RU2011725C1

RU2011725C1 - Device for heating the railway switch

Info

Publication number: RU2011725C1
Application number: SU904863263A
Authority: RU
Inventors: А.Ф. Домрин
Original assignee: Научно-производственный комплекс "Фотоприбор"
Priority date: 1990-08-31
Filing date: 1990-08-31
Publication date: 1994-04-30

Abstract

FIELD: elimination of influence of snowfall and glazed frost on functioning of switch. SUBSTANCE: the device has heat source 2 connected with heating element 3 in the form of a T-shaped pipe. Pipe horizontal branch 4 with a heat-release surface extends at the level of the base of ballast layer 6 between sleepers 7. The vertical branch of the T-shaped pipe communicates with horizontally arranged evaporator 8 contacting with heat source 2. EFFECT: facilitated procedure. 3 dwg

Description

Изобретение относится к области путевого хозяйства промышленных, магистральных и трамвайных железных дорог, к конструкции элементов строения пути, в частности к зимнему содержанию железнодорожных стрелок, и может быть использовано на путях, эксплуатируемых в условиях снежных заносов и обледенения, для устранения влияния снегопада и гололеда на работу стрелочного перевода. The invention relates to the field of track management of industrial, main and tram railways, to the construction of structural elements of the track, in particular to the winter maintenance of railway switches, and can be used on tracks operated in conditions of snowdrifts and icing to eliminate the influence of snow and ice on turnout work.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для обогрева стрелочного перевода, включающее в себя нагревательный элемент, связанный с источником тепла. Closest to the invention in technical essence is a device for heating the turnout switch, including a heating element associated with a heat source.

Недостаток этого устройства - существенные эксплуатационные затраты. The disadvantage of this device is the significant operational costs.

Цель изобретения - снижение эксплуатационных затрат. The purpose of the invention is the reduction of operating costs.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве для обогрева стрелочного перевода нагревательный элемент, связанный с источником тепла, выполнен в виде Т-образной трубы, перекладина которой расположена на уровне основания балластного слоя в пространстве между шпалами, а вертикальный конец сопряжен с горизонтально расположенным испарителем, контактирующим с источником тепла. Благодаря этому достигается использование бесполезно рассеиваемой в окружающее пространство низкопотенциальной тепловой энергии искусственных источников и исключается необходимость в обслуживающем персонале. This goal is achieved by the fact that in the device for heating the switch, the heating element associated with the heat source is made in the form of a T-shaped pipe, the crossbar of which is located at the base of the ballast layer in the space between the sleepers, and the vertical end is paired with a horizontally located evaporator, in contact with a heat source. Thanks to this, the use of low potential heat energy of artificial sources that is uselessly dissipated into the surrounding space is achieved and the need for maintenance personnel is eliminated.

Предлагаемое устройство поясняется фиг. 1-3. The proposed device is illustrated in FIG. 1-3.

Устройство для обогрева стрелочного перевода 1 включает в себя источник тепла 2, с которым связан нагревательный элемент 3, выполненный в виде Т-образной трубы. Перекладина 4 этой трубы с теплоизолирующей поверхностью 5 расположена на уровне основания балластного слоя 6 в пространстве между шпалами 7. Вертикальный конец Т-образной трубы сопряжен с горизонтально расположенным испарителем 8, контактирующим с источником тепла 2. Источник тепла 2 является внешним по отношению к стрелочному переводу 1 и представляет собой искусственный источник низкопотенциальной теплоты, в качестве которого может служить избыточная теплота всевозможных производств или их утилизационная теплота, а также подающая или обратная магистраль тепловой сети. Крупным резервом энергии для обогрева стрелочного перевода 1 может служить сбросное тепло канализации бытового сектора, теплый воздух подвалов, промышленных установок, метро. Разнообразие существующих источников тепла обеспечивает широкие возможности использования бесполезно теряемого тепла для обогрева стрелочного перевода. Теплоизлучающая поверхность 5 выполнена в виде поверхности конденсатора 9 тепловой трубы 10. Теплоприемная поверхность 11 испарителя 8 этой тепловой трубы установлена на тепловой контакт с источником тепла 2. Тепловая труба 10 представляет собой замкнутый герметичный корпус, из которого удален неконденсирующийся газ. Тепловая труба 10 является безфитильной гладкостенной, т. е. тепловой трубой термосифонного типа. Тепловая труба 10, кроме двух ее основных зон - испарителя 8 и конденсатора 9, содержит третью основную зону - пароконденсатопровод 12. Испаритель 8 тепловой трубы 10 заполнен жидким теплоносителем 13 (рабочей жидкостью), например фреоном-11 или аммиаком, обеспечивающим работоспособность тепловой трубы 10 в диапазоне отрицательных температур до -40^о С и до -60^о С соответственно. Испаритель 8 тепловой трубы 10 предназначен для поглощения теплоты внешнего источника 2 испаряющейся рабочей жидкостью 13. Конденсатор 9 тепловой трубы 10 предназначен для выделения этой теплоты в расположенный над поверхностью 5 балластный слой 6. Пароконденсатопровод 12 предназначен для переноса этой теплоты паром от испарителя 8 к конденсатору 9 и для возвращения конденсата из зоны 9 в зону 8 самотеком по стенкам тепловой трубы 10, без участия в процессе теплообмена. Для передачи больших тепловых потоков от источника тепла 2 к теплоизлучающей поверхности 5 тепловая труба 10 имеет значительно большую площадь теплоприемной поверхности 11 по сравнению с площадью ее теплоизлучающей поверхности 5. Такое соотношение названных площадей обеспечивает повышение плотности тепловой энергии, подводимой в зону стрелочного перевода, в сравнении с плотностью тепловой энергии низкопотенциального источника 2.A device for heating the turnout 1 includes a heat source 2, to which a heating element 3 is connected, made in the form of a T-shaped pipe. The crossbar 4 of this pipe with a heat-insulating surface 5 is located at the level of the base of the ballast layer 6 in the space between the sleepers 7. The vertical end of the T-shaped pipe is paired with a horizontally located evaporator 8 in contact with the heat source 2. Heat source 2 is external to the turnout 1 and is an artificial source of low potential heat, which can be the excess heat of various industries or their heat of utilization, as well as supplying sludge return line heating network. A large reserve of energy for heating turnout 1 can serve as waste heat from the sewer of the domestic sector, warm air from basements, industrial plants, and the metro. The variety of existing heat sources provides ample opportunity to use wasteless heat to heat the turnout. The heat-emitting surface 5 is made in the form of the surface of the condenser 9 of the heat pipe 10. The heat-receiving surface 11 of the evaporator 8 of this heat pipe is installed in thermal contact with the heat source 2. The heat pipe 10 is a closed sealed enclosure from which non-condensable gas is removed. The heat pipe 10 is a smooth-walled filamentless, i.e., a thermosiphon type heat pipe. The heat pipe 10, in addition to its two main zones - the evaporator 8 and the condenser 9, contains the third main zone - the steam condensate line 12. The evaporator 8 of the heat pipe 10 is filled with liquid heat carrier 13 (working fluid), for example, freon-11 or ammonia, which ensures the operability of the heat pipe 10 negative in the temperature range of -40 ^C and -60 ^C respectively. The evaporator 8 of the heat pipe 10 is designed to absorb the heat of an external source 2 by the evaporating working fluid 13. The condenser 9 of the heat pipe 10 is designed to release this heat to the ballast layer 6 located above the surface 5. The steam condensate line 12 is designed to transfer this heat to the steam from the evaporator 8 to the condenser 9 and to return condensate from zone 9 to zone 8 by gravity along the walls of the heat pipe 10, without participating in the heat transfer process. To transfer large heat fluxes from the heat source 2 to the heat-emitting surface 5, the heat pipe 10 has a significantly larger area of the heat-receiving surface 11 compared to the area of its heat-emitting surface 5. This ratio of these areas provides an increase in the density of thermal energy supplied to the switch zone, in comparison with the density of thermal energy of a low potential source 2.

Внешняя поверхность тепловой трубы 10, кроме зоны теплового контакта ее испарителя 8 с источником тепла и теплоизлучающей поверхности 5, покрыта слоем теплоизоляции 14. The outer surface of the heat pipe 10, except for the heat contact zone of its evaporator 8 with the heat source and heat-emitting surface 5, is covered with a layer of thermal insulation 14.

Балластный слой 6 отделен от остального грунта 15 слоем теплоизолятора 16. Слой 16 расположен вокруг теплоизлучающей поверхности 5 тепловой трубы 10 и лежит в одной с ней плоскости. Теплоизолятор 16 образует в пределах стрелочного перевода две разделенные одна от другой зоны - верхнюю обогреваемую 6 и нижнюю необогреваемую 15. The ballast layer 6 is separated from the rest of the soil 15 by a layer of heat insulator 16. The layer 16 is located around the heat-emitting surface 5 of the heat pipe 10 and lies in the same plane with it. The heat insulator 16 forms within the switch, two zones separated from one another - the upper heated 6 and the lower unheated 15.

Устройство для обогрева стрелочного перевода работает следующим образом. A device for heating the switch works as follows.

Тепловое излучение источника 2 поглощается испарителем 8 тепловой трубы 10, причем общее количество поглощаемого низкопотенциального тепла велико, что обусловлено большой площадью теплоприемной поверхности 11 испарителя 8. Подводимое к испарителю 8 тепло передается через его стенку жидкому теплоносителю 13. На поверхности жидкости 13 происходит испарение. Пар под действием разности концентрации переносится по пароконденсатопроводу 12 в конденсатор 9, где за счет переохлаждения конденсируется. Образовавшийся конденсат возвращается самотеком под действием силы тяжести по внутренней поверхности тепловой трубы 10. Пары, конденсируясь в конденсаторе 9, отдают скрытую теплоту парообразования теплоизолирующей поверхности 5, которая, в свою очередь, отдает ее в балластный слой 6. The thermal radiation of the source 2 is absorbed by the evaporator 8 of the heat pipe 10, and the total amount of low-potential heat absorbed is large, which is due to the large area of the heat-receiving surface 11 of the evaporator 8. The heat supplied to the evaporator 8 is transferred through its wall to the liquid coolant 13. Evaporation occurs on the surface of the liquid 13. Steam under the influence of the difference in concentration is transferred through the steam condensate line 12 to the condenser 9, where it condenses due to supercooling. The resulting condensate is returned by gravity under the influence of gravity along the inner surface of the heat pipe 10. Vapors, condensing in the condenser 9, give off the latent heat of vaporization of the heat-insulating surface 5, which, in turn, gives it to the ballast layer 6.

