УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЦЕНТРАЛИЗОВАННОГО ПЕСКОСНАБЖЕНИЯ ПУНКТА ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ ЛОКОМОТИВОВ (ПТОЛ)

Полезная модель относится к Железнодорожному транспорту, но может быть использовано в промышленности, строительстве для перемещения и подачи сыпучих материалов.
Несколько слов об истории возникновения проблемы, существующей в настоящее время на железных дорогах.
Железные дороги - это величайшее изобретение человечества, но, как и везде, существуют сложные проблемы в их использовании, в частности в локомотивном хозяйстве.
Даже при нагрузке от двух колес одной колесной пары на рельсы 25 т коэффициент сцепления поверхности колеса и рельса, это если поверхность головки рельса чистая, способен передать мощность тягового электродвигателя локомотива, вращающего эту колесную пару, не более 200-250 кВт.
В настоящее время мощность тягового электродвигателя локомотива - 750 кВт, это необходимо для вождения поездов повышенного веса - 10 тысяч тонн брутто и даже больше. Для реализации такой мощности тягового электродвигателя и повышения коэффициента сцепления специальные устройства локомотива подают в контакт колесо-рельс сухой кварцевый песок.
Другого способа повышения коэффициента сцепления колеса и рельса пока еще не придумал никто!
В настоящее время на Российских железных дорогах (РЖД), как и ранее в ведомстве МПС СССР, используются разработки устройств пескоснабжения Пункта технического обслуживания локомотивов (ПТОЛ), выполненные ранее головным проектным институтом «Трансэлектропроект». На фиг.1, поз 1 - здание ПТОЛ.
Уже давно институт «Трансэлектропроект» этими проблемами не занимается, а спроектированные ранее технические устройства устарели не только физически, но и морально.
Принципиальная схема централизованного пескоснабжения ПТОЛ показана на фиг.1. На позиции 6 - локомотив.
Склад сухого песка 2 может быть горизонтального типа, в последние годы проектируются и монтируются склады вертикального типа, высотой 20-25 м, под ними располагаются помещения для баков выжимных 3.
Над крышей здания ПТОЛ расположены бункеры пескораздаточные 5. Для соединения баков выжимных 3 и бункеров 5 служит пескопровод 4.
Песок со склада 2, фиг.1 поступает в открывшийся бак выжимной 3 самотеком. После наполнения песком бака выжимного до достижения датчика уровня песка (см. фиг.3, поз.14) подается сжатый воздух, который перекрывает клапан пескозапорный (фиг.3, поз.13) и одновременно через открывшийся клапан воздушный подается в бак выжимной (фиг.3, поз.3) - начинается выжим песка в пескопровод 4 с последующим заполнением бункеров пескораздаточных (фиг.1, поз.5), находящихся на этой линии пескоподачи. Идеальное количество бункеров на одной линии - один. Но это не приемлемо: слишком дорого, большой расход труб, металла, нехватка производственных площадей, и самое главное - не обеспечивается программа технического обслуживания ПТОЛ.
На схеме показано размещение на одной линии пескоподачи 4-х бункеров пескораздаточных.
Для отдельных ПТОЛ, расположенных на самых грузонапряженных линиях железных дорог даже 4-х бункеров на одной линии - недостаточно, но в любом варианте исходить из следующего: количество пескораздаточных бункеров на одной линии не может превышать возможность выжимного бака в подаче сухого песка за этот же период времени.
В последние годы на сети железных дорог для оснащения ПТОЛ применяются «Бункеры пескораздаточные с пылеулавливанием», разработчик проекта - филиал ПКБ ЦТ ОАО «РЖД» в г. Торжке.
Использование этих устройств пескоснабжения приводит к перерасходу сухого кварцевого песка, нарушению требований экологии и даже имели место случаи обрушения перекрытий здания ПТОЛ из-за их перегрузки.
В действующем устройстве работа по заполнению бункера пескораздаточного протекает непрерывно даже при полном использовании его объема, никакого запирающего элемента устройства нет, вместе с пылью вентилятором захватываются крупные частицы песка и выбрасываются на территорию ПТОЛ, на крышу здания. Находящийся на крыше здания песок увлажняется, смерзается, перекрытия здания не выдерживают такой нагрузки и обрушаются (к сожалению, такие случаи на сети железных дорог имели место).
В предлагаемом изобретении эти проблемы решены следующим образом. На фиг.2 показано устройство и работа бункера пескораздаточного.
От пескопровода 4 в емкость бункера 11 введена удлиненная труба пескозапорная 7. Ниже обреза трубы пескозапорной расположена площадка, т.е. буфер 9. В емкости бункера 11 образуется запорный конус песка 10. По трубе разборной 12 подается песок в песочный бункер локомотива. Камера осадочная 8 предназначена для накопления выделенных мелких элементов песка и пыли с последующей аспирацией. Образование запорного конуса песка 10 обусловлено наличием у сыпучих материалов угла естественного откоса, в частности у локомотивного кварцевого песка угол естественного откоса равен 120° (показано на фиг.2).
Соотношение площадей сечения трубы пескопровода 4 к площади трубы запорной 7 составляет 1,4:1 (это при диаметрах трубы пескопровода 89 мм и трубы запорной 76 мм).
Был изготовлен опытный образец бункера пескораздаточного. Эксперимент проводился в закрытом режиме, в местах, недоступных для широкого обсуждения. Испытания подтвердили, что запирающее устройство бункера работает четко и устойчиво. Но были выявлены и дополнительные проблемы, ранее не известные.
1. Не всегда четко работает в бункере запорный конус песка. Причина была установлена: недостаточное насыщение песком песко-воздушного материала, подаваемого баком выжимным в бункер. Это устранимо. В выжимном баке изъяли дополнительную трубу подвода сжатого воздуха.
2. Имели место факты закупоривания песком всей системы: бак выжимной, пескоподающие трубы, бункер. Приходилось останавливать процесс пескоподачи, производить продувку выжимного бака и всей системы сжатым воздухом.
Впоследствии решение было найдено за счет изменения и дополнения, внесенных в схему всего Устройства.
Все изменения и дополнения показаны в принципиальной схеме Устройства, фиг.3 и описаны более подробно в разделе «Работа схемы транспортировки сухого локомотивного песка».
Работа схемы транспортировки сухого локомотивного песка
Сухой песок через открытый пескозапорный клапан 13 поступает в выжимной бак 3. После заполнения выжимного бака песком срабатывает датчик уровня песка 14 и выдает сигнал на блок управления 15, БУ в свою очередь выдает сигнал на электропневматический вентиль 16. Сжатый воздух давлением 2-5 атмосфер через открытый вентиль 16 поступает к пескозапорному клапану 13 и через открытые подпитывающие вентили 17 к точкам пескопровода (один вентиль подпитывает пескопровод на расстоянии до 30 метров, 2-ой на расстоянии до 150 метров и на высоту до 25 метров. При транспортировке далее 150 метров можно использовать 3-ю подпитку). При этом закрывается пескозапорный клапан 13, создается давление в выжимном баке 3, одновременно сжатый воздух через вентили 17 поступает в пескопровод 4, продолжает транспортировку песка от предыдущего цикла, а сжатый воздух, поступивший в выжимной бак, проходя через песок, захватывает его и через выжимную трубу 18 продолжает подавать его в пескопровод 4. Скорость транспортировки песка по пескопроводу можно изменять вентилями (от минимальной ~2-3 м/сек до максимальной до 10 м/сек). При этом меняется время транспортировки и расход сжатого воздуха.
2
3
Песок по пескопроводу 4 поступает в бункеры 5 (их может быть 1, 2, 3, 4 и более) при этом все они снабжены запорными трубами 7, фиг.2 расчетного диаметра и длины. Такой расчет ведется учитывая тот факт, что давление в сыпучих средах распространяется под углом естественного откоса (например труба диаметром 76 мм сечением 50 см при давлении сжатого воздуха 5 атм. закупорится сухим песком с углом естественного откоса 120° конусом 10, весом 250 кг). Если один выжимной бак питает несколько бункеров, то они будут заполняться последовательно, а конус песка до закупоривания будет гораздо меньше. На практике, когда идет одновременное заполнение бункеров, песок будет поступать туда, где меньше сопротивление. Но когда все они заполнятся, трубы закупорятся, выжимной бак встает в режим «ожидания». Режим «ожидания» - это когда песок по трубе не движется, а воздух в небольшом количестве проходит через песок и выходит в атмосферу. Когда при расходе песка из любого бункера освободится запорная труба - транспортировка возобновится. Такой способ предлагаем использовать на железной дороге в транспортировке при экипировке локомотивов на пунктах технического обслуживания (ПТОЛ), когда бункеры на крышах зданий ПТОЛ имеют небольшой объем 2-5 м, а количество от 6 до 12 штук, а также для того, чтобы надежно обеспечить заполнение бункеров, но самое главное - предотвратить выбросы песка на крышу зданий ПТОЛ. Это опасно и приводит к обрушению перекрытий.