УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИНДУКЦИОННОГО НАГРЕВА РЕЛЬСОВ И СТРЕЛОК (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель относится к области железнодорожного транспорта, а именно к устройствам для нагрева рельсовых плетей и стрелок с целью исключения образования наледей в зимнее время.
Во время выпадения осадков в виде снега, а так же во время перепадов температур велика вероятность образования наледей, препятствующих свободному перемещению стрелок. Для исключения этого снег убирают в ручную, или сдувают его сжатым холодным или горячим воздухом, или применяют нагревательные элементы (ТЭНы) для плавления снега или льда. При этом известно, что индукционный нагрев имеет КПД выше по сравнению с нагревом при помощи ТЭНов.
Известна машина для нагрева рельсовых плетей оснащенная механизмом захвата и перемещения рельсовых плетей, который может быть выполнен содержащим переднюю и заднюю пары тележек с роликовыми захватами, где каждая пара тележек соединена поперечной балкой, причем каждая тележка, с установленными на ней двумя роликовыми захватами и направляющими роликами, шарнирно подвешена к поперечной балке, которая, в свою очередь, шарнирно подвешена на гидроцилиндрах подъема и связана с рамой машины через центральную телескопическую направляющую, передающую на поперечную балку усилия гидравлических цилиндров поперечного смещения. Индукционная установка может быть выполнена с двумя индукторными блоками, каждый из которых представляет из себя конструкцию в виде, подвешенной к механизму захвата и перемещения рельсовых плетей, несущей рамы с установленными на ней секциями индукторов, каждая из которых состоит из двух створок полуиндукторов, закрепленных на несущей раме, с возможностью поворота вокруг осей параллельных продольной оси рельса и оснащенных следящими роликами. (патент РФ №80461 опубликован 10.02.2009 Бюл. №4)
Недостатком данного изобретения является невозможность проводить очистку от снега или льда уже замерзших стрелок в тех случаях, когда их нужно перевести в нужное положение, чтобы подогнать к ним эту машину.
Известно устройство термической обработки рельсов, включающее следующее оборудование:
- блок питания индуктора для нагрева подошвы рельса;
- блок питания индуктора для нагрева головки рельса;
- блок согласования индуктора для нагрева головки и подошвы рельса;
- индуктор для нагрева головки рельса;
- индуктор для нагрева подошвы рельса;
- станцию автономного охлаждения индукторов и блоков питания (патент РФ №2418077 Опубликовано: 10.05.2011 Бюл. №13).
Блок питания каждого индуктора выполнен на транзисторной элементной базе, мощность преобразователя частоты 60 кВт (максимальная частота преобразования 66 кГц, при этом имеется возможность автоподстройки частоты). Верхний и нижний индукторы выполнены с трансформаторами для отжига поверхностного слоя в головке и возможности подогрева подошвы рельса с целью предотвращения коробления рельса.
Известен аппарат для электрического индукционного нагрева головки рельса, включающий в себя верхний индуктор, содержащий центральную продольную секцию, правую боковую продольную секцию и левую боковую продольную секцию; причем правая и левая боковые продольные секции каждая имеют длину, меньшую, чем длина центральной продольной секции, и расположены с противоположных сторон от центральной продольной секции; нижний индуктор, содержащий расположенные одна напротив другой правую и левую боковые секции нижнего индуктора; и по меньшей мере, один источник питания переменного тока, соединенный с верхним индуктором и нижним индуктором (заявка на изобретение №2008136633 Дата публикации заявки: 20.03.2010 Бюл. №8).
Недостатком этих изобретений является необходимость установки генерирующего оборудования вблизи с нагреваемыми рельсами.
Задачей предлагаемой полезной модели является упрощение конструкции устройства для нагрева рельсов и стрелок до заданной температуры и уменьшение расхода на электроэнергию.
Технический результат предлагаемого устройства - осуществление нагрева рельсов стрелок до заданной температуры в автоматическом режиме, используя устройство индукционного нагрева с удаленным генератором повышенной частоты.
Вышеуказанный технический результат достигается тем, что устройство для индукционного нагрева рельсов и стрелок состоящее из генератора повышенной частоты и индукционного нагревателя, генератор повышенной частоты выполнен на основе резонансного передающего повышающего преобразователя напряжения, к выходу которого подключена однопроводная линия электропередачи, к которой подключены последовательно индукторы, выполненные на основе ферритовых или металлических сердечников, таким образом, что их суммарное рабочее напряжение соответствует выходному напряжению передающего преобразователя напряжения, при этом индукторы устанавливаются на нагреваемой поверхности с зазором или без него, а к передающему преобразователю напряжения так же подключен внешний датчик состояния окружающей среды, по сигналу которого он включается и происходит нагрев до необходимой температуры.
