Новое решение системы обогрева железнодорожных стрелочных переводов путей необщего пользования Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

УДК 625.1 51

Новое решение системы обогрева железнодорожных стрелочных переводов путей необщего пользования

Д. А. Басовский, В. В. Говоров, И. С. Козлов

Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I, Российская Федерация, 190031, Санкт-Петербург, Московский пр., 9

Для цитирования: Басовский Д. А., Говоров В. В., Козлов И. С. Новое решение системы обогрева железнодорожных стрелочных переводов путей необщего пользования // Бюллетень результатов научных исследований. - 2019. - Вып. 3. - С. 38-45. 001: 10.20295/22239987-2019-3-38-45

Аннотация

Цель: Защита железнодорожного пути от снега в зимний период приводит к значительным финансовым, материальным и трудовым затратам. Своевременная очистка путей и стрелочных переводов, особенно на крупных узлах дорог необщего пользования, является важным условием стабильного перевозочного процесса. Для повышения эффективности, связанной с необходимостью существенных капитальных и эксплуатационных расходов для реализации процесса обогрева путевых конструкций, рассматривается система обогрева стрелочных переводов за счет использования тепловой энергии, высвобождающейся во время эксплуатации конкретного горячего агрегата металлургического производства, которая в настоящее время выбрасывается в атмосферу. Методы: Проводится анализ источников тепловой энергии металлургического производства, существующих способов охлаждения воды и возможностей ее использования для обогрева стрелочных переводов. Принцип работы предлагаемого устройства основан на применении тепловой энергии в виде замкнутого контура охлаждения промышленной воды горячего металлургического агрегата. Результаты: Вместо традиционного механического удаления снега вручную и электрообогрева стрелочных переводов, предполагающих дополнительные финансовые и энергетические затраты, рассмотренное устройство предназначено для обогрева стрелочных переводов, содержащих остряковые и рамные рельсы, стрелочные подушки и плиты стрелочных подушек. Практическая значимость: Это одна из ресурсосберегающих технологий, которая позволяет при наименьших экономических затратах обеспечить решение задач по улучшению содержания дорог необщего пользования.

Ключевые слова: Система обогрева, железнодорожный стрелочный перевод, пути необщего пользования, защита от снега, ресурсосберегающая технология.

На бесперебойную и безотказную работу железнодорожного транспорта оказывают влияние как геологические, так и климатические условия [1, 2]. На большей части территории Российской Федерации в период с ноября по апрель среднемесячные температуры не превышают 0 °С, высота снежного покрова на отдельных станциях достигает 1,5 м и более. По северным участкам температура воздуха в зимний период опускается ниже -55 °С [3, 4].

Обильные снегопады и вызываемые ими снежные заносы представляют серьезную опасность для движения поездов [5, 6]. Снег, попадая на путь, создает дополнительное сопротивление движению поездов, повышает расход энергии и топлива, снижает скорость движения, осложняя эксплуатационную работу заносимого участка [7, 8]. На защиту и очистку рельсового пути от снега в зимний период приходятся значительные финансовые, материальные и трудовые затраты, поэтому своевременная очистка путей и стрелочных переводов, особенно на крупных узлах дорог необщего пользования, - важное условие стабильного перевозочного процесса [9, 10].

Железнодорожные стрелочные переводы относятся к самым чувствительным элементам дорог необщего пользования. Одним из условий безотказной работы любого железнодорожного стрелочного перевода дорог необщего пользования в зимний период является отсутствие скоплений снега или льда между остряком и рамным рельсом. Это же относится к стрелочному замку, а также к подвижному сердечнику крестовины (в некоторых типах стрелочных переводов) [11].

Проблема поддержания стрелок в свободном от снега и льда состоянии стоит перед службами эксплуатации предприятий промышленного транспорта уже в течение многих десятков лет. Для очистки стрелочных переводов от снега и наледи в зависимости от конкретных природных условий используются различные методы. Предпочтение отдается технически целесообразному и экономически выгодному варианту, наиболее полно отвечающему требованиям содержания железнодорожного пути при минимальных эксплуатационных затратах с соблюдением требований техники безопасности и охраны окружающей среды.

Среди существующих способов удаления снега и льда из зоны стрелочных переводов или, по крайней мере, их подвижных частей основным считается обогрев [11-13].

В целях повышения эффективности, связанной с необходимостью существенных капитальных и эксплуатационных расходов для реализации процесса обогрева путевых конструкций, было решено рассмотреть систему обогрева стрелочных переводов за счет использования тепловой энергии, высвобождающейся во время эксплуатации конкретного горячего агрегата металлургического производства, которая в настоящее время выбрасывается в атмосферу. Предлагается к внедрению устройство, принцип работы которого основан на применении тепловой энергии в виде замкнутого контура охлаждения промышленных вод горячего металлургического агрегата [14]. В замкнутый контур их обогрева включены стрелочные переводы. К горячим агрегатам относятся объекты техники, у которых технологический процесс сопровождается выбросом большого количества тепловой энергии, такие как сталеплавильные и доменные печи, прокатные станы.

Предлагаемое устройство предназначено для обогрева стрелочных переводов, содержащих остряковые и рамные рельсы, стрелочные подушки и плиты стрелочных подушек (рисунок).

Система состоит из источника тепловой энергии, труб прямого и обратного направлений, образующих замкнутый контур охлаждения технических вод горячего металлургического агрегата, а также дополнительного замкнутого контура, включающего центробежный насос и нагреватели, закрепленные на остряковых и рамных рельсах, стрелочных подушках и плитах стрелочных подушек.

металлургического производства: 1 - замкнутый контур охлаждения промышленных вод; 2 - конкретный горячий агрегат;

3 - дополнительный замкнутый контур; 4 - обогреваемый стрелочный перевод;

5 - участок передачи тепловой энергии на контур; 6 - теплообменный аппарат;

7 - регулировочный клапан; 8 - циркулирующий насос; 9 - нагревательные элементы;

10 - рамные рельсы; 11, 12 - стрелочные подушки; 13 - трубы контура; 14 - труба прямого действия; 15 - проветриваемая градирня; 16 - обратная труба

Дополнительный контур, будучи подключенным к трубе прямого направления контура охлаждения технических вод горячего металлургического агрегата, обеспечивает взаимодействие обоих контуров между собой так, что контур охлаждения технических вод горячего металлургического агрегата является одновременно источником тепловой энергии для всей системы обогрева стрелочных переводов.

Эффективность работы рассмотренной системы обогрева стрелочных переводов в исключительно трудных условиях эксплуатации пути в зимних условиях обеспечивается за счет использования тепловой энергии, выделяемой контуром охлаждения технических вод горячего металлургического агрегата.

Предