УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАГРЕВА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ ПУТЕЙ
DEVICE FOR HEATING RAILWAY TRACKS

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к устройствам для удаления снега и льда с железнодорожных путей и, в частности, с механизмов железнодорожных стрелок.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
В зимних условиях крайне необходимо осуществлять очистку железнодорожных путей от снега и льда. К способам и устройствам, используемым для удаления снега и льда, могут быть отнесены уборка вручную, размораживание, а также использование различных типов устройств для нагрева.
Например, в патенте США №6664521 приведено описание индукционного нагревателя для плавления снега. Удаление снега с помощью данного устройства может быть осуществлено посредством нагрева плиты настила с использованием обмотки, нагреваемой высокочастотным током.
В настоящее время наблюдается тенденция к росту использования железных дорог для перевозки пассажиров и грузов. Это вызвало их высокоинтенсивную эксплуатацию, что, в свою очередь, привело в результате к практически полному использованию пропускной способности железных дорог во многих районах. Следовательно, железнодорожные пути должны постоянно находиться в состоянии эксплуатационной готовности, и времени на удаление с них снега и льда вручную, либо на плавление с помощью обычных плавильных устройств по существу не остается.
Таким образом, существует необходимость создания новых устройств, позволяющих оптимизировать процесс удаления с железнодорожных путей снега и льда.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задача настоящего изобретения состоит в разработке усовершенствованных способов и устройств, обеспечивающих решение указанной выше проблемы.
Решение этой и других задач может быть достигнуто путем использования способов и устройств, характеризуемых признаками нижеприведенной формулы заявленного изобретения. Автор изобретения пришел к выводу, что индукционный нагреватель для плавления снега и льда на основе использования высокочастотного тока, описание которого приведено в патенте США №6664521, обладает рядом недостатков. Например, использование высокочастотных компонентов в условиях необходимости уборки снега и льда крайне неприемлемо и может привести к сбою в работе системы. Кроме того, оно может вызвать снижение средней наработки на отказ.
К тому же использование высокочастотных компонентов нежелательно еще и вследствие вероятности их влияния на другие электрические устройства, в частности на устройства высокочастотного диапазона.
Настоящее изобретение позволяет решить вышеупомянутую задачу за счет использования индукционного нагревателя, запитываемого низкочастотным током. Таким образом, использование индукционного нагревателя, выделяющего тепло при прохождении низкочастотных токов, позволяет получить ряд преимуществ.
В соответствии с рассмотренными примерами осуществления изобретения предложено устройство для нагрева железнодорожных путей. Устройство содержит генератор магнитного поля, запитываемый низкочастотным током. Генератор магнитного поля выполнен в виде устройства без схемы, возвращающей магнитный поток, созданный генератором магнитного поля. Таким образом, магнитный поток может быть возвращен через нагреватель. Нагреватель выполнен в виде материала, выделяющего тепло при помещении его в магнитное поле, создаваемое генератором магнитного поля. Нагревателем могут служить железнодорожные пути или плита, выполненная вместе с этими железнодорожными путями.
Таким образом, согласно некоторым примерам осуществления изобретения использование индукционного нагревателя, запитываемого низкочастотным током, создает ряд преимуществ по сравнению с имеющимися устройствами для удаления снега и льда с железнодорожных путей. Преимущества включают, помимо прочего, эффективное использование потребляемой мощности, образование тепла в определенной заданной области, простую и надежную конструкцию с высокой средней наработкой на отказ и отсутствие высокочастотных радиопомех.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Более подробное описание настоящего изобретения будет приведено ниже на основе неограничивающих примеров и со ссылкой на прилагаемые чертежи, где:
на Фиг.1 показан нагреватель железнодорожного пути,
на Фиг.2a-5 показаны некоторые детали нагревателя железнодорожного пути,
на Фиг.6 показан вид нагревателя железнодорожного пути,
на Фиг.7 показан вид нагревателя железнодорожного пути для удаления снега и льда с механизма железнодорожной стрелки.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
На Фиг.1 в качестве примера показан общий вид нагревательного устройства для нагрева железнодорожных путей. Нагревательное устройство служит для плавления снега и льда. Этот процесс также известен как размораживание.
Нагревательное устройство железнодорожного пути (Фиг.1) образовано генератором 1 магнитного поля, образованного индукционным сердечником, имеющим обмотку. Генератор магнитного поля предназначен для работы вместе с нагревательным элементом 3, в котором магнитное поле, создаваемое генератором электромагнитного поля, преобразуется в тепло. Нагревательным элементом может служить участок железнодорожного пути или какая-либо другая металлическая часть, имеющая худшие магнитные характеристики, чем индукционный сердечник. В частности, как будет показано ниже, нагревательный элемент может быть объединен с теплоотводом 2. Таким образом, нагрев элемента 3 обеспечен магнитным потоком, создаваемым генератором магнитного поля.
Нагревательный элемент 3 может быть дополнен теплоотводом 2. Задача теплоотвода состоит в распространении тепла, выделяемого нагревательным элементом 3, по большей площади. Теплоотвод может быть закреплен на железнодорожных путях с помощью крепежного приспособления 4. Крепежное приспособление может обжимать нижний участок железнодорожных путей, а также может быть прикреплено к индуктивному сердечнику, в результате чего нагреватель может быть зафиксирован на месте. Низкочастотная мощность, потребляемая генератором магнитного поля, может быть подана через силовой кабель 6. Для регулирования подачи создаваемого устройством тепла может быть использован термостат 5, выполненный с возможностью включения и отключения источника питания в зависимости от текущей температуры. Генератор магнитного поля может быть выполнен в виде устройства с обмоткой, управляющей магнитным потоком в индуктивном сердечнике, в котором отсутствует схема, возвращающая этот магнитный поток. Вместо этого, нагревательное устройство, такое как железнодорожные пути или нагревательный элемент, будет служить в качестве средства возврата для магнитного поля, выработанного генератором магнитного поля. Характеристики железнодорожных путей недостаточны для проведения магнитного потока. В результате железнодорожные пути будут вырабатывать тепло при размещении в качестве средства возврата, замыкающего контур для этого магнитного потока.
Ниже приведено более подробное описание ряда различных деталей устройства, изображенного на Фиг.1, со ссылкой на Фиг.2a-5.
На Фиг.2a показан вид сверху обмотки 11, запитываемой низкочастотным током. Обмотка может быть выполнена из материала, обладающего хорошими электропроводящими свойствами, например меди. Протекание низкочастотного тока через обмотку 11 может привести к созданию магнитного поля. Частота низкочастотного тока может иметь любое подходящее значение. Однако в большинстве случаев целесообразнее использовать частоту тока, имеющуюся в районе развертывания генератора магнитного поля. Следовательно, питание обмотки может быть осуществлено током, имеющим частоту 16,50 или 60 Гц. На Фиг.2b показан вид обмотки 11 сбоку. Кроме того, для создания магнитного потока может быть использовано более одной обмотки.
На Фиг.2c показан вид сверху индуктивного сердечника 10. На Фиг.2d показан вид сбоку индуктивного сердечника 10. Как правило, индуктивный сердечник, показанный на Фиг.2c и 2d, имеет Е-образную форму и изготовлен из материала, обладающего хорошими магнитными свойствами. Индуктивный сердечник может быть изготовлен из трансформаторных пластин. В другом примере осуществления изобретения (не показан) индуктивный сердечник может, в большинстве случаев, иметь П-образную форму. Возможны и другие формы индуктивного сердечника. Обычно, форма сердечника может быть выбрана таким образом, что проходящий по сердечнику магнитный поток замкнут через какой-либо другой материал, отличный от материала сердечника. Следовательно, индуктивный сердечник 10 не должен иметь замкнутых витков. Таким образом, обмотка, навитая вокруг индуктивного сердечника, запитываемого переменным током, выполнена с возможностью управления магнитным потоком, как в самом сердечнике, так и в замкнутом контуре за его пределами. В описании настоящего изобретения такое устройство может быть названо генератором магнитного поля.
На Фиг.2e, показан вид сверху генератора магнитного поля, образованного обмоткой 11 и индуктивным сердечником 10. Обмотка расположена вокруг среднего участка индуктивного сердечника, имеющего в целом Е-образную форму. При подаче низкочастотного тока, внутри и на вершине индуктивного сердечника может быть создан магнитный поток. На Фиг.2f показан вид сверху генератора магнитного поля, образованного обмоткой 11 и индуктивным сердечником 10.
На Фиг.3a показан вид нагревательного элемента в разрезе. Нагревательный элемент содержит теплоотвод 2c крепежным приспособлением 4. Также показана нижняя часть железнодорожных путей. На Фиг.2b показан вид сбоку теплоотвода, а на Фиг.2c показан вид теплоотвода сверху. Теплоотвод может быть изготовлен из алюминиевой пластины или любого другого материала, имеющего худшие магнитные характеристики для проведения магнитного поля, или, другими словами, обладающего хорошими теплообразующими свойствами при размещении в магнитном поле. В теплоотводе могут быть выполнены отверстия или прорези для увеличения нагрева и лучшего распространения тепла по указанной пластине.
На Фиг.4a показан вид в разрезе нагревателя, образованного генератором магнитного поля, изображенным на Фиг.2f, в сочетании с нагревателем, изображенным на Фиг.3a. Таким образом, нагреватель, обозначаемый в большинстве случаев цифрой 13, расположен сверху генератора магнитного поля, образованного индуктивным сердечником 10 и имеющего по меньшей мере одну обмотку 11 для создания магнитного потока. Поскольку в устройстве, образованном индуктивным сердечником и по меньшей мере одной обмоткой, отсутствует какая-либо схема для возврата магнитного потока сверху генератора магнитного поля, магнитное поле сверху генератора магнитного поля будет проходить через нагреватель 13. Нагреватель 13, которым могут служить железнодорожные пути, плита или какое-либо другое тепловыделяющее устройство, будет возвращать указанный поток к индуктивному сердечнику и, таким образом, замыкать указанный контур для этого магнитного потока, образованного указанной по меньшей мере одной обмоткой. Нагреватель может быть оптимизирован для выработки максимального количества тепла от (протекание магнитного потока через нагреватель. Для регулирования степени нагрева может быть использован термостат 12. Термостат 12 может быть выполнен с возможностью регулирования мощности низкочастотного тока, потребляемого обмоткой 11. На Фиг.4b показан вид нагревателя сбоку. На Фиг.4c показан вид нагревателя сверху.
На Фиг.5 показан еще один вид нагревателя сверху. Вид сверху, изображенный на Фиг.5, служит объяснением цели выполнения отверстий или прорезей в нагревательном элементе 13, в частности в теплоотводе. Таким образом, выполнение в теплоотводе отверстий или прорезей способствует обходу их силовыми линиями магнитного поля, изображенными на Фиг.5, с возможностью распространения магнитного потока по более широкой площади, изгиб которой обеспечивает лучшее распространение тепла.
На Фиг.6 показан механизм стрелки железнодорожного пути. Стрелка 80 снабжена нагревательными элементами индукционного типа 100. Нагревательными элементами индукционного типа могут служить, например, любые рассмотренные выше нагреватели. Например, в качестве нагревательного элемента может быть использован рассмотренный выше нагревательный элемент 13. Нагрев элемента 100 может быть осуществлен с помощью устройств индукционного типа 110. Устройствами индукционного типа могут служить рассмотренные выше устройства, образованные индуктивным сердечником 10, в котором магнитный поток может быть создан, по меньшей мере, одной обмоткой и может быть замкнут через нагревательный элемент 100. Нагревательный элемент включает в себя рассмотренное выше покрытие, которое может быть расположено между шпалами 120 железнодорожного пути. В частности, нагревательный элемент может быть расположен под остряками механизма железнодорожной стрелки. Таким образом, стрелка может быть очищена от снега и льда.
На Фиг.7 показан нагреватель, содержащий генератор магнитного поля, выполненный как указано выше. Генератор магнитного поля содержит обмотку, выполненную с возможностью управления магнитным потоком в Е-образном сердечнике. Нагревателем может служить так называемое устройство трансформаторного типа, в котором отсутствует контур, замыкающий магнитный проток. Таким образом, магнитное поле 25 может быть создано за пределами сердечника. Нагреватель может быть использован для нагрева железнодорожных путей 20. Использование генератора магнитного поля в сочетании с нагревателем обеспечивает нагрев железнодорожных путей с помощью созданного генератором магнитного поля. На Фиг.7 магнитное поле показано магнитными силовыми линиями 25. Таким образом, нагрев железнодорожных путей осуществлен индукционным способом. Генератор магнитного поля (индуктивный сердечник 10) сам по себе не будет нагреваться. Вместо этого выделение тепла будет иметь место в металле, из которого изготовлены железнодорожные пути.
Согласно некоторым примерам осуществления изобретения между шпалами железнодорожного пути расположены несколько генераторов магнитного поля. Кроме того, все участки железнодорожного пути могут быть нагреты как один блок. Как правило, боковой нагрев является ограниченным по сравнению с вертикальным нагревом, в результате чего в важных или необходимых местах нагрев может быть локальным. Такими местами могут служить, например, механизмы железнодорожных стрелок, залипание которых может быть вызвано наличием снега и льда.
Как было сказано выше, питание генератора магнитного поля может быть осуществлено от источника 30, рассчитанного на соответствующее напряжение и частоту. Например, питание нагревателя может быть осуществлено от имеющегося источника. Таким образом, если в месте размещения нагревателя рабочая частота составляет только 16 Гц (поскольку для эксплуатации железных дорог необходима система питания частотой 16 Гц), то нагреватель должен быть рассчитан на работу на этой частоте. Другими применимыми частотами питающей сети могут служить 50 Гц и 60 Гц. Тепловая мощность, вырабатываемая нагревателем, может быть рассчитана исходя из требуемого потребления тепловой энергии. Например, при использовании нагревателя для нагрева механизма железнодорожной стрелки он может быть рассчитан на вырабатывание тепловой мощности порядка 10-500 Вт; возможно также использование нагревателей другой мощности.
Согласно некоторым примерам осуществления изобретения генератор магнитного поля соединен с блоком управления 40. Блок управления использован для регулирования мощности, потребляемой генератором магнитного поля, с возможностью выделения соответствующего количества тепла, необходимого для нагрева железнодорожных путей. Согласно одному примеру осуществления изобретения блок управления соединен с датчиком 50 нагрева, которым оснащены железнодорожные пути. Датчиком нагрева может служить термостат или ИК-датчик, либо ряд других соответствующих датчиков. Регулирование мощности, потребляемой генератором магнитного поля, может быть осуществлено блоком управления 40 в ответ на выходной сигнал датчика 50, либо других датчиков или контроллеров. Далее блок управления 40 может быть соединен с другими датчиками, обозначенными цифрой 60 на Фиг.7, данные которых могут быть использованы для управления генератором магнитного поля. Например, входным сигналом может служить информация о температурах или прогноз погоды. В этом случае регулирование нагрева может быть осуществлено на основе прогноза погоды или информации о температуре наружного воздуха для предотвращения образования льда и скопления снега на железнодорожных путях.