КРАЕВАЯ ПЛИТА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЙ ПЛАТФОРМЫ

Полезная модель относится к конструкции железнодорожных платформ, а именно к краевым плитам платформы с встроенным обогревом. Краевая плита покрытия железнодорожной платформы с встроенным обогревом предназначена для обеспечения стаивания снега и защиты от образования наледи на открытых площадках железнодорожных платформ, подверженных воздействию атмосферных осадков.
Краевая плита - это горизонтальный элемент покрытия платформы, к которому с торца примыкают плиты покрытия платформы, на которые, как правило, укладывается брусчатка.
Краевая плита укладывается на край платформы, с которой пассажиры уже заходят непосредственно в вагон поезда. В холодное время года возможно оледенение края платформы, образование ледяной корки и наста, что приводит к снижению безопасности пассажиров. Основная функция краевой плиты со встроенным обогревом заключается в обеспечении безопасности пассажиров в холодное время года, благодаря обеспечению антискользящего эффекта.
Из уровня техники известно, например, применение поверхности пассажирской платформы в качестве коллектора солнечного тепла летом, отвода тепла в подземные аккумуляторы тепла и получение зимой тепла для нагрева поверхности пассажирской платформы (заявка на изобретение №2008128131, опубл. 20.01.2010). Такое решение малоэффективно в регионах с малым количеством солнечных дней и длительным сезоном отрицательных температур окружающей среды.
Известна краевая плита железнодорожной платформы с подогревом (https://www.okgbi.ru/catalog/kraevye_elementy_zhd_platform/kraevaya_plita_zhd_platformy_s_obogrevom/). При производстве плит на стадии армирования в каркас монтируется электрический кабель с лицевой стороны изделия. После заливки бетона через специальную коробку выводятся провода для подключения к электросети. При наступлении отрицательных температур на поверхности плиты не образуется лёд благодаря тому, что подключенный к электросети кабель нагревается и тем самым нагревает лицевую поверхность плиты. Недостатком такой конструкции по сравнению с заявляемой является использование жильно-проводного нагревательного элемента, требующее больших энергозатрат и обеспечивающее равномерное распределение тепла по всей площади плиты только при очень близком расположении витков кабеля друг к другу.
Технической проблемой, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является создание краевой плиты платформы с встроенным обогревом, удовлетворяющей технологическим требованиям и требованиям безопасности, обеспечивающей эффективную защиту от обледенения края железнодорожной платформы.
Технический результат полезной модели заключается в снижении энергозатрат при обеспечении эффективной защиты от обледенения краевой плиты железнодорожной платформы.
Технический результат достигается благодаря тому, что краевая плита железнодорожной платформы выполнена из железобетона, имеет армирующий каркас и нагревательный элемент, закрепленный на армирующем каркасе, и оснащена устройством для соединения нагревательного элемента с питающим кабелем, при этом нагревательный элемент выполнен в виде нагревательной ленты на основе аморфной металлической ленты.
Нагревательная лента в предпочтительном варианте выполнения включает аморфную металлическую ленту, покрытую полиэфирной плёнкой, алюминиевую оболочку, обратный и заземляющий кабели, внешнее покрытие из высокопрочного полиэтилена. Устройство для соединения с питающим кабелем может быть выполнено в виде распределительной коробки, расположенной на поверхности краевой плиты. Распределительная коробка предпочтительно расположена с краю продольной стороны краевой плиты.
Нагревательная лента может быть образована, по меньшей мере, двумя отрезками нагревательной ленты на основе аморфной металлической ленты.
На краевой плите может быть установлена система терморегулирования с датчиками осадков и температуры.
Нагревательный элемент предпочтительно расположен в теле плиты на глубине 50-120 мм и закреплен на армирующем каркасе с формированием нагревательной лентой П-образного меандра на протяженности всей длины краевой плиты, при этом расстояние между продольными участками меандра составляет 100 мм- 200 мм.
Краевую плиту изготавливают из железобетона, например, марки В40. При производстве предпочтительно используют тяжёлый бетон. Для армирования краевой плиты применяют арматурную сталь.
Нагревательный элемент, выполненный в виде ленты, крепят непосредственно к верхним элементам армирующего каркаса перед его укладкой в форму для заливки бетона. Укладку нагревательного элемента осуществляют таким образом, чтобы реализовывался нагрев всей верхней поверхности краевой плиты. Например, укладывают нагревательный элемент в форме П-образного меандра на протяженности всей длины краевой плиты. Глубина укладки нагревательного элемента варьируется в пределах 50мм -120 мм. Шаг укладки нагревательного элемента может варьироваться в зависимости от климатических условий и географического местонахождения платформы, а также от необходимого теплового потока на поверхности краевой плиты. Оптимальным расстоянием между параллельно расположенными участками нагревательного элемента является диапазон 100 мм- 200 мм. Ширина нагревательной ленты может составлять 10-50 мм.
Для электропитания нагревательного элемента на поверхности краевой плиты устанавливают устройство для соединения с питающим кабелем, например, распределительную коробку, через которую осуществляется соединение подводящего питающего кабеля и нагревательного элемента. Предпочтительно для удобства монтажа распределительную коробку устанавливают с краю продольной стороны краевой плиты.
Для обеспечения эффективной работы устройства рекомендуется установка системы терморегулирования с датчиками осадков и температуры, что позволит достичь оптимального результата по обогреву, при значительной экономии электроэнергии.
В качестве нагревательного элемента используют нагревательную ленту на основе аморфной металлической ленты, структура которой в предпочтительном варианте реализации полезной модели включает в себя: аморфную металлическую ленту, внутреннее покрытие аморфной металлической ленты, выполненное из полиэфирной плёнки, алюминиевую оболочку, обратный провод, заземляющий провод и внешнее покрытие из высокопрочного полиэтилена, выдерживающего высокие температуры и стойкого к химически агрессивной среде, а также к ультрафиолетовому излучению. При этом аморфная лента может быть выполнена на основе никелевого сплава. Структура нагревательной ленты представлена на чертеже, где позициями обозначены: 1 – аморфная металлическая лента, 2 - внутреннее покрытие аморфной металлической ленты, 3 – обратный кабель, 4 - алюминиевая оболочка, 5 - заземляющий кабель, 6 - внешнее покрытие.
Нагревательный элемент краевой платформы может состоять из одного или нескольких отрезков нагревательной ленты на основе аморфной металлической ленты, соединенных параллельно через обратный кабель. С одной стороны отрезка установлена концевая муфта, а с другой – соединительная муфта, позволяющая подключить питающий провод. С помощью соединительной муфты питающий провод электрически и механически соединяется с нагревательным элементом. Если нагревательная секция состоит из 2-х или более отрезков нагревательного кабеля, то в ее конструкцию добавляется промежуточная муфта, соединяющая эти отрезки. Места соединения отрезков нагревательного элемента, соединение нагревательного элемента с питающим кабелем и окончание нагревательного элемента муфтируются с помощью термоусаживаемых трубок, контакторных клемм, соединительных гильз и заливаются компаундом.
Достижение технического результата в виде экономии потребляемой энергии рассмотрим на примере сравнения жильно-проводного нагревательного элемента и нагревательного элемента, выполненного на основе аморфной ленты, нагретых до одинаковой температуры.
Аморфная лента на основе металлического сплава обладает весьма малой массой, в силу своей толщины (20 – 25 мкм). Это приводит к очень быстрому разогреву до заданной температуры, и к меньшему энергопотреблению по сравнению с жильно-проводным нагревательным элементом. Помимо этого, удельное электрическое сопротивление проводящей жилы во многих случаях – существенно меньше, чем у аморфной ленты, результат чего - бóльшая масса проводника для достижения того же самого электрического сопротивления. Одно и то же электрическое сопротивление обеспечивает и одинаковую электрическую мощность для обоих нагревательных элементов.
Выполним расчет применительно к электрической мощности 1 кВт для нагревательных элементов на основе аморфной ленты и жильно-проводного кабеля. Нагревательные элементы со следующими геометрическими параметрами будут потреблять одинаковую мощность при напряжении ~220 В:
На основе аморфной ленты:
На основе жильного провода:
толщина = 25 мкмширина = 25 ммдлина = 21,6 муд. эл. сопротивление = 1,4×10-6 Ом×м
диаметр составляет 1 мм длина составляет 70 м уд. эл. сопротивление = 0,54×10-6 Ом×м
0
6
Для подъема температуры жильно-проводного нагревательного элемента на 2C потребуется электрическая энергия в объеме 0,00016 кВтч. Масса нагревательного элемента на основе аморфной ленты в этом случае – в 4 раза меньше. Это означает, что количество электрической энергии для разогрева самого по себе аморфного нагревательного элемента составит 0,00004 кВтч. Таким образом, в течение 150 циклов потребуется затратить 0,024 кВтч электроэнергии, чтобы разогреть жильно-проводной нагревательный элемент. Элемент же на основе аморфной ленты потребует затраты всего лишь 0,006 кВтч электроэнергии. Если же количество таких циклов составит, например, 10 циклов, то для жильно-проводного нагревательного элемента потребуется 160 кВтч электроэнергии, тогда как для ленточного элемента – всего лишь 40 кВтч электроэнергии. Следует подчеркнуть, что жильно-проводной элемент имеет в своей конструкции больше теплоизолирующего материала, чем элемент на основе аморфной ленты. Это означает, что реальные издержки для разогрева жильно-проводного элемента еще более возрастают, по сравнению с аморфным элементом.
Аморфный нагревательный элемент значительно более эффективен, чем жильно-проводной, поскольку затраты электроэнергии жильно-проводного элемента - в 2-4 раза превышают издержки на разогрев ленточного элемента, что и даёт энергосберегающий эффект.
Большая площадь теплопередачи ленты позволяет достигнуть той же самой мощности обогрева при меньшей температуре отопительного элемента, обеспечивая, таким образом, бóльшую безопасность.
Заявляемая краевая плита с нагревательным элементом, осуществляющим нагрев всей верхней поверхности плиты, позволяет поддерживать край платформы очищенным от снега и льда в зимний период, что позволяет избежать травматизма, предотвратить возможные несчастные случаи, уменьшает трудозатраты на обслуживание железнодорожных платформ, а также увеличивает срок эксплуатации покрытия платформ за счет отсутствия необходимости в использовании реагентов, обеспечивая при этом существенное снижение энергозатрат.