СПОСОБ РАЗОГРЕВА СМЕРЗШЕГОСЯ ГРУЗА В ВАГОНАХ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАЗОГРЕВА СМЕРЗШЕГОСЯ ГРУЗА В ВАГОНАХ
METHOD OF WARMING UP FROZEN LOAD IN CARS AND DEVICE TO THIS END

Изобретение относится к области погрузочно-разгрузочных работ и может быть использовано для разогрева смерзшихся грузов в вагоне перед их выгрузкой.
Известен способ разогрева железнодорожных полувагонов со смерзшимся грузом (патент РФ №2055800, МПК B65G 69/20, B65D 88/74, B65G 67/24, опубл. 10.03.1996), сущность которого заключается в том, что полувагоны помещают в гараж конвективного типа, имеющего, по меньшей мере, одну секцию и загрузочные ворота. Подачу теплоносителя осуществляют со стороны загрузочного проема с постепенным уменьшением его температуры в течение часа с 200-220 до 130-140°C. Отработанный теплоноситель удаляют в конце секции. Через час после подачи теплоносителя уменьшают его подачу в 2 раза со стороны загрузочного проема, а оставшуюся часть теплоносителя подают с температурой 130-140°C с тупиковой стороны, при этом перекрывают отбор отработанного теплоносителя в конце секции и отбирают его из средней части гаража. Использование способа ускоряет процесс размораживания и повышает его экономичность.
Известно устройство для разогрева смерзшегося груза (авторское свидетельство СССР №908724, МПК B65G 69/20, B65G 67/24, опубл. 28.02.1982 г.), содержащее основание; рельсовый путь, расположенный на основании; вагон со смерзшимся грузом, установленный своими колесными парами на рельсовом пути; тепловую камеру, установленную на основании и охватывающей своей внутренней полостью вагон со смерзшим грузом; верхний источник тепловой энергии, выполненный в виде полого колпака, подсоединенного своим входом к выходу теплогенератора и подвижно установленный на верхней внутренней поверхности тепловой камеры, над смерзшимся грузом в вагоне: нижние источники тепловой энергии, подвижно установленные на стойках, расположенных на основании, выполненные в виде двух рядов нагревательных панелей, установленных наклонно с правой и левой сторон под дном вагона со смерзшимся грузом и подсоединенные своими входами к выходам теплогенератора.
Известно устройство для разогрева смерзшегося груза (авторское свидетельство СССР №1736883, МПК B65G 69/20, опубл. 30.05.1992 г.), содержащее основание; рельсовый путь, расположенный на основании; вагон со смерзшимся грузом, установленный своими колесными парами на рельсовом пути; тепловую камеру, установленную на основании и охватывающую своей внутренней полостью вагон со смерзшимся грузом; верхние источники тепловой энергии, выполненные в виде поточных сопел, подсоединенных своими входами через коллектор к выходу теплогенератора и подвижно установленных на верхней внутренней поверхности тепловой камеры над смерзшимся грузом в вагоне; нижние источники тепловой энергии, установленные на стойках и расположенные вне габаритных размеров вагона со смерзшимся грузом и выполненные в виде двух рядов поточных сопел, расположенных справа и слева по продольной оси относительно боковых сторон вагона, подсоединенные своими входами через коллектор к выходу теплогенератора и направленные одними своими соответствующими выходными каналами поточных сопел в продольные нижние внешние части соответствующих поверхностей боковых сторон вагона, а другими своими соответствующими выходными каналами поточных сопел в соответствующие внешние части продольных краев дна вагона. Известные аналоги характеризуются сложной технической реализацией, за счет использования теплогенератора, коллектора, поточных сопел и тепловой камеры.
Ближайшим по технической сущности и принятым за прототип является устройство для разогрева смерзшегося груза в вагонах и способ разогрева смерзшегося груза в вагонах, реализованный данным устройством (патент РФ №54363, МПК B65G 69/20, B65G 67/24, опубл. 27.06.2006 г.). Устройство содержит основание; рельсовый путь, расположенный на основании; верхние источники тепловой энергии и нижние ряды источников тепловой энергии, установленные на стойках и расположенные с правой и левой сторон установленного на рельсовом пути вагона со смерзшимся грузом; верхние источники тепловой энергии установлены на стойках с правой и левой сторон установленного на рельсовом пути вагона со смерзшимся грузом и выполнены в виде рядов электрических нагревателей, расположенных своими теплоизлучающими поверхностями у поверхностей нижних частей внешних боковых сторон установленного на рельсовом пути вагона со смерзшимся грузом; нижние ряды источников тепловой энергии выполнены в виде электрических нагревателей, наклонно установленных своими теплоизлучающими поверхностями к внешней поверхности дна установленного на рельсовом пути вагона со смерзшимся грузом.
В известном устройстве и способе разогрева смерзшегося груза имеет место неравномерный прогрев вагона. При достаточном для размораживания груза прогреве стенок и пола вдоль боковых сторон вагона, центральная часть пола вагона не успевает прогреться до температуры размораживания и в районе хребтовой балки остается «налип» смерзшегося груза, который приходится удалять вручную. Это связано с тем, что излучение от нагревателей попадает на центральную часть пола под острым углом (не более 15…20 градусов) и с существенно большего расстояния, чем на боковые участки нагрева вагона. Поэтому на центральную часть пола вагона поступает тепловой энергии существенно меньше, чем на часть пола вдоль боковых стенок вагона, которая расположена в непосредственной близости от нагревателей.
Неравномерность прогрева груза на полу вагона усугубляется еще и тем, что металл, из которого изготовлена хребтовая балка, проходящая вдоль вагона под его полом, имеет, по меньшей мере, в пять раз большую толщину, чем металл, из которого изготовлен пол вагона.
Для того чтобы не оставалось «налипов» смерзшегося груза требуется дополнительная тепловая энергия, которая передается при продолжении прогрева груза в вагоне. При этом уже размороженная часть груза нагревается значительно сильнее, чем нужно для его размораживания, вызывая излишний расход электроэнергии.
Кроме того, конструкция крепления электрических нагревателей установленных на подвижные стойки, недостаточно устойчивая, т.к. к стойкам на консолях закрепляется не менее шести нагревателей (панелей ИК-излучения), масса которых достигает 60 килограмм. При этом чтобы обеспечить необходимое расстояние (порядка 300…700 мм) от панели до вагона, а также возможность регулировки расстояния от панелей до вагона приходится длину консоли делать не менее 200 мм, что снижает надежность работы установки и повышает ее стоимость. В известном устройстве отсутствует электрическая регулировка теплового потока, а тепловой поток регулируется перемещением стоек относительно вагона или перемещением нагревателей относительно стоек путем изменения длины консолей. При этом основание стойки, выступающее в сторону вагона от плоскости, проходящей через центр тяжести стойки технически невозможно выпустить более 400 мм в сторону вагона. Таким образом, центр тяжести стойки с закрепленными на ней нагревателями находится в 100 мм от края основания стойки (точки опоры). В связи с этим у стойки должен быть противовес с достаточно большой массой, либо стойка должна быть выполнена из труб или металлопроката, имеющего достаточно большую массу, чтобы компенсировать момент сил, который создают закрепленные на стойке электрические нагреватели (панели). При этом существенно увеличивается расход материалов, из которых изготавливаются стойки.
Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении эффективности и равномерности разогрева, путем последовательного поэтапного разогрева боковых стен вагона и его днища и регулирования интенсивности теплового потока, что приведет к улучшению энергетических параметров и сокращению потребляемой электроэнергии, а также в повышении устойчивости, жесткости, упрощении конструкции и уменьшении ее материалоемкости.
Технический результат достигается тем, что в способе разогрева смерзшегося груза в вагонах, включающем разогрев источниками тепловой энергии в виде рядов ИК-излучателей, направленными на разогреваемую поверхность вагона, в ангаре, имеющим основание, рельсовый путь для установки вагона со смерзшимся грузом, новым является то, что разогрев вагонов осуществляют последовательно, перемещая вагоны по зонам нагрева, расположенным по длине ангара, в зоне предварительного нагрева разогревают боковые стенки вагона и частично его дно, путем направления ИК-излучения на боковые стороны и под углом к поверхности дна вагона, в зоне основного нагрева разогревают боковые стенки и дно вагона, путем направления ИК-излучения на боковые стороны, а также под углом и по нормали к поверхности дна вагона, в зоне дополнительного нагрева разогревают дно вагона, путем направления ИК-излучения по нормали к поверхности дна вагона, при этом в вышеупомянутых зонах разогрева регулируют мощность теплового потока ИК-излучения в зависимости от необходимой температуры разогрева.
В устройстве для разогрева смерзшегося груза в вагонах, выполненном в виде ангара, в котором имеется основание, рельсовый путь для установки вагона со смерзшимся грузом, расположенный на основании, ИК-излучатели, устройство электропитания ИК-излучателей, новым является то, что ангар имеет последовательно расположенные по его длине зоны предварительного, основного и дополнительного нагрева, зоны предварительного и основного нагрева включают, по меньшей мере, один ряд ИК-излучателей, расположенных вдоль боковых стен ангара, излучающие поверхности которых направлены на боковые стороны вышеупомянутого вагона и, по меньшей мере, один ряд ИК-излучателей, расположенных вдоль боковых стен ангара, излучающие поверхности которых направлены под углом к поверхности дна вышеупомянутого вагона, кроме того, основная зона нагрева включает, по меньшей мере, один ряд ИК-излучателей, установленных между рельсами и/или, по меньшей мере, один ряд ИК-излучателей, установленных с внешней стороны рельсов, а их излучающие поверхности направлены в сторону дна вышеупомянутого вагона, зона дополнительного нагрева включает, по меньшей мере, один ряд ИК-излучателей, установленных между рельсами и/или, по меньшей мере, один ряд ИК-излучателей, установленных с внешней стороны рельсов, а их излучающие поверхности направлены в сторону дна вышеупомянутого вагона.
Устройство электропитания имеет систему управления мощностью теплового потока.
ИК-излучатели, расположенные вдоль боковых стен ангара и вдоль нижней поверхности боковых стен ангара, закреплены на несущем каркасе ангара или его боковых стенах.
ИК-излучатели, расположенные вдоль боковых стен ангара и вдоль нижней поверхности боковых стен ангара, закреплены на модуле, выполненном в виде каркасной конструкции, который жестко прикреплен к несущем каркасу ангара или к его боковым стенам.
ИК-излучатели, установленные между рельсами и/или, с внешней стороны рельсов закреплены на модуле, выполненном в виде каркасной конструкции, который жестко закреплен на основании.
Сущность способа заключается в том, что смерзшийся груз в вагонах разогревают путем последовательного перемещения вагонов по зонам нагрева, в каждой из которых регулируют мощность теплового излучения в зависимости от необходимой температуры разогрева.
Предлагаемое устройство для разогрева смерзшихся грузов в вагонах поясняется на фиг.1 и 2.
На фиг.1 представлен поперечный разрез основной зоны нагрева устройства для разогрева смерзшихся грузов в вагоне.
На фиг.2 - схема расположения зон нагрева в устройстве для разогрева смерзшихся грузов в вагоне.
Здесь: 1 - ангар; 2 - основание; 3 - рельсовый путь, расположенный на основании 2; 4 - вагон со смерзшимся грузом, установленный своими колесными парами на рельсовом пути 3; 5 - боковые ИК-излучатели, закрепленные на несущем каркасе, в виде рядов электрических нагревателей, теплоизлучающие поверхности которых направлены к внешней поверхности боковых стен вагона; 6 - ИК-излучатели, установленные наклонно своими теплоизлучающими поверхностями к внешней поверхности дна вагона; 7 - ИК-излучатели, установленные между рельсами рельсового пути 3; 8 - устройство электропитания; 9 - система управления тепловой мощностью; 10 - зона предварительного нагрева; 11 - зона основного нагрева; 12 - зона дополнительного нагрева.
Устройство для разогрева смерзшегося груза в вагонах представляет собой ангар 1 (фиг.1), в котором имеется основание 2, расположенный на нем рельсовый путь 3 для установки вагона со смерзшимся грузом. Ангар имеет три зоны нагрева (фиг.2): зону предварительного нагрева 10, зону основного нагрева 11 и зону дополнительного нагрева 12, снабженные ИК-излучателями, устройство электропитания 8 ИК-излучателей и систему управления 9 мощностью теплового потока. Зона предварительного нагрева 10 включает, по меньшей мере, один ряд ИК-излучателей 5, расположенных вдоль боковых стен ангара 1, излучающие поверхности которых направлены на боковые стороны вагона 4 и, по меньшей мере, один ряд ИК-излучателей 6, расположенных вдоль нижней поверхности боковых стен ангара 1, излучающие поверхности которых направлены под углом к поверхности дна вагона 4. Зона основного нагрева 11 включает, по меньшей мере, один ряд ИК-излучателей 5, расположенных вдоль боковых стен ангара 1, излучающие поверхности которых направлены на боковые стороны вагона 4, по меньшей мере, один ряд ИК-излучателей 6, расположенных вдоль нижней поверхности боковых стен ангара 1, излучающие поверхности которых направлены под углом к поверхности дна вагона 4, а также, по меньшей мере, один ряд ИК-излучателей 7, установленных между рельсами 3, излучающие поверхности которых направлены по нормали к поверхности дна вагона 4. Кроме того, зона основного нагрева может включать, по меньшей мере, один ряд ИК-излучателей, установленных с внешней стороны рельсов 3 и закрепленных на основании, при этом их излучающие поверхности направлены под углом к поверхности дна вагона 4 (не показаны).
Ангар 1 имеет последовательно расположенную за зонами 10 и 11 зону дополнительного нагрева 12 (фиг.2) включающую, по меньшей мере, один ряд ИК-излучателей 7, установленных между рельсами 3, излучающие поверхности которых направлены по нормали к поверхности дна вагона 4, а также может включать, по меньшей мере, один ряд ИК-излучателей, установленных с внешней стороны рельсового пути 3 и закрепленных на основании 2, излучающие поверхности которых направлены под углом к поверхности дна вагона (не показаны).
Устройство электропитания 8 включает в себя один или несколько мощных тиристорных регуляторов; система управления тепловой мощностью 9 включает в себя пульт управления и контроллер, входы которого соединены с датчиками температуры, а выходы с соответствующими входами тиристорных регуляторов (не показаны).
Учитывая, что мощность установок для разогрева грузов в вагонах достигает 2000…3000 кВт при работе одного вагоноопрокидывателя, при перераспределении подвода тепловой энергии к вагону со смерзшим грузом возможно снижение мощности установки на 10% и уменьшение потребляемой электроэнергии на 200…300 кВт*ч при том же времени разогрева 30…40 минут.
Электрические ИК-излучатели 5 и 6, расположенные соответственно вдоль боковых стен ангара и вдоль нижней части боковых стен ангара в зонах нагрева 10 и 11, закреплены на несущем каркасе ангара 1 или на его боковых стенах.
В случае, когда конструкция ангара 1 не позволяет закрепить электрические ИК-излучатели 5 и 6 к его стенам, то они устанавливаются на модуле, выполненном в виде каркасной конструкции, который жестко прикреплен к основанию и/или к несущем каркасу ангара или к его боковым стенам (не показано).
ИК-излучатели 7, установленные между рельсами 3 и/или с внешней стороны рельсов 3 в зонах нагрева 11 и 12, закреплены на модуле, выполненном в виде каркасной конструкции, который жестко закреплен на основании (не показано).
Ангар 1 выполнен полуоткрытым, со стенами, не доходящими по высоте до потолка, или закрытым холодным, или закрытым утепленным.
Устройство для разогрева смерзшего груза в вагонах работает следующим образом.
Вагон в процессе нагрева последовательно поступает в зоны нагрева, начиная с зоны предварительного нагрева 10. При необходимости произвести нагрев вагона (вагонов) оператор вагоноопрокидывателя с пульта управления посылает в систему управления 9 сигнал «Пуск». По этому сигналу вагонотолкатель по рельсовому пути 3 передвигает вагон 4 в зону предварительного нагрева 10. При поступлении вагона 4 в зону нагрева 10 система управления устройством 9 подает сигнал на устройство электропитания 8, которое включает ИК-излучатели 5 и 6 зоны предварительного нагрева 10, на время одного такта нагрева (время пребывания вагона в зоне нагрева). Длительность такта может быть задана вручную или системой управления 9, исходя из заданной производительности установки. В этой зоне происходит интенсивный разогрев боковых стенок вагона 4 ИК-излучателями 5, а также частичный разогрев его дна ПК-излучателями 6, что приводит к оттаиванию налипшего к дну вагона снега. По окончании первого такта нагрева вагон 4 перемещается в зону основного нагрева 11. В это же время в зону предварительного нагрева поступает очередной вагон, находящийся в котором груз необходимо разморозить. После остановки вагона в зоне основного нагрева 11 система управления 9 включает ИК-излучатели 5, 6 и 7, установленные в этой зоне. Излучатели 7 расположены между рельсами, при этом их излучающие поверхности направлены по нормали к поверхности дна вагона, что обеспечивает совместно с излучателями 6 интенсивный разогрев центральной части дна вагона и его хребтовой балки. ИК-излучатели 5 поддерживают температуру нагретых в зоне предварительного нагрева 10 боковых стенок вагона. Для более эффективного разогрева дна вагона 4 могут использоваться ИК-излучатели, установленные на основании за рельсами (не показаны), их излучающие поверхности направлены под углом в сторону дна вагона 4. Если груз на дне вагона после двух зон нагрева 10 и 11 не достаточно разморозился или в случае когда необходима бóльшая производительность, вагон направляется в зону дополнительного нагрева 12 (фиг.2), а на его место поступает очередной вагон с зоны нагрева 10 и т.д. Система управления 9 подает электропитание на ИК-излучатели 7, установленные в этой зоне нагрева между рельсами 3 и/или с внешней стороны рельсов, излучающие поверхности которых, соответственно, направлены по нормали и/или под углом в сторону дна вагона и производится дополнительный разогрев дна вагона.
Процесс нагрева вагона заканчивается, когда вагон пройдет все зоны нагрева. В частном случае число вагонов, расположенных в каждой зоне нагрева, зависит от необходимой скорости подачи вагонов на разгрузку и степени промерзания груза. Например, при скорости подачи вагонов в количестве примерно 10 штук в час, время пребывания одного вагона (такт нагрева) в зоне предварительного нагрева 10 составляет 6 минут, при этом в зоне основного нагрева 11 одновременно располагаются пять вагонов при времени пребывания (такт нагрева) каждого вагона в ней 30 минут, а в зону дополнительного нагрева 12 подают последовательно по одному вагону с временем пребывания шесть минут при общем времени нагрева одного вагона равном 42 минутам. При заданной производительности длина зоны основного нагрева 11 в пять раз больше длины соответственно зон предварительного 10 и дополнительного нагрева 12.
Таким образом, предлагаемые способ и устройство для разогрева смерзшего груза в вагоне позволяет осуществить полный и равномерный разогрев смерзшего груза, не оставляя на полу вагона «налипа» смерзшегося груза за счет поэтапного разогрева, путем прохождения зоны предварительного нагрева, зоны основного нагрева и зоны дополнительного нагрева, в каждой из которых осуществляется регулирование подачи тепловой мощности для достижения равномерного прогрева по всему объему вагона, что также позволяет сократить потребление электроэнергии. Предлагаемое крепление электрических ИК-излучателей на несущем каркасе ангара или на его боковых стенах, или на модуле, выполненном в виде каркасной конструкции, который жестко прикреплен к основанию и/или к несущем каркасу ангара или к его боковым стенам позволяет повысить устойчивость, жесткость конструкции и уменьшить ее материалоемкость и, следовательно, снизить себестоимость.