В другом варианте устройства для индукционного нагрева рельсов и стрелок состоящего из генератора повышенной частоты и индукционного нагревателя генератор повышенной частоты выполнен на основе резонансного передающего повышающего преобразователя напряжения, к выходу которого подключена однопроводная линия электропередачи, к которой подключен понижающий трансформатор, к выходу которого параллельно подключены индукторы, выполненные на основе ферритовых или металлических сердечников, при этом индукторы устанавливаются на нагреваемой поверхности с зазором или без него, а к передающему преобразователю напряжения так же подключен внешний датчик состояния окружающей среды, по сигналу корого он включается и происходит нагрев до необходимой температуры.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется фигурами 1 и 2.
На фигуре 1 представлена общая схема устройства для индукционного нагрева рельсов и стрелок, в котором индукторы включены последовательно к однопроводной линии электропередачи.
На фигуре 2 представлена общая схема устройства для индукционного нагрева рельсов и стрелок, в котором индукторы включены параллельно к однопроводной линии электропередачи через понижающий трансформатор.
Устройство фиг.1. содержит генератор повышенной частоты 1, резонансный повышающий трансформатор 3 с емкостью 2, однопроводную линию электропередачи 4, индукторы 6, заземление 7, собственную емкость или заземление 8, нагреваемую деталь (рельсу) 9 и внешний датчик состояния окружающей среды 10.
Устройство фиг.2. содержит генератор повышенной частоты 1, резонансный повышающий трансформатор 3 с емкостью 2, однопроводную линию электропередачи 4, понижающий трансформатор 5, индукторы 6, заземление 7, собственную емкость или заземление 8, нагреваемую деталь (рельсу) 9 и внешний датчик состояния окружающей среды 10.
Напряжение питания (фиг 1) поступает на преобразователь частоты 1, к выходу которого подключен резонансный повышающий трансформатор 3 с емкостью 2, один вывод выходной обмотки трансформатора подключается к заземлению 7, второй подключается к однопроводной линии электропередачи 4. К линии электропередачи последовательно подключена одним выводом цепочка индукторов 6, второй вывод цепочки подключается к собственной емкости или заземлению 8, цепочка индукторов устанавливается на нагреваемой рельсе 9, внешний датчик состояния окружающей среды 10 подключен к генератору повышенной частоты 1.
Напряжение питания (фиг 2) поступает на преобразователь частоты 1, к выходу которого подключен резонансный повышающий трансформатор 3 с емкостью 2, один вывод выходной обмотки трансформатора подключается к заземлению 7, второй подключается к однопроводной линии электропередачи 4. К линии электропередачи одним выводом подключена входная обмотка понижающего трансформатора 5, второй вывод входной обмотки подключен к собственной емкости или заземлению 8, к выходной обмотке понижающего трансформатора параллельно подключена цепочка индукторов 6, которая устанавливается на нагреваемой рельсе 9, внешний датчик состояния окружающей среды 10 подключен к генератору повышенной частоты 1.
Устройство (фиг.1) работает следующим образом: напряжение питающей электросети повышается преобразователем частоты 1 по частоте до уровня 1-100 кГц, затем подается на повышающий трансформатор 3 через емкость 2, где повышается по напряжению до уровня 1-10 кВ, с выхода повышающего трансформатора напряжение подается в однопроводную линию электропередачи 4, к которой последовательно подключены индукторы 6 с суммарным рабочим напряжением равным выходному напряжению повышающего трансформатора 3, индукторы устанавливаются на нагреваемой рельсе 9 с зазором или без зазора, автоматическое управление осуществляется внешним датчиком состояния окружающей среды 10, который подает сигнал включения преобразователя частоты.
Устройство (фиг.2) работает следующим образом: напряжение питающей электросети повышается преобразователем частоты 1 по частоте до уровня 1-100 кГц, затем подается на повышающий трансформатор 3 через емкость 2, где повышается по напряжению до уровня 1-10 кВ, с выхода повышающего трансформатора напряжение подается в однопроводную линию электропередачи 4, к которой подключается понижающий трансформатор 5, к выходной обмотке которого параллельно подключены индукторы 6, при этом выходное напряжение понижающего трансформатора 5 соответствует рабочему напряжению индукторов, индукторы устанавливаются на нагреваемой рельсе 9 с зазором или без зазора, автоматическое управление осуществляется внешним датчиком состояния окружающей среды 10, который подает сигнал включения преобразователя частоты.
Индукторы выполнены на основе ферритовых или металлических сердечников, на которые намотана изолированная обмотка.
Экономия электроэнергии осуществляется за счет процесса индукционного нагрева и за счет автоматического управления, которое включает нагрев только по необходимости.
Мощность, затрачиваемая на нагрев предлагаемым устройством, может составлять 100-500 Вт/м, при этом рельса может нагреваться на 30-100°C.
Длина линии электропередачи между генератором и индукторами может достигать 20 км.