УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБОГРЕВА СТРЕЛОЧНОГО ПЕРЕВОДА
DEVICE FOR HEATING OF POINT SWITCH

Изобретение относится к области путевого хозяйства промышленных, магистральных и трамвайных железных дорог, к конструкции элементов строения пути, в частности к обеспечению работоспособности железнодорожных стрелок в зимний период времени, путем использования геотермального тепла, накопленного в тепловой трубке в летнее время года.
Известно использование электрических обогревателей (ТЭНов) и газовых обогревателей для защиты стрелочных переводов от снега, обледенения и т.д. и обеспечения их работоспособности в зимнее время года (Закаталов Е.В. «Очистка стрелок от снега и льда стационарными устройствами», М., Транспорт, 1973 г. с.26-45) - аналог.
Недостатком известных решений является невысокая надежность работы при одновременном большом расходе электрической энергии или природного, или сжиженного газа.
Известно устройство для обогрева стрелочного перевода, содержащее тепловую трубку и связанный с ней источник низкопотенциальной тепловой энергии. Конденсатор тепловой трубки расположен на уровне балластного слоя в пространстве между шпалами, рамным рельсом и остряком стрелочного перевода, а испаритель тепловой трубки связан с источником низкопотенциальной тепловой энергии (патент РФ №2011725, МПК: Е01В 19/00, опубл. 30.04.1994 г.) - прототип.
Недостатком известного устройства является необходимость использования источника низкопотенциальной тепловой энергии, который может находиться далеко от стрелочного перевода, что снижает надежность и эффективность работы устройства.
Техническим результатом, на достижение которого направлено заявляемое решение, является упрощение конструкции устройства, повышение эффективности и надежности его работы, путем использования геотермального обогрева стрелочного перевода.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для обогрева стрелочного перевода содержащем тепловую трубку, обогреватель которой расположен в пространстве между шпалами на уровне основания балластного слоя, зона конденсации в ресивере тепловой трубки размещена в грунте на глубине превышающей глубину его промерзания в зимний период, обогреватель тепловой трубки связан с зоной конденсации посредством системы вентилей, часть из которых выполнена и настроена с возможностью подачи, при температуре окружающей среды >0°C, рабочего газа тепловой трубки от ее обогревателя в зону конденсации, а часть - с возможностью подачи рабочего газа при температуре окружающей среды ≤0°C - из зоны конденсации тепловой трубки к ее обогревателю.
Устройство, характеризующееся тем, что в ресивере тепловой трубки расположен теплоизолирующий материал на глубину промерзания грунта в зимний период.
Устройство, характеризующееся тем, что ресивер тепловой трубки размещен вне пределов железнодорожного полотна.
Устройство, характеризующееся тем, что в качестве рабочего газа тепловой трубки используется газ, конденсация и испарение которого осуществимы в диапазоне температур от (-60°C) до (+60°C), например, хладон, фреоны или ацителен или этилен и т.д.
Если температура окружающей среды ≤0°C, то нецелесообразно продолжать аккумулирование тепла в зоне конденсации тепловой трубки и, вместе с тем, подача рабочего газа из зоны конденсации тепловой трубки 2 к стрелочному переводу не целесообразна при температуре окружающей среды выше 0°C, так как в этом случае обледенения стрелочного перевода и задержки снега на нем не происходит.
Достижение оптимального результата при аккумулировании тепла в зоне конденсации тепловой трубки будет в том случае, если вентили 12 будут настроены на срабатывание при температуре равной или превышающей среднюю положительную годовую температуру, однако заявляемое устройство работоспособно и обеспечивает заявляемый технический результат при настройке вентилей 12 на срабатывание при температуре >0°C.
Целесообразность использования заявляемого устройства для обогрева стрелочного перевода обусловлена следующим.
В системе ОАО «РЖД» в эксплуатации находится более 25 тысяч стрелочных переводов с электрическим обогревом, мощность электронагревателей на один стрелочный перевод составляет от 4 кВт до 16 кВт в зависимости от конструкции стрелки. При мощности электронагревателя, например, 8 кВт и времени его работы 1500 часов в течение года, при стоимости 1 кВт×ч - 3,5 руб. затраты на электроэнергию составят более 40000 руб. в год на один стрелочный перевод. Суммарные затраты в расчете на эксплуатируемое количество стрелочных переводов с электрообогревом за весь срок их службы составят более 10 мдрд. рублей и это при том, что электрообогрев стрелочных переводов значительно усложняет конструкцию устройства обогрева, снижает ее эффективность и надежность.
Указанных недостатков лишено предлагаемое решение, в соответствии с которым для обогрева стрелочных переводов в зимний период времени предлагается использовать, тепловые трубки для аккумулирования в летний период времени тепла в грунте за пределами железнодорожного полотна на глубине превышающей глубину промерзания грунта (почвы) в зимний период времени. Глубина промерзания почвы (грунта) своя и определяется для каждого конкретного региона отдельно, например, для большинства территории РФ, на глубине 2 м и более, температура почвы составляет, примерно 5°С круглогодично.
В настоящее время тепловые трубки широко применяются в энергетике, машиностроении, химической промышленности и других областях. Тепловая трубка представляет собой герметичное устройство, заполненное теплоносителем (хладон, фреоны, аммиак, ацетон и др.) и обладающие высокой теплопередающей способностью.
Заявляемое решение конкретизировано на фиг.1 и 2, где на фиг.1 представлено поперечное сечение заявляемого устройства, грунта и участка верхнего пути, а на фиг.2 - вид сверху на фиг.1.
Устройство для обогрева стрелочного перевода содержит ресивер тепловой трубки 1 зона конденсации 2 которого размещена в грунте 3 на глубине (Н), превышающей глубину его промерзания в зимний период времени в данном регионе. В ресивере тепловой трубки 1, размещенном в зоне промерзания грунта 3 размещен теплоизолирующий материал 4. Обогреватель 5 тепловой трубки расположен в пространстве между шпалами 6 на уровне основания балластного слоя 7, под рельсами 8, остряком 9 и подкладкой 10. Обогреватель 5 тепловой трубки связан с зоной конденсации 2 посредством вентилей 11 и 12. Вентили 12 выполнены и настроены с возможностью подачи рабочего газа тепловой трубки при температуре воздуха (окружающей среды) >0°C, например, равной или превышающей среднюю годовую положительную температуру (например, 10°C), от обогревателя 5 в зону конденсации 2, а вентили 11 выполнены и настроены с возможностью подачи рабочего газа тепловой трубки при температуре окружающей среды, например, меньше или равной (0°C) из зоны конденсации 2 тепловой трубки к ее обогревателю 5.
Эффективность тепловой трубки и достижение технического результата в случае заявляемого решения достигается только за счет совместного осуществления конвективного процесса переноса тепла от более нагретого тела (почвы) к более холодному (стрелочный перевод) - в зимний период времени, и обратного процесса переноса и аккумулирования тепла от стрелочного перевода к почве (грунту) в летний период времени, при испарении и конденсации теплоносителя тепловой трубки, определенного расположения тепловой трубки в грунте и ее обогревателя на поверхности грунта, а также системы вентилей, которые их связывают.
Принцип работы заявляемого устройства заключается в следующем.
Рассмотрим вариант, когда средняя годовая положительная температура составляет для данного региона +10°C. При повышении температуры окружающей среды до значения больше 10°C автоматически посредством открытия вентилей 12, по тепловым трубкам обогревателя 5, пар, например, хладона, нагретый теплым воздухом на поверхности почвы поступает в ресивер тепловой трубки 1, где конденсируется в зоне конденсации 2 и отдает тепло грунту 3 (земле). Благодаря этому, в грунте 3 образуется аккумулятор тепла 13. При снижении температуры окружающей среды (воздуха) до значения, например, 0°C вентили 12 закрываются. При этом, в центре аккумулятора тепла 13 температура устанавливается на некотором среднем уровне заведомо превышающем пороговое для вентиля 12 значение 10°C, а на границах аккумулятора температура достигает температуры окружающей почвы. Теплообмен между почвой и аккумулятором тепла 13 прекращается. Аккумулятор тепла 13 начинает «работать» при температуре воздуха окружающей среды 0°C и ниже. Открываются вентили 11 и нагретые пары хладона из аккумулятора поступают в обогреватель 5, где и конденсируются, нагревая обогреватель, межшпальное пространство, рамный рельс и остряк до плюсовой температуры. Образовавшийся конденсат самотеком возвращается в ресивер тепловой трубки. После этого вентили 11 закрываются. Нагреватель охлаждается до 0°C и процесс повторяется. В итоге происходит защита стрелочного перевода от скоплений снега и льда и обеспечивается ее исправная работа в зимний период времени вне зависимости от погодных условий.
Заявителем установлено, что при размещении зоны конденсации ресивера тепловой трубки в заранее разогретую почву (землю) и соединении верхней части ресивера тепловой трубки с участком стрелочного перевода, то, при выполнении всех условий, предусмотренных независимым пунктом формулы заявляемого решения, температура рельсов будет поддерживаться на уровне 2-5°C при отрицательных температурах окружающей среды, что обеспечит отсутствие скоплений снега или льда между остряком и рамным рельсом, т.е. обеспечит работоспособность стрелочного перевода в зимний период времени.