Устройство для разогрева смерзшегося груза в вагоне
Владельцы патента RU 2571678:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный университет путей сообщения" (СамГУПС) (RU)
Изобретение относится к области погрузочно-разгрузочных работ и может быть использовано для разогрева смерзшегося груза в вагоне. В устройстве для разогрева смерзшегося груза в вагоне, содержащем основание и источник переменного напряжения с преобразователем, введена рабочая камера, в верхней части которой по бокам и по торцам установлены вертикальные перфорированные панели, верхние и нижние вращающиеся металлические лопасти и верхние ряды нагревательных элементов со сверхвысокочастотными генераторами с воздушным охлаждением, соединенные со сверхвысокочастотным трактом с облучающими волноводами и выходами в виде щелевых антенн. На нижних рядах нагревательных элементов выполнены сверхвысокочастотные генераторы с воздушным охлаждением. На вагоне установлены бесконтактные измерители температуры наружной поверхности вагона и смерзшегося груза, соединенные с блоком автоматического управления. Изобретение повышает энергоэффективность, сокращает продолжительность разогрева смерзшегося груза в вагоне, повышает безопасность. 3 ил.
Изобретение относится к области погрузочно-разгрузочных работ и может быть использовано для разогрева смерзшегося груза в вагоне.
Известно устройство для разогрева смерзшего груза в вагоне, содержащее основание, рельсовый путь, расположенный на основании, вагон со смерзшимся грузом, установленный на рельсовом пути, стойки, установленные на основании, верхние источники тепловой энергии, установленные на стойках с правой и с левой стороны вагона и выполненные в виде рядов электрических нагревателей, параллельно расположенных своими теплоизлучающими поверхностями у поверхностей верхних частей внешних боковых сторон вагона и нижние источники тепловой энергии, установленные на стойках вне габаритных размеров, с правой и с левой стороны вагона и выполненные в виде рядов электрических нагревателей, наклонно установленных своими теплоизлучающими поверхностями к внешней поверхности дна вагона. Технический результат, достигаемый предлагаемым техническим решением, заключается в исключении сложной технической реализации и в расширении арсенала технических средств [Патент на полезную модель РФ №54363, МКИ B65G 69/20, B65G 67/24, опубл. 27.06.2006, БИ №18, авторы: Антонянц Г.Р., Жехованов В.Б. Устройство для разогрева смерзшегося груза в вагонах].
К недостаткам известного технического решения относятся высокие затраты электроэнергии, используемой для получения тепловой энергии и предназначенной для разогрева смерзшегося груза в вагоне.
Причиной является то, что сложившаяся практика в создании средств для разогрева смерзшегося груза в вагоне предусматривает использование мощных источников электрической энергии, теплогенераторов и высокие энергозатраты, направленные на получение тепловой энергии, эффективность использования которой при разогреве смерзшегося груза в вагоне, за счет конвекции в объеме смерзшегося груза, незначительна. Это приводит к неоправданно продолжительному прогреву вагона со смерзшим грузом и затратам энергоресурсов.
Известно устройство для разогрева смерзшегося груза в вагоне, содержащее основание, параллельные ряды стоек, установленные на основании, верхние ряды нагревательных элементов, установленные на параллельных рядах стоек и расположенные своими теплоизлучающими поверхностями у внешних поверхностей боковых сторон вагона со смерзшимся грузом, установленного своими колесными парами на рельсовом пути, расположенном на основании между параллельными рядами стоек, нижние ряды нагревательных элементов, установленные на параллельных рядах стоек и наклонно расположенные своими теплоизлучающими поверхностями к внешней поверхности дна вагона со смерзшимся грузом, как минимум, один преобразователь переменного напряжения низкой частоты в переменное напряжение высокой частоты, подсоединенный своими выходами к соответствующим выводам верхних и нижних рядов нагревательных элементов, и источник переменного напряжения, подсоединенный своими выходами к соответствующим входам, как минимум, одного преобразователя переменного напряжения низкой частоты в переменное напряжение высокой частоты. Технический результат, достигаемый предлагаемым техническим решением, заключается в уменьшении затрат электроэнергии, используемой для получения тепловой энергии и предназначенной для разогрева смерзшегося груза в вагоне [Патент на полезную модель РФ №57734, МКИ B65G 69/20, опубл. 27.10.2006, БИ №30, авторы: Баев B.C., Лежнев А.И. Устройство для разогрева смерзшегося груза в вагоне].
Недостатками известного технического решения являются низкая энергоэффективность и длительный процесс разогрева смерзшегося груза в вагоне.
В известном техническом решении тепло от нагревательных элементов передается внешней поверхности и дну установленного на рельсовом пути вагона со смерзшимся грузом, благодаря чему смерзшийся груз, а именно та его часть, которая соприкасается с нагреваемой поверхностью кузова вагона, подвергается нагреванию, с последующим оттаиванием, происходящим посредством конвективного теплообмена между нагретыми поверхностями кузова вагона и груза. Низкая энергоэффективность и продолжительный разогрев смерзшегося груза в вагоне обусловлены достаточно большой потерей тепла в окружающую среду при его передаче смерзшемуся грузу от нагревательных элементов.
Также к недостаткам известного технического решения следует отнести невозможность разогрева смерзшегося груза в кузове вагона по объему, так как нагреванию, с последующим оттаиванием, подвергается та часть смерзшегося груза в вагоне, которая контактирует с нагреваемой поверхностью кузова вагона. Тем самым образуется пристеночный слой оттаявшего (нагретого) груза, благодаря которому можно произвести выгрузку, но при этом весь основной объем смерзшегося груза продолжает оставаться в виде конгломерата или в виде смерзшихся глыб сыпучих материалов больших линейных размеров и веса, что отражается на процессе выгрузки. При этом не выполняются требования техники безопасности и охраны труда, безопасности технологического процесса работы на разгрузочном терминале, особенно при использовании вагоноопрокидывателей.
Данное устройство для разогрева смерзшегося груза в вагоне выбрано авторами в качестве прототипа.
Техническим результатом является повышение энергоэффективности и сокращение продолжительности разогрева смерзшегося груза в вагоне с обеспечением необходимых требований охраны труда и безопасности технологического процесса выгрузки.
Технический результат достигается тем, что в устройство для разогрева смерзшегося груза в вагоне, содержащее основание, параллельные ряды стоек, установленные на основании, верхние ряды нагревательных элементов, расположенные своими излучающими поверхностями у внешних поверхностей вагона со смерзшимся грузом, установленного своими колесными парами на рельсовом пути, расположенном на основании между параллельными рядами стоек, нижние ряды нагревательных элементов, установленные на параллельных рядах стоек и расположенные своими излучающими поверхностями к внешней поверхности вагона со смерзшимся грузом, источник переменного напряжения, как минимум, с одним преобразователем переменного напряжения низкой частоты в переменное напряжение высокой частоты, подсоединенным своими входами к выходам источника переменного напряжения, а своими выходами к соответствующим выводам верхних и нижних рядов нагревательных элементов, согласно полезной модели дополнительно введена рабочая камера, в верхней части которой по бокам и по торцам установлены вертикальные перфорированные панели, верхние и нижние вращающиеся металлические лопасти и верхние ряды нагревательных элементов, на которых выполнены сверхвысокочастотные генераторы с воздушным охлаждением, работающие в непрерывном режиме и соединенные со сверхвысокочастотным трактом, который состоит из облучающих волноводов и имеет выходы в виде щелевых антенн, которые направлены по вертикали вниз на поверхность смерзшегося груза, причем верхние и нижние вращающиеся металлические лопасти спрофилированы, попадающее на них сверхвысокочастотное излучение отражается и попадает на всю поверхность смерзшегося груза и на боковую и торцевую поверхность вагона, на нижних рядах нагревательных элементов выполнены сверхвысокочастотные генераторов с воздушным охлаждением, которые работают в импульсном режиме, в нижней части рабочей камеры установлены панели, которые отражают сверхвысокочастотное излучение на внешнюю поверхность дна вагона, а блок воздушного охлаждения сверхвысокочастотных генераторов снабжен элементами нагревания воздуха на выходе из рабочей камеры и воздуховодами с вентиляторами и управляемыми заслонками для подачи нагретого от сверхвысокочастотных генераторов и осушенного воздуха во внутрь рабочей камеры в направлении внешней поверхности вагона, на которой установлены бесконтактные измерители температуры наружной поверхности вагона и смерзшегося груза, при этом устройство снабжено блоком автоматического управления, с которым соединены бесконтактные измерители температуры наружной поверхности вагона и смерзшегося груза, контроллер управления, сверхвысокочастотные генераторы и блок воздушного охлаждения.