Тепловая труба 10 передает тепловую энергию в балластный слой 6 путем теплопередачи, излучения и конвективного нагрева. В процессе теплопередачи тепло от тепловыделяющей поверхности 5 распространяется к прилегающим к ней участкам слоя 6, а от них далее вверх к поверхности стрелочного перевода 1. Гранулированный слой 6 нагревается также за счет инфракрасного излучения, поступающего от поверхности 5 в слой и поглощения в нем. Кроме того, в процессе работы устройства нагретый от теплоизлучающей поверхности 5 воздух за счет естественной конвекции проникает через щели между гранулами слоя 6, попутно нагревая их, и поступает к снежно-ледяному образованию. Процесс передачи тепла поверхностью 5 тепловой трубы 10 в слое 6 постоянно создает подсос воздуха из нижних слоев балласта 6 к снежно-ледяному образованию. Вода, образующаяся в результате таяния снежно-ледяного образования, стекает вниз, проникая через слой 6. Влага проникает в самую нагретую нижнюю часть гранулированного слоя 6, где происходит процесс ее парообразования. Образовавшийся пар вместе с нагретым воздухом устремляется вверх к снежно-ледяному образованию, отдавая ему тепло. Таким образом, за счет подведения тепла снизу по всей площади пространства между шпалами 7 очищается от снега и льда вся поверхность этого пространства, а также частично и вокруг него. Наличие слоя 16 теплоизолятора исключает распространение тепла от поверхности 5 тепловой трубы 10 к грунту 15 и этим обеспечивает полезное использование всей излученной тепловой трубой 10 тепловой энергии, локализуя ее в зоне стрелочного перевода. The heat pipe 10 transfers thermal energy to the ballast layer 6 by heat transfer, radiation and convective heating. In the process of heat transfer, heat from the heat-generating surface 5 is distributed to the adjacent sections of the layer 6, and from them further up to the turnout surface 1. The granular layer 6 is also heated by infrared radiation coming from the surface 5 into the layer and absorption in it. In addition, during the operation of the device, air heated from the heat-emitting surface 5 due to natural convection penetrates through the cracks between the granules of layer 6, simultaneously heating them, and enters an ice-snow formation. The process of heat transfer by the surface 5 of the heat pipe 10 in the layer 6 constantly creates an air leak from the lower layers of the ballast 6 to the snow-ice formation. The water resulting from the melting of the snow-ice formation flows down, penetrating through layer 6. Moisture penetrates into the most heated lower part of the granular layer 6, where the process of its vaporization takes place. The steam formed, together with the heated air, rushes up to the snow-ice formation, giving it heat. Thus, by applying heat from below over the entire area of the space between the sleepers 7, the entire surface of this space, as well as partially around it, is cleared of snow and ice. The presence of the layer 16 of the heat insulator eliminates the spread of heat from the surface 5 of the heat pipe 10 to the soil 15 and this ensures the beneficial use of the entire radiated heat pipe 10 of thermal energy, localizing it in the switch zone.

Применение изобретения позволяет снизить эксплуатационные затраты, складывающиеся из затрат по энергопотреблению и затрат по обслуживанию как устройства для обогрева, так и самого стрелочного перевода. Затраты по энергопотреблению исключаются благодаря использованию отводимого (сбросного) тепла предприятий и бытовых объектов и отсутствию необходимости в использовании для функционирования устройства иных источников энергии. Затраты по обслуживанию стрелочного перевода при текущем содержании пути сокращаются ввиду его самоочистки от снега и льда, поскольку предложенное устройство функционирует в автоматическом режиме и непрерывно в течение всего холодного периода года. Техническое решение выгодно отличается также безопасностью и надежностью в работе, связанными с отсутствием в устройстве источников пожароопасности, источников электроопасности и каких бы то ни было динамических элементов устройств. (56) Очистка стрелок от снега и льда. М. : изд-во ВНИИЖТ, 1973, с. 51, рис. 26. The use of the invention allows to reduce operating costs, consisting of the cost of energy consumption and maintenance costs of both the heating device and the switch itself. Energy consumption costs are excluded due to the use of the removed (waste) heat of enterprises and domestic facilities and the absence of the need to use other energy sources for the operation of the device. The maintenance costs of the turnout switch at the current track maintenance are reduced due to its self-cleaning from snow and ice, since the proposed device operates in automatic mode and continuously throughout the cold season. The technical solution also compares favorably with safety and reliability in operation associated with the absence of fire hazard sources, electrical hazards and any dynamic device elements in the device. (56) Clearing arrows from snow and ice. M.: publishing house of VNIIZhT, 1973, p. 51, fig. 26.

Claims

A device for heating an arrow switch, including a heating element connected to a heat supply source, characterized in that, in order to reduce operating costs, the heating element is made in the form of a T-shaped pipe, the horizontal branch of which is located at the base of the ballast layer in the space between the sleepers, and the vertical branch is in communication with a horizontally located evaporator in contact with the heat supply source.