СПОСОБ УДАЛЕНИЯ ЛЬДА И/ИЛИ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ЕГО ОБРАЗОВАНИЯ НА ХОДОВЫХ ЧАСТЯХ ПОЕЗДА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ
METHOD FOR ICE REMOVAL AND/OR PREVENTION OF ITS FORMATION ON TRAIN RUNNING GEAR AND DEVICE TO THIS END

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, в частности к способам и устройствам для удаления льда с ходовых частей скоростного поезда специальным горячим антиобледенительным раствором и создания защитной пленки от их обледенения.
Обледенение создает головную боль для машинистов поездов во всех холодных странах. В течение зимы кучи льда и снега собираются на шасси и колесах. Это может повредить сцепление между вагонами, а также безопасность аварийных компонентов, таких как тормоза и опоры. Удаление льда горячим воздухом является одним из обычных способов, используемых на железной дороге, но транспортировка поезда в депо и выгон его после удаления льда горячим воздухом может занять 10 часов и огромного потребления энергии, т.к. воздух является наихудшим средством передачи энергии и тепла. С ростом требований для высокоскоростного железнодорожного транспорта обеспечение эффективного антиобледенения становится даже более критичным, т.к. лед наращивается быстрее, при этом скорость поезда падает, потенциально разрушая другие свойства, вызывая повреждения, не говоря уже о увеличении риска, вызывающего механическое разрушение самого поезда. Уменьшение времени нахождения поезда в пути создало возможность решать эту задачу путем предотвращения нарастания льда во время движения поезда за счет нанесения на ходовую часть поезда антиобледенительного состава. Способы удаления льда могут включать в себя и использование механического скребка. Механические скребки часто используются для удаления прилипшего к поверхности объекта льда. Однако механические скребки часто бывают ручными и неудобны в использовании. Кроме того, механические скребки не всегда эффективно удаляют лед и могут повреждать поверхность, к которой прилип лед.
Проблема удаления льда значительно раньше возникла в авиационной промышленности при эксплуатации авиационной техники (самолетов, вертолетов, авиационных газотурбинных двигателей и т.п.), а также при эксплуатации газовых перекачивающих агрегатов (ГПА), поэтому в этих областях техники накоплен определенный уровень знаний, позволяющий решить конкретные проблемы борьбы с обледенением. Несвоевременное удаление льда с поверхности объекта может, в принципе, иметь катастрофические последствия. Например, перегруз за счет льда на самолете в полете может снизить подъемную силу самолета и нарушить правильную работу некоторых узлов самолетов, вертолетов и другой авиационной техники. Другой пример включает нарастание льда на ветровом стекле автомобиля, если лед не удалить, видимость для водителя может ухудшиться настолько, что он не сможет вести машину.
Известно изобретение (патент РФ №2226481), который относится к авиации, в частности к противообледенительным системам летательных аппаратов, и может быть использовано для удаления и предотвращения образования льда, например, на лопастях несущего и рулевого винтов. Электротепловая противообледенительная система содержит теплоэлектрические нагреватели, соединенные последовательно с тиристорными ключами. Теплоэлектрические нагреватели смонтированы в виде пар, соединенных проводниками в концевой части лопасти, при этом каждая последующая пара нагревателей охватывает предыдущую пару. Нагреватели имеют переменное сопротивление по всей длине лопасти. Для контроля исправности системы установлены трансформаторы тока, обмотки которых соединены с операционными усилителями. Подача питания к нагревателям осуществляется блоком управления по циклограмме с выдержкой времени между циклами, зависимой от температуры наружного воздуха. Технический результат заключается в снижении веса и повышении надежности противообледенительной системы.
Известен способ противообледенения и микроволновая антиобледенительная система самолета [Патент США №5615849, кл. В64D 15/00, опубл. 01.04.1997], в которой конструктивные элементы ЛА в подверженных опасности обледенения зонах поверхности нагревают до температур таяния льда. Микроволновая энергия, получаемая от микроволнового генератора, поглощается специальной тепловой поглощающей трубкой, находящейся в предкрылке аэродинамической поверхности. Затем полученную микроволновую энергию преобразуют в тепловую посредством той же поглощающей трубки. Для наиболее эффективного преобразования микроволновой энергии в тепловую на внутреннюю поверхность трубки наносят специальное покрытие, обладающее высокими абсорбционными свойствами, и устанавливают зеркало-изолятор. Затем тепловыми трансферными рулями тепловую энергию передают к конструктивным элементам ЛА, например к обшивке переднего фронта крыла или к другой аэродинамической поверхности, ротору ЛА и т.д. Температуру этих элементов поддерживают на постоянном уровне так, чтобы она была существенно выше температуры замерзания. Таким образом осуществляют нагрев конструктивных элементов ЛА, позволяя предотвратить их обледенение.
Таким образом, современные системы для удаления льда включают в себя электрические нагреватели, которые подают энергию на резистивные элементы для генерации тепла, чтобы непосредственно и пропорционально растапливать весь лед с поверхности, контактирующей с электрическими нагревателями. Общим недостатком вышеуказанных устройств является сложность применения их на железнодорожном транспорте, т.к. антиобледенительную систему невозможно смонтировать на ходовых тележках поезда или на подвесных системах его, имеющих сложную конфигурацию. Это обуславливает применение внешней системы обледенения, размещаемой не на самом поезде, а в зоне обработки состава.
Другие известные системы включают в себя химические растворы для реализации химических реакций для термического растворения льда. Химическую защиту от обледенения регулярно применяют во время зимнего сезона для безопасности движения на дорожных магистралях. Однако химические растворы могут термически растворять лед, но не действуют в течение длительного времени и создают нежелательные условия для окружающей среды. Эти системы могут быть неэффективны, поскольку стремятся растопить весь лед, поэтому разработка композиций, обладающих экологически чистыми свойствами и эффективным действием для предотвращения обледенения, проводились во всем мире.
Известны композиции на основе гликоля или глицерина, предназначенные для устранения или предотвращения обледенения самолетов. В эти жидкости добавлены загустители в виде некоторых полимеров, содержащих макромономеры, несущие гидрофобные фрагменты, которые загущают вышеуказанные жидкости, при этом процесс загустевания протекает по ассоциативному механизму. Эти жидкости обладают улучшенной термостабильностью и потому находят более широкое применение в качестве антиобледенителей (которые хранят и используют при повышенных температурах). Поскольку самолетные жидкости нашли применение как в виде продуктов для устранения, так и для предупреждения обледенения, то иногда их упоминают под общим названием "самолетные жидкости универсального назначения" (УСЖ) (патент РФ №2183216).
Гликоли давно используют в водных растворах различной концентрации в качестве антиобледенителей, которые наносят распылением на поверхность самолета для удаления с нее отложений из снега, льда, крупы и инея. Такие гликолевые жидкости для устранения обледенения самолетов, как правило, применяют в нагретом состоянии для того, чтобы более эффективно разрушить сцепление поверхности со льдом или расплавить снег. Типичный жидкий антиобледенитель для самолетов состоит из смесей щелочного гликоля (обычно этиленгликоля, пропиленгликоля и/или диэтиленгликоля) и воды (в качестве растворителя), взятых приблизительно в равном весовом соотношении и имеющих pH 7,3-9,0. Эти жидкости содержат ионные ингибиторы коррозии, антипирены и поверхностно-активные вещества (ПАВ), которые способствуют смачиванию поверхности самолета во время операции распыления. После такой обработки УОЖ остается на поверхности самолета в виде пленки, чтобы в дальнейшем служить уже в качестве антиобледенителя, который обеспечивает продолжительную антифризную защиту и задерживает последующее образование или нарастание отложений снега, льда, снежной крупы или инея на поверхности самолета. Одни и те же самолетные жидкости в различных концентрациях можно с успехом применять как для удаления, так и для предупреждения обледенения (патент США №5461100).
Наибольшую известность получили способ удаления льда и антиобледенительная система, которые используются на железнодорожном транспорте в Норвегии и Швеции. Информация опубликована в журнале «Железные дороги», январь 2009 г., с.24-25.
Скандинавская система удаления льда использует нагретый пропиленгликоль, который распыляется при низком давлении на лед, образовавшийся на раме поезда. Антиобледенительный раствор состоит из 45-55 вес.% пропиленгликоля и 55-45 вес.% воды. Используемая жидкость автоматически собирается в три поддона, затем подается на очистку на патронные фильтры, имеющиеся внутри системы, для рециркуляции. Отработанные продукты расплавленного льда, такие как тяжелые металлы и нефть, собираются в патронных фильтрах и отправляются дальше на разрушение и дальнейшее использование. Эффективность процесса такова, что фактически весь раствор пропиленгликоля может быть рециркулирован полностью. Система состоит из двух 20-футовых емкостей, коллекторов с приблизительно 100 распыляющих форсунок. Система оборудована встроенными нагревателями, которые потребляют максимум 100 кВт на полной мощности обледенителя. Это достаточно на вагон и занимает ровно день для их установки. Система нуждается в недорогой инфраструктуре и желательно иметь вблизи водоснабжение. Вся система может быть размещена на коротком расстоянии прямо на пути и не нуждается в закрытом помещении (депо). Так как температура антиобледенительного раствора поддерживается в пределах 70-80°C, то происходит испарение раствора, и концентрация его изменяется, поэтому периодически контролируют ее и добавляют воду.
Система работает следующим образом.
Когда поезд приближается к месту размещения системы антиобледенителя, машинист входит в кабину поезда для того, чтобы оператор имел возможность вести учет всех вагонов, проходящих через систему обледенения. При подходе первого вагона поезда быстро включается первый ультразвуковой датчик системы обледенения. Когда вагон полностью займет участок пути, сработает второй датчик, система подачи обледенительного раствора включается на полную мощность, распыляя 1200 литров гликоля в минуту. После первого вагона далее последовательно проходят следующие вагоны. Когда последний вагон поезда пройдет датчик в конце антиоблединителя, система сама автоматически отключает подачу раствора, и так в течение каждого часа, т.к. на обработку одного поезда достаточно 30 минут. Можно также управлять процессом вручную. После очистки поезда от льда осуществляют его профилактику. Для этого поезд с определенной скоростью без остановки проходит через антиобледенитель и обдается струями антиобледенительного раствора, чтобы на его поверхности образовался слой антифриза. Это позволяет в течение нескольких часов предотвратить образование льда на ходовых частях и на поверхностях вагонов.
Скандинавский антиобледенитель имеет встроенные GSM-модули, которые контролируют систему и выдают сообщение, когда управление необходимо. Это позволяет свести время обслуживания к минимуму. Системе обычно требуется всего 20 минут обслуживания в неделю, но патронные фильтры должны быть заменены при каждом случае такой необходимости. Несмотря на то, что антиобледенение ходовых частей поезда является основным применением обледенителя, он может также быть использован для поддержки чистоты поверхностей вагонов от снега, а также различных видов транспортных средств, на которых может происходить быстрое наращивание льда, если остаться к нему безразличным. Для этого длинные полосы брызг могут быть позиционированы на 2,5 м выше уровня земли, но чтобы это сделать система должна быть сконструирована для аналогичных операций, независимо от оператора. Эта противообледенительная система имеет ряд преимуществ по сравнению с ранее применяемыми на железной дороге способами и устройствами по экологии и эффективности.
Однако указанная система антиобледения и/или нанесения защитного антиобледенительного слоя имеет ряд недостатков, а именно:
- подача дорогого антиобледенительного раствора происходит непрерывно в течение всего времени нахождения поезда в зоне размещения системы антиобледенителя, причем расход антиобледенительного раствора не зависит от вида обработки, т.е. удаление льда или нанесения защитного слоя для профилактики;
- режим работы форсунок не меняется в зависимости от того, осуществляется ли процесс удаления льда или профилактика от обледенения.
