СТРЕЛОЧНЫЙ ПЕРЕВОД С УСТРОЙСТВОМ ОБОГРЕВА РАМНОГО РЕЛЬСА И ОСТРЯКА СТРЕЛОЧНОГО ПЕРЕВОДА

Полезная модель относится к железнодорожному транспорту, в частности к устройствам электрообогрева стрелочных переводов.
Известно устройство обогрева стрелочного перевода, содержащее инфракрасные обогреватели (ИКО) расположенные вдоль внутренней стороны рельса в контакте с поверхностью шейки рельса, и вдоль стороны остряка в контакте с поверхностью, обращенной к рамному рельсу, при этом ИКО выполнены в виде ленты с ассиметричной диаграммой ИК-излучения. Кроме этого, ИКО состоит из композиции включающей защитный наружный слой, слой ИК-излучателей, слой теплоизоляции и слой ИК-отражения, слой ИК-отражения прилегает к поверхности рамного рельса и остряка, слой теплоизоляции прилегает к поверхности рамного рельса и остряка, слой ИК-отражения расположен между слоем ИК-излучения и слоем теплоизоляции который прилегает к поверхности рамного рельса и остряка, защитный слой выполнен прозрачным для ИК-излучения, контакт ИКО с поверхностью рельса и остряка осуществляется прижатием ленты плоскими пружинными скобами, установленными на подошве рамного рельса и подошве остряка в каждом межшпальном пространстве на протяжении всей длины ИКО. (Патент на полезную модель №176427, заявка №2017129605 от 21.08.2017 г.).
Недостатком данного технического решения является недостаточный прогрев пространства между шейкой рельса и внутренней стороной остряка.
Известно устройство для электрообогрева стрелочного перевода, содержащее рамный рельс с установленным на нем электрообогревателем и остряк, при этом электрообогреватель монтируется вдоль рамного рельса в контакте с поверхностью его подошвы с внутренней стороны, наружные поверхности рамного рельса и остряка теплоизолированы, отличающееся тем, что электрообогреватели имеют оболочку плоскоовального сечения и закреплены ниже направляющей остряка посредством пружинных скоб, установленных в каждом межшпальном пространстве на протяжении всей длины электрообогревателя. Кроме этого, сечение оболочки плоскоовального электрообогревателя вместе с огибающей его пружинной скобой находится в пределах 8×13мм, пружинные скобы крепления установлены на подошве рамного рельса.
Обогрев осуществляется стержневыми электрообогревателями, имеющими оболочку плоскоовального сечения, которые не наводят внешнего магнитного поля и не препятствуют работе автоматической локомотивной сигнализации. Наличие оболочки нагревательных элементов, вместе с огибающей его пружинной скобой в пределах 8×13 мм обеспечивает надежную работу перевода, отсутствует возможность защемления нагревательных элементов между рамным рельсом и остряком. В условиях вибрации и механических воздействий, связанных с движением железнодорожного транспорта, а также при воздействии атмосферных осадков и циклической смене температур, крепление электрообогревателей при помощи пружинных скоб, установленных на подошве остряка в каждом межшпальном пространстве на протяжении всей длины электрообогревателя, является надежным, что повышает надежность в работе стрелочного перевода. (Патент на полезную модель №149762, заявка №2014134494 от 22.08.2014).
Недостатком данного технического решения является недостаточный прогрев пространства между шейкой рельса и внутренней стороной остряка.
Известно устройство для обеспечения бесперебойного и безопасного движения поездов в зимний период на железнодорожном транспорте использующего один из наиболее эффективных способов очистки стрелок - электрический обогрев. Устройство для обогрева стрелочного перевода содержит рамный рельс с установленным на нем электронагревателем и остряк, при этом электронагреватель монтируется вдоль рамного рельса в контакте с поверхностью его подошвы, вдоль остряка на его внутренней поверхности установлен дополнительный электронагреватель, наружные поверхности рамного рельса и остряка теплоизолированы, а между башмаками вдоль рамного рельса и остряка установлены теплоотражатели, наружные поверхности теплоотражателей теплоизолированы (Патент на полезную модель №20108, заявка №2001106022 от 06.08.2001 г.).
Недостаток данного технического решения заключается в недостаточном прогреве пространства между шейкой рельса и внутренней стороной остряка.
Задачей заявляемого технического решения является обеспечение бесперебойной и безопасной работы стрелочного перевода при движении подвижных составов.
Технический результат заключается в снижение энергозатрат на процесс очистки от снега и льда пространства между остряком и рамным рельсом в период снегопадов и метелей, в улучшении эффективности прогрева пространства между шейкой рельса и внутренней стороной остряка.
Технический результат достигается устройством для обогрева рамного рельса и остряка стрелочного перевода содержащим электронагреватели установленные на рамный рельс и остряк, прижатые к поверхности рельса и остряка плоскими пружинными скобами, установленными на подошве рамного рельса и остряка в каждом межшпальном пространстве на протяжении всей длины электрообогревателя, и электронагреватели установленные под рабочими тягами перевода расположенные в шпальном ящике, при этом электронагреватель на рамном рельсе, монтируется на внутренней стороне шейки рельса, на подложке, состоящей из слоя теплоизоляции и наружной металлической пластины, в контакте с поверхностью пластины, а электронагреватель на остряке монтируется на его внешней стороне в районе подошвы в контакте с его поверхностью, электронагреватели под рабочими тягами перевода смонтированы в металлические трубы. Кроме этого, в качестве электронагревателей применяются стержневые плоскоовальные трубчатые электронагреватели.
В упрощенном виде уравнение энергетического баланса при поддержании положительной температуры для каждого рамного рельса и остряка стрелочного перевода (Фиг.1) содержит следующие составляющие потерь.
Qбок - потери через боковую поверхность: конвективный нагрев воздуха, тепловое излучение энергии в пространство, теплопередача к элементам крепления рельса.
Qось - потери вдоль оси рельса: теплопроводные потери по телу рельса в зоны, выходящие за целевую область нагрева.
Как можно видеть, осевые потери тепла на остряке примерно вдвое меньше, чем на рамном рельсе.
Предлагаемое техническое решение направлено на снижение теплового излучения в пространство. Этого можно достигнуть за счет отказа нагрева рамного рельса, и увеличении доли теплового излучения на внутреннюю поверхность остряка и пространства между остряком и рамным рельсом.
Снижение энергозатрат на процесс очистки от снега и льда пространства между остряком и рамным рельсом в период снегопадов и метелей достигается тем, что электронагреватель на рамном рельсе, монтируется на внутренней стороне шейки рельса, на подложке, состоящей из слоя теплоизоляции и наружной металлической пластины, в контакте с поверхностью пластины, а электронагреватель на остряке монтируется на его внешней стороне в районе подошвы в контакте с его поверхностью остряка. Не значительное по объему пространство между рамным рельсом и остряком, даже при сильном снегопаде, быстро будет освобождаться от снега и льда при воздействии теплового излучения, которое будет по энергетическим затратам в 5-4 раза меньше, по сравнения с ТЭНовым нагревом при контакте с поверхностью рельсов, при этом остряк будет обогреваться с двух сторон, от лучистой энергия нагретой металлической пластины установленной на шейке рельса, и ТЕНом установленным на остряке в контакте с его поверхностью на его внешней стороне в районе подошвы. Под рабочими тягами перевода, в шпальном ящике, расположены электронагреватели, установленные в металлические трубы служащие для обогрева межшпального пространства, где расположены подвижные элементы стрелочного привода.
Преимущественному нагреву подвергаются только критически важные элементы и области стрелочного перевода: остряки и связанные с ними подвижные тяги, а так же пространства между остряками и рамными рельсами. Рамный рельс специально не обогревается, а только является носителем электронагревателя (теплоизолирован от него), прогревающего пространство между ним и остряком. В качестве электронагревателей для прогрева пространства между рамным рельсом и остряком применяются стержневые плоскоовальные трубчатые электронагреватели (СТЭНы). Нагревательные элементы располагаются с внутренней стороны рамных рельсов (1/3 от установленной мощности) и на остряках (2/3 от установленной мощности). Конструкция СТЕН представляет собой металлический корпус плоскоовального сечения, внутри которого расположена спираль из проволоки высокого омического сопротивления. Нагревательный элемент изолируется от корпуса при помощи наполнительного материала (периклаз).
В зависимости от климатических условий применяются следующие СТНЭНы: СТЭН 5,2/2,5кВт, СТЭН 4,2/2,8кВт СТЭН 3,6/1,8кВт СТЭН 3,2/1,0кВт СТЭН 2,7/1,25кВт СТЭН 2,5/1,6кВт, СТЭН 2,2/1,0кВт.
Оболочка СТЭН - нержавеющая сталь. Сечение трубки - 12,5мм*5,3мм
Рабочая температура на поверхности до 400°С. Стандартное напряжение 220В. Мощность - Не более чем 0,5кВт на 1м/пог.
Сопротивление изоляции стрелочного электронагревателя:
- в холодном состоянии не менее 50мОм
- в горячем состоянии не менее 10мОм
Ток утечки в горячем состоянии не более 0,3мА
Вывод для подключения - тепло-морозостойкий провод 4 метра соединен через герметичную муфту закрытого типа предотвращающую от попадания влаги на контакты и внутрь СТЭН.
Данное техническое решение поясняется чертежами, где на фиг. 1 показана схема тепловых потоков стрелочного перевода, на фиг. 2 показана установка электронагревателей на рамный рельс и остряк, на фиг.3 показана установка электронагревателя в шпальном ящике.
Устройство обогрева стрелочного перевода: Электронагреватель 1 установленный вдоль внутренней стороны рамного рельса 2 в контакте с металлической пластиной 3, которая лежит на слое теплоизоляции 4 рельса 2, и электронагреватель 5 установленный вдоль внешней стороны остряка 6 в контакте с его поверхностью. Контакт электрообогревателя 1 с металлической пластиной 3 и электронагреватель 5 с поверхностью остряка 6 осуществляется прижатием плоскими пружинными скобами 7 и 8, установленными на подошве рамного рельса и подошве остряка в каждом межшпальном пространстве на протяжении всей длины электрообогревателя. Шпальный ящик 9, в котором располагаются электронагреватели 10, смонтированы в металлические трубы 11, установленные под рабочими тягами 12 стрелочного перевода.
Устройства обогрева стрелочного перевода работает следующим образом. Для очистки стрелочного перевода от снега и льда электронагреватели подключаются к линейной сети. Включение осуществляется как с пульта управления (на фиг. не показан), так и автоматически по сигналу с датчика температуры, при достижении заданных значений температуры наружного воздуха, установленного в районе стрелочного перевода.
Поскольку электронагреватель 1 установлен на металлической платине 3 расположенной на шейке рамного рельса 2, то излучаемое электронагревателем 1 тепло практически полностью идет на конвекционный обогрев пространства стрелочного желоба и находящихся в нем снежно-ледяных образований и внутренней стороны остряка 6. Наружная сторона остряка дополнительно обогревается электронагревателем 5. Шпальный ящик 9, в котором располагаются рабочие тяги 12 стрелочного перевода обогревается СТЭНами 10 длиной 3 м с удельной мощностью 0,5 кВт/м.п., смонтированными в металлические трубы 11.
Конструктивно металлическая пластина 3 выполняется из различных металлов обладающих высокой теплопроводностью: нержавеющей стали, алюминиевого листа и др. Проведенные опытные натурные испытания заявляемого технического решения (фиг.2 и 3) показали его эффективность.
Предлагаемое устройство обеспечивает максимальную степень очистки от снега и льда стрелочного перевода при сохранении высокой надежности в условиях вибрации и механических воздействий, связанных с движением железнодорожного транспорта.
На данное техническое решение разработана техническая документация.