Таким образом, обеспечивается достижение указанного технического результата - создание устройства для разогрева смерзшегося груза в вагоне, которое затрачивает электроэнергию, используемую для получения тепловой энергии, предназначенной для разогрева внешней поверхности и дна кузова вагона, а также непосредственно поверхности и объема смерзшегося груза в вагоне на глубину, достаточную для придания грузу сыпучести, что позволяет повысить энергоэффективность и сократить продолжительность разогрева смерзшегося груза, обеспечить все необходимые требования техники безопасности технологического процесса выгрузки и охраны труда.
Использование в качестве нагревательных элементов сверхвысокочастотных генераторов с воздушным охлаждением, генерирующих электромагнитное поле сверхвысокой частоты, которое подается на поверхность смерзшегося груза в кузове вагона с помощью волноводов, имеющих выходы в виде щелевых антенн, направленных вертикально вниз на поверхность смерзшегося груза в кузове вагона, и эффективно используется для разогрева, прежде всего, замерзшей воды в составе сыпучего груза, что позволяет достаточно быстро придать грузу сыпучесть и безопасно производить его выгрузку.
На фиг. 1 изображен общий вид устройства для разогрева смерзшегося груза в вагоне.
На фиг. 2 изображен вариант наклонного расположения щелевых антенн (излучающих щелей) на широкой стенке прямоугольных облучающих волноводов на фиг. 1, где а - ширина волновода; lщ - длина щелевой антенны; Δщ - ширина щелевой антенны; χ - расстояние оси щелевой антенны от оси облучающего волновода; Θ - угол наклона оси щелевой антенны к оси облучающего волновода.
На фиг. 3 изображен вариант продольного расположения щелевых антенн (излучающих щелей) на широкой стенке прямоугольных облучающих волноводов на фиг. 1, где а - ширина волновода; lщ - длина щелевой антенны; Δщ - ширина щелевой антенны; χ - расстояние оси щелевой антенны от оси облучающего волновода; Θ - угол наклона оси щелевой антенны к оси облучающего волновода.
Устройство для разогрева смерзшегося груза в вагоне содержит основание 1, параллельные ряды стоек 2, 3, верхние ряды нагревательных элементов 4, 5, наружную поверхность вагона 6, рельсовый путь 7, нижние ряды нагревательных элементов 8, 9, преобразователь 10, боковые стенки камеры 11, 12, контроллер управления 13, рабочую камеру 14, вертикальные перфорированные панели 15, 16, верхние и нижние вращающиеся металлические лопасти 17, 18, сверхвысокочастотные генераторы с воздушным охлаждением 19, 20 (например, магнетроны) верхних рядов нагревательных элементов 4, 5, облучающие волноводы 21, 22, щелевые антенны 23, 24, сверхвысокочастотные генераторы с воздушным охлаждением 25, 26 нижних рядов нагревательных элементов 8, 9, панели 27, 28, элементы нагревания воздуха 29, 30, воздуховоды 31, 32, вентиляторы 33, 34, 35, 36 с электроприводами, управляемые заслонки 37, 38, бесконтактные измерители температуры 39, 40, 41, блок автоматического управления 42.
Предлагаемое устройство для разогрева смерзшегося груза в вагоне содержит основание 1, параллельные ряды стоек 2, 3, установленные на основании 1, верхние ряды нагревательных элементов 4, 5, установленные на параллельных рядах стоек 2, 3 и расположенные своими излучающими поверхностями у внешних поверхностей боковых сторон вагона 6 со смерзшимся грузом, установленного своими колесными парами на рельсовом пути 7, нижние ряды нагревательных элементов 8, 9, установленные на параллельных рядах стоек 2, 3 и расположенные своими излучающими поверхностями к наружной поверхности вагона 6 со смерзшимся грузом, преобразователь 10 переменного напряжения низкой частоты в переменное напряжение высокой частоты, соединенный своими выходами с соответствующими выводам верхних и нижних рядов нагревательных элементов 4, 5, 8, 9, и контроллер управления 13 с источником переменного напряжения, соединенный своими выходами с соответствующими входами преобразователя 10 переменного напряжения низкой частоты в переменное напряжение высокой частоты, боковые стенки камеры 11, 12, охватывающие параллельные ряды стоек 2, 3 образуют рабочую камеру 14, в верхней части которой по бокам и по торцам установлены вертикальные перфорированные панели 15, 16, верхние и нижние вращающиеся металлические лопасти 17, 18, с электроприводами, на верхних рядах нагревательных элементов выполнены сверхвысокочастотные генераторы 19, 20 (например, магнетроны) с воздушным охлаждением, работающие в непрерывном режиме, соединенные с сверхвысокочастотным трактом, включающим облучающие волноводы 21, 22, которые имеют выходы, выполненные в виде щелевых антенн 23, 24, направленных вертикально вниз на поверхность смерзшегося груза. Выполненные в облучающих волноводах 21, 22 щелевые антенны 23, 24 (излучающие щели) располагаются продольно или наклонно в зависимости от конкретных размеров ширины а волновода, длины и ширины щелевой антенны lщ и Δщ, расстояния оси щелевой антенны от оси облучающего волновода χ, угла Θ наклона оси щелевой антенны к оси облучающего волновода. На нижних рядах нагревательных элементов 8, 9 выполнены сверхвысокочастотные генераторы 25, 26 (например, магнетроны) с воздушным охлаждением, работающие в импульсном режиме, в нижней части рабочей камеры установлены панели 27, 28, отражающие сверхвысокочастотное излучение на наружные поверхности дна вагона 6, блок воздушного охлаждения сверхвысокочастотных генераторов 19, 20, 25, 26 снабжен элементами нагревания воздуха 29, 30 на выходе из рабочей камеры и воздуховодами 31, 32 с вентиляторами 33, 34, 35, 36 с электроприводами и управляемыми заслонками 37, 38 для подачи нагретого от сверхвысокочастотных генераторов 19, 20, 25, 26 и осушенного воздуха внутрь рабочей камеры 14 в направлении наружной поверхности вагона 6, на которой установлены бесконтактные измерители температуры 39, 40, 41 наружной поверхности вагона 6 и смерзшегося груза, при этом устройство снабжено блоком автоматического управления 42, с которым соединены бесконтактные измерители температуры 39, 40, 41 наружной поверхности вагона 6 и смерзшегося груза, контроллер управления 13 с источником переменного напряжения, сверхвысокочастотные генераторы 19, 20, 25, 26 с блоком воздушного охлаждения, состоящим из воздуховодов 31, 32 с вентиляторами 33, 34, 35, 36 с электроприводами и управляемыми заслонками 37, 38.
Предлагаемое устройство для разогрева смерзшегося груза в вагоне работает следующим образом.
В преобразователе 10, поступающее переменное напряжение низкой частоты от источника переменного напряжения преобразуется в переменное напряжение высокой частоты, в результате на соответствующие выводы верхних и нижних рядов нагревательных элементов (индукторов) - 4, 5, 8, 9 и сверхвысокочастотных генераторов 19, 20, 24, 25 с выхода, как минимум, одного преобразователя 10 поступает напряжение высокой частоты.
На верхних и нижних рядах нагревательных элементов 4, 5, 8, 9 происходит преобразование переменного напряжения высокой частоты в тепловую энергию, в энергию инфракрасного излучения и в энергию высокочастотного электромагнитного излучения.
В сверхвысокочастотных генераторах 19, 20, работающих в непрерывном режиме, и 25, 26, работающих в импульсном режиме, происходит преобразование переменного напряжения высокой частоты в энергию электромагнитного поля сверхвысокой частоты, что позволяет проникать энергии вглубь смерзшегося груза.
В нижней части рабочей камеры установлены панели 27, 28, отражающие сверхвысокочастотное излучение на наружные поверхности дна вагона 6.
Блок охлаждения сверхвысокочастотных генераторов 19, 20, 25, 26 выполнен таким образом, что нагретый воздух с помощью воздуховодов 31, 32, вентиляторов 33, 34, 35, 36, электроуправляемых заслонок 37, 38 и элементов нагревания и осушки воздуха 29, 30 циркулирует по всему объему рабочей камеры 14, которая ограничена боковыми стенками 11, 12.
Устройство снабжено блоком автоматического управления 42, с которым соединены бесконтактные измерители температуры 39, 40, 41 наружной поверхности вагона 6 и смерзшегося груза, контроллер управления 13 с источником переменного напряжения, который контролирует работу сверхвысокочастотных генераторов 19, 20, 25, 26, и блок воздушного охлаждения.
При обычных условиях разогрева смерзшегося груза в вагоне, потери тепловой энергии за счет конвекции составляют 90%, что, в свою очередь, составляет 60% от общих затрат потребляемой электроэнергии. 40% потребляемой энергии затрачивается на создание инфракрасного излучения, которое полностью поступает на нагрев смерзшегося груза в вагоне. Включение, как минимум, одного преобразователя 10 переменного напряжения в переменное напряжение высокой частоты в процесс разогрева смерзшегося груза в вагоне позволяет уменьшить долю энергетических затрат, направленных на создание тепловой энергии, так как часть общих затрат электроэнергии, идущих на создание тепловой энергии и теряющейся за счет конвекции, расходуется на создание энергии высокочастотного электромагнитного поля, которая не теряется, а полностью поступает на нагрев смерзшегося груза в вагоне. В результате чего общие потери электроэнергии уменьшаются на 20-25%.
По мере нагревания внешних поверхностей боковых сторон и дна вагона со смерзшимся грузом происходит и нагревание смерзшегося груза. Смерзшийся груз при своем нагревании выделяет капли воды, которые затем превращаются в пар. Образовавшийся пар, поднимаясь вертикально вверх, также нагревает смерзшийся груз в вагоне, а выделенные при этом капли воды из смерзшегося груза вновь превращаются в пар. Полученный таким образом пар, проходя через смерзшийся груз, разогревает и разрушает его.
После разогрева смерзшегося груза в вагоне, его отправляют на разгрузочную площадку, а на его место устанавливают следующий вагон и весь процесс разогрева смерзшегося груза в вагоне повторяется.
Таким образом, предлагаемое устройство для разогрева смерзшегося груза в вагоне позволяет более эффективно использовать затрачиваемую электроэнергию за более короткий промежуток времени, с возможностью разогрева сыпучего груза в кузове вагона по всему объему, что значительно улучшает условия выгрузки, предотвращая падение груза крупными фрагментами. При этом обеспечиваются высокие требования техники безопасности и охраны труда.
Устройство для разогрева смерзшегося груза в вагоне, содержащее основание, параллельные ряды стоек, установленные на основании, верхние ряды нагревательных элементов, расположенные своими излучающими поверхностями у внешних поверхностей вагона со смерзшимся грузом, установленного своими колесными парами на рельсовом пути, расположенном на основании между параллельными рядами стоек, нижние ряды нагревательных элементов, установленные на параллельных рядах стоек и расположенные своими излучающими поверхностями к внешней поверхности вагона со смерзшимся грузом, источник переменного напряжения, как минимум, с одним преобразователем переменного напряжения низкой частоты в переменное напряжение высокой частоты, подсоединенным своими входами к выходам источника переменного напряжения, а своими выходами к соответствующим выводам верхних и нижних рядов нагревательных элементов, отличающееся тем, что в устройство дополнительно введена рабочая камера, в верхней части которой по бокам и по торцам установлены вертикальные перфорированные панели, верхние и нижние вращающиеся металлические лопасти и верхние ряды нагревательных элементов, на которых выполнены сверхвысокочастотные генераторы с воздушным охлаждением, работающие в непрерывном режиме и соединенные со сверхвысокочастотным трактом, который состоит из облучающих волноводов и имеет выходы в виде щелевых антенн, которые направлены по вертикали вниз на поверхность смерзшегося груза, причем верхние и нижние вращающиеся металлические лопасти спрофилированы, попадающее на них сверхвысокочастотное излучение отражается и попадает на всю поверхность смерзшегося груза и на боковую и торцевую поверхность вагона, на нижних рядах нагревательных элементов выполнены сверхвысокочастотные генераторы с воздушным охлаждением, которые работают в импульсном режиме, в нижней части рабочей камеры установлены панели, которые отражают сверхвысокочастотное излучение на внешнюю поверхность дна вагона, а блок воздушного охлаждения сверхвысокочастотных генераторов снабжен элементами нагревания воздуха на выходе из рабочей камеры и воздуховодами с вентиляторами и управляемыми заслонками для подачи нагретого от сверхвысокочастотных генераторов и осушенного воздуха во внутрь рабочей камеры в направлении внешней поверхности вагона, на которой установлены бесконтактные измерители температуры наружной поверхности вагона и смерзшегося груза, при этом устройство снабжено блоком автоматического управления, с которым соединены бесконтактные измерители температуры наружной поверхности вагона и смерзшегося груза, контроллер управления, сверхвысокочастотные генераторы и блок воздушного охлаждения.