В результате технико-экономические показатели системы снижаются, т.к. происходит огромный перерасход дорогого антиобледенительного раствора и энергии.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому изобретению является способ удаления льда и/или предотвращение его образования на ходовых частях поезда, включающий приготовление антиобледенительного раствора заданной концентрации, подогрев его до заданной температуры и подачу на форсунки для удаления образовавшегося льда с ходовых частей поезда с последующим нанесением антиобледенительного слоя на их поверхностях при нахождении поезда в зоне размещения системы антиобледенителя, контроль и поддержание температуры и концентрации антиобледенительного раствора, сбор отработанного раствора в поддонах, размещенных на шпальной решетке железнодорожного полотна и снаружи его, последующую фильтрацию загрязненного раствора с возвратом очищенного раствора в процесс, а твердой фазы на переработку, причем подачу антиобледенительного раствора для удаления льда производят после последовательной установки каждого вагона в зоне антиобледенителя, а нанесение защитного слоя - при прохождении поезда через антиобледенитель с заданной скоростью, через разные форсунки, размещенные в зоне ходовых тележек вагона на раздельных коллекторах и работающих под разным давлением. (Патент РФ №2407666).
Соответственно, устройство для реализации известного способа содержит емкость для приготовления исходного раствора, снабженную электронагревателем и датчиками контроля за его температурой, концентрацией и уровнями раствора, соединенную через насосы и запорную арматуру с коллектором с установленными на его траверсах форсунками для подачи антиоблединительного раствора для удаления льда, второй коллектор, снабженный форсунками, размещенными в зоне нахождения ходовых тележек вагона для подачи антиоблединительного раствора для образования защитного слоя, датчики контроля нахождения поезда в зоне антиобледенителя, размещенные вдоль железнодорожного пути и соединенные с системой управления подачей антиобледенительного раствора, поддоны для сбора загрязненного раствора, расположенные на шпальной решетке железнодорожного полотна и вне его, фильтры для очистки загрязненного раствора, один из выходов которых соединен с емкостью для приготовления исходного раствора, а также вдоль железнодорожного полотна установлены датчики, контролирующие движение поезда и положение вагона в зоне антиобледенителя.
Способ и устройство по изобретению-прототипу устраняет недостатки, присущие скандинавской антиоблединительной системе, и расширяет возможности ее применения.
Однако в процессе эксплуатации прототипа (на поездах «Сапсан») выяснилось, что при условии суровой зимы в России расход дорогого пропиленгликоля относительно высок, что ухудшает технико-экономические показатели процесса, а конструкция устройства не исключает достаточно больших потерь полипропиленгликоля при осуществлении процессов антиоблединения и нанесения защитного слоя.
Технической задачей предлагаемого изобретения является разработка способа и устройства для его реализации, устраняющие недостатки прототипа и обеспечивающие оптимальные технико-экономические показатели процесса удаления льда, в основном, с ходовых частей скоростного поезда и предотвращения его образования в течение нескольких часов нахождения поезда в пути.
Технический результат достигается за счет того, что в известный способ удаления льда и/или предотвращение его образования на ходовых частях поезда, включающий подготовку антиобледенительного раствора, посредством подогрева его до заданной температуры и подачу его на форсунки коллектора для удаления образовавшегося льда с ходовых частей поезда, с последующим нанесением антиобледенительного слоя на их поверхности, посредством форсунок, расположенных на другом коллекторе, причем подачу антиобледенительного раствора для удаления льда производят после последовательной установки каждого вагона в зоне антиоблединителя, а нанесение защитного слоя - при прохождении поезда через обледенитель с заданной скоростью, последующий сбор отработанного раствора в поддонах, размещенных на шпальной решетке железнодорожного полотна и снаружи его, с фильтрацией загрязненного раствора и возвратом очищенного раствора в процесс, а также контроль и поддержание температуры и концентрации антиобледенительного раствора, внесены изменения, а именно:
- процесс удаления льда осуществляют в две стадии, причем на первой стадии в качестве антиобледенительного раствора применяют горячую воду с температурой 80-85°C;
- на второй стадии - раствор пропиленгликоля, используемый для профилактики, причем концентрация пропиленгликоря в нем поддерживается в диапазоне 45-50% полиэтиленгликоля, а температуру в пределах 60-85°C.
Использование на первой стадии горячей воды с указанной температурой позволяет заменить большую часть концентрированного раствора (50%-ного) пропиленгликоля, тем самым уменьшить стоимость процесса удаления льда.
Учитывая то, что эффективность удаления льда водой ниже, чем раствором пропиленгликоля, для чистовой обработки поверхности ходовых частей поезда, применяют раствор пропиленгликоля, используемого для образования защитного слоя, что позволяет получить предварительный защитный слой, а на стадии профилактики уменьшить расход антиобледенительного раствора.
Для реализации предлагаемого способа в известную систему антиобледенителя, включающую емкость для приготовления раствора, снабженную электронагревателем и датчиками контроля за температурой и уровнями раствора, соединенную через насосы и запорную арматуру с коллекторами, на которых установлены форсунки для подачи антиоблединительного раствора для удаления льда, второй коллектор, снабженный форсунками, размещенными в зоне нахождения ходовой тележки вагона, датчики контроля нахождения поезда в зоне антиобледенителя и положения вагонных тележек, размещенные вдоль железнодорожного пути в зоне антиоблединителя, соединенные с системой управления подачей антиоблединительного раствора, поддоны для сбора отработанного загрязненного раствора, расположенные на решетке железнодорожного полотна и снаружи его, фильтры для очистки загрязненного раствора и средства возврата очищенного антиобледенительного раствора, в процесс внесены изменения, а именно:
- введены дополнительные рабочие емкости для горячей воды, снабженные датчиками контроля температуры и уровня;
- введена буферная (сменная) емкость для горячей воды, снабженная датчиками температуры и уровня;
- все дополнительные емкости посредством дополнительных управляемых клапанов соединены с входом и выходом выходом модуля разогрева, содержащего проточный нагреватель, дополнительный циркуляционный насос и трубопроводы с запорной аппаратурой;
- выходы дополнительных емкостей через дополнительные управляемые клапана соединены с напорным насосом;
- введен третий коллектор с форсунками для удаления льда с задней части поезда;
- введен дополнительный управляемый клапан, установленный на выходе технологической емкости раствора пропиленгликоля и соединенный через систему управления с клапанами на выходе емкостей с горячей водой;
- введен компрессор, обеспечивающий работу управляемых клапанов;
- параллельно поддонам, с обеих сторон железнодорожной колеи, размещены брызгозащитные экраны, снабженные панелями, оборудованными приводом для их открывания и закрывания;
- введена дополнительная емкость для сбора очищенного антиобледенительного раствора для возврата его в процесс.
Введение сменной емкости для горячей воды, которая включается в процесс удаления льда после опорожнения первой емкости с горячей водой и частично второй, обеспечивает непрерывность процесса удаления льда.
Введение модуля разогрева позволяет поддерживать температуру горячей воды, используемой для удаления льда.
Дополнительный управляемый клапан на выходе емкости раствора пропиленгликоля предназначен для отключения подачи горячей воды и переключения на подачу антиобледенительного раствора на вторую стадию удаления льда или перехода на режим профилактики - для образования защитного слоя на ходовых частях поезда.
Установка брызгозащитного экрана с панелями, снабженными приводом, позволяет уменьшить потери дорогого раствора пропиленгликоля и улучшить технико-экономические показатели процесса.
Сущность изобретения поясняется нижеследующим описанием и чертежами.
На фиг.1 показано размещение основных технологических и вспомогательных модулей антиобледенителя, а также поддонов и брызгозащитных экранов относительно железнодорожного полотна.
На фиг.2 приведена технологическая схема, поясняющая реализацию процесса обледенения и нанесения защитного слоя.
На фиг.3 приведено схематическое положение вагона скоростного поезда и размещение коллекторов для подачи рабочего и профилактического антиобледенительного растворов и датчиков положения поезда и вагонных тележек.
На фиг.1 изображены емкости для хранения горячей воды 1, емкости 2 для хранения концентрата пропиленгликоля, модули 3 с технологическим оборудованием, с соответствующими нагревателями, датчиками и приборами КИП, насосами, запорной арматурой и т.п., система 4 поддонов, размещенных на железнодорожном пути и вне его, причем длина поддонов должна быть несколько превышать длину железнодорожного вагона поезда, коллектора 5 для подачи горячей воды и антиобледенительного раствора, брызгозащитные экраны 6 с панелями, снабженными приводом для открывания и закрывания, а также поезд 7 (Сапсан).
Технологическая схема антиоблединителя (фиг.2) включает емкости 1 для горячей воды, емкость 2 для хранения концентрата пропиленгликоля, буферную (сменную) емкость 8 для горячей воды, емкость 9 приготовления рабочего раствора пропиленгликоля, снабженную проточным электронагревателем 10 и циркуляционным насосом 11, модуль разогрева, включающий проточный электронагреватель 12 и циркуляционный насос 13, управляемые клапаны 14, 15, 16 и 17, установленные на входе и выходе технологических емкостей, напорный насос 18, коллекторы 19, 20, 21 с форсунками для обработки задней поверхности вагона, тележек вагонов и передней поверхности поезда, компрессор 22 для подачи сжатого воздуха в приводы управляемых клапанов, емкость 23 для сбора отработанного антиобледенительного раствора, соединенную с фильтрами 24 грубой очистки и патронными фильтрами 25 тонкой очистки, датчики 26 уровня раствора в соответствующей емкости, панели 27 брызгозащитных экранов 6, снабженные гидроцилиндрами 28, соединенными с системой гидравлики 29. На фиг.2 изображены также управляемый клапан 30, переключающий подачу очищенной горячей воды в соответствующие емкости или раствора пропиленгликоля в емкость 9, поезд 7 и трубопроводы с установленными на них вентилями и другой запорной арматурой.
На фиг.3 условно показано положение вагона и его ходовых тележек, а также условное место размещения (по высоте) датчиков, контролирующих движение поезда в зоне антиобледенителя 31, 32, 33 (а, с, е), и датчиков 34, 35 (b, d) контроля положения ходовых тележек очередного вагона поезда, а также основные коллекторы 19, 21 и вспомогательный 20, на которых, в зоне ходовых тележек вагона, расположены форсунки для их обработки.
Система антиобледенителя предусматривает работу в двух режимах, которые осуществляются последовательно: удаления льда с ходовых тележек и других поверхностей поезда и нанесения защитного слоя. Однако необходимость осуществления режима удаления льда не всегда является обязательной, поэтому в системе предусмотрена возможность определения выбора режима работы системы, т.к. режим удаления льда характеризуется временной остановкой состава в зоне антиобледенителя, а в режиме нанесения защитного слоя состав движется непрерывно с заданной скоростью передвижения. Сигнал о порядке движения состава поступает в систему управления работой антиобледенителя от датчиков положения состава в зоне антиобледенителя - a,c,e,b,d. (фиг.3).
Для реализации процесса удаления льда две емкости 1 заполняются горячей водой с температурой 80-85°C. Заданная температура поддерживается модулем разогрева, содержащим электронагреватель 12, циркулирующий насос 13 и трубопроводы с установленными на них запорными средствами (вентили, клапаны и т.п.). Циркуляция воды осуществляется через соответствующие управляемые клапаны 14, 15, поэтому входы указанных емкостей, в период циркуляции, являются и выходами их. Уровень заполнения емкостей контролируется уровнемерами 26.
3
В технологической емкости 9 осуществляется приготовление антиобледенительного раствора пропиленгликоля, который используется на второй стадии удаления льда и создания защитного слоя на ходовых частях поезда. Для этого концентрат пропиленгликоля из емкостей 2 по трубопроводу поступает в емкость 9, где смешивается с водой до концентрации 45-50% пропиленгликоля, и раствор нагревают с помощью нагревателя 10 до 60-85°C при постоянной циркуляции раствора, которая осуществляется циркуляционным насосом 11. Объем приготавливаемого раствора в пределах 20 м (количества, достаточного для осуществления процесса удаления льда и нанесения защитного слоя), причем предельные и рабочий уровни раствора контролируются соответствующими датчиками. В период хранения антиоблединительного раствора поддерживают заданную температуру раствора путем периодического включения обогрева. Периодически измеряют концентрацию раствора в емкости 9 и, при необходимости, осуществляют ее корректировку путем добавки необходимого компонента раствора (воды или концентрата протиленгликоля). Подача антиоблединительного раствора для удаления льда с ходовых частей поезда осуществляется в автоматическом режиме по сигналам основных 31.32.33 и вспомогательных 34, 35 датчиков, которые условно показаны на фиг.3. Датчики положения поезда (а, с, е) работают на просвет и расположены на стойках, установленных вдоль железнодорожного полотна на высоте корпуса вагона, они выдают сигнал в систему управления, что поезд вошел в зону антиобледенителя и находится в ней. Датчики (b, d), расположенные на стойках, смонтированных на наружном(ых) поддоне(ах) на высоте горизонтальной оси ходовой тележки вагона, и выдают сигналы о нахождении вагона в зоне антиобледенителя, при этом первый из них о достижении передней ходовой тележке вагона, а второй - о нахождении обеих его тележек в его зоне. Датчик 34 (с) сигнализирует, что поезд продвигается в зоне антиобледенителя. При прохождении ходовой тележкой вагона датчик b или d, которые аналогичны, но показывают соответственно положение передней и задней тележек вагона. По датчику (b) выдается предварительный сигнал на включение подачи антиоблединительного раствора (горячей воды) на осуществление первой стадии удаления льда, но сигнал этот выдается с задержкой времени. Задержка времени предусмотрена для того, чтобы определить, какая операция должна производиться, удаление льда или нанесение защитного слоя. Выбор осуществляется по сигналам датчиков контроля положения ходовых тележек (б, d) и датчика (а). Если датчики «б» и «d» сработали, а датчик «а» отключен, т.е. первый вагон прошел его, то это означает, что поезд продолжает движение с заданной скоростью и выбран режим профилактики (нанесение защитного слоя). В этом случае система управления работой антиобледенителя включает управляемый клапан 17, а систему клапанов 16 на выходе емкостей 1 и 8 горячей воды закрывают. В результате осуществляется подача антиобледенительного раствора из емкости 9, через напорный насос 18 на форсунки коллектора 20 или с помощью запорной аппаратуры и управляемых клапанов последовательно и на другие коллекторы 21, 22, причем напорный насос 18 работает на пониженной мощности. Поезд проходит зону антиобледенителя со скоростью 1 (один) км/ч. После прохождения им датчика «е» в систему управления поступает сигнал, что состав вышел из зоны антиобледенителя и подача антиобледенительного раствора прекращается, т.к. поезд покинул зону антиобледенителя.
В режиме удаления льда поезд входит в зону антиобледенителя, сработает датчик 31 «а», но пока вагон полностью не войдет в зону антиобледенителя, т.е. не сработают датчики 34, 35 (b, d), никаких действий не производят. Если же имеются сигналы срабатывания всех трех датчиков (а, б и d), это является подтверждением того, что поезд остановился и выбран режим удаления льда, т.е. вагон встал на исходное положение для начала осуществления процесса удаления льда. В этом случае система управления работой антиобледенителя подает соответствующие команды: на закрытие управляемого клапана 17 и последовательное открытие клапанов 16 на выходе первой емкости с горячей водой, а по мере достижения в ней нижнего уровня по сигналу датчика уровня 26 включает клапан 16 второй емкости горячей воды и клапан 14 на входе буферной емкости 8 на ее заполнение горячей водой. Таким образом достигается непрерывная подача горячей воды по соответствующим трубопроводам через напорный насос 18, работающий на полную мощность, на форсунки коллекторов 19, 20, 21 на удаление льда с передней и задней частей вагонов поезда и ходовых частей поезда (локомотива и вагонных тележек).
Одновременно с командой на подачу горячей воды на форсунки коллекторов 19, 20, 21 система управления выдает команду на закрытие панелей 27 брызгозащитных экранов 6, которая осуществляется посредством подачи на гидропривод 28 жидкости от системы гидравлики 29. Сжатый воздух на управляемые клапаны поступает от компрессора 22.
Панели 27 находятся в закрытом положении до тех пор, пока не закончится обработка всего состава, и только при поступлении команды, что поезд покинул зону обледенителя, панели 27 возвращаются в исходное положение (открытое).
Через заданное время, после окончания первой стадии процесса обледенения, который занимает порядка 10-12 минут, система управления выдает команду об окончании первой стадии удаления льда и закрывает электромагнитные клапаны 16. Вторая стадия процесса удаления льда начинается только после того, когда вся вода, находящаяся в трубопроводах, не будет воздухом выгнана в емкость 23 сбора отработанного раствора. После этого по команде из системы управления открывают электромагнитный клапан 17 и осуществляется подача раствора полипропиленгликоля из емкости 9 через напорный насос 18 на форсунки коллекторов 19, 20, 21 аналогично вышеописанному, при проведении профилактики.
Через заданное время (1-3 минуты, в зависимости от времени года и состояния ходовых поверхностей поезда) система управления выдает команду на окончание второй стадии процесса удаления льда и одновременно на продвижение в зону антиобледенителя следующего вагона. При перемещении очередного вагона срабатывают датчики (b и d) положения ходовых тележек вагона и датчики (а, с) контроля движения вагона в зоне антиобледенителя. После срабатывания всех этих датчиков система подачи включается и процесс удаления льда происходит аналогично описанному выше. После того как с последнего вагона удалят лед, состав из зоны антиобледенителя выходит, о чем сигнализирует датчик «е» положения поезда в зоне антиобледенителя, и система автоматики будет находиться в режиме ожидания подхода следующего поезда. Соответственно цикл удаления льда повторится в той же последовательности.
Независимо от реализуемой операции, отработанный (загрязненный) раствор собирается в боковых и центральном поддонах 4, в которых установлены сигнализаторы предельного уровня. Поддоны соединены как сообщающиеся сосуды, поэтому уровень в них одинаковый. Посредством вспомогательного насоса (на фиг.2 не показан) осуществляется откачка загрязненного раствора в емкость 23. Далее отработанный раствор проходит через фильтры грубой очистки 27 и поступает в патронные фильтры 28 тонкой очистки. Очищенный раствор через дополнительный клапан поступает в емкости 1 горячей воды или в емкость 9, в зависимости от стадии процесса удаления льда или режима профилактики, т.е. возвращается в процесс. Твердые механические (из фильтра 27), а также остатки нефтепродуктов, удаляемые с патронов фильтров 28, поступают на дальнейшую переработку. По мере загрязнения патронных фильтров их необходимо заменять.
Весь процесс удаления льда с ходовых частей одного вагона или локомотива занимает 15-20 минут, а нанесение защитного слоя осуществляется в течение 2-5 минут. Защитный слой сохраняет свои свойства в пределах 10 часов.
Предлагаемая система удаления льда и нанесения защитного слоя на ходовые части скоростного поезда имеет ряд преимуществ по сравнению с известными способами и системами, а именно:
- значительно снижает расход дорогого антиобледенительного раствора (пропиленгликоля),
за счет использования его только на второй стадии процесса удаления льда с ходовых частей вагонов поезда, а также за счет уменьшения концентрации раствора пропиленгликоля в два раза, а за счет конструктивных решений значительно уменьшается брызгоунос дорогого антиобледенительного раствора пропиленгликоля,
- увеличение срока эксплуатации, т.к. используются различное оборудование и режимы при удалении льда и профилактики, что создает возможность резервирования оборудования.
В настоящее время закончен рабочий проект системы антиобледенителя, а внедрение его предполагается осуществить в 2011 г. на скоростных составах «Сапсан» на Октябрьской железной дороге и, возможно, в Финляндии.