить гальваническую развязку от питающей линейной сети, повысить безопасность, надежность и удобство эксплуатации, в том числе и при ремонте стрелок, снизить энергозатраты и увеличить срок службы.
Проведенные опытные натурные испытания заявляемого технического решения (фиг.4 и 5) показали его эффективность.
В качестве электропроводной была взята лента из нержавеющей стали 1Х18Н10Т сечением 2×10 мм, напряжение питающего тока - 24 В с промышленной частотой 50 Гц, ток в импульсе достигал до 130 А. В качестве термоизолятора - лента из паронита. Симмистор - ТС 122, схема управления и запуска симмистора - контроллер PIC18F20, датчик температуры - AD22100.
Таким образом, видно, что приведенные выше сведения подтверждают возможность осуществления заявляемого изобретения, достижения указанного технического результата и решения поставленной задачи.
1. Устройство для обогрева стрелочного перевода, содержащее регулируемый источник питания переменного тока и подключенный к источнику соизмеримый по длине с рамным рельсом и прикрепленный к нему резистивный электронагреватель, отличающееся тем, что в нем электронагреватель выполнен в виде охваченных термостойким изоляционным слоем двух параллельных лент - резистивной низкоомной и теплоизоляционной, при этом электронагреватель установлен на верхней площадке подошвы рамного рельса со стороны остряка между его подушками скольжения и шейкой рамного рельса без теплового контакта с ним, а источник питания выполнен импульсным с гальванической развязкой его низковольтной цепи питания электронагревателя от питающей линейной сети и с возможностью регулирования продолжительности подаваемых импульсов.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в нем резистивная лента электронагревателя выполнена из нержавеющей стали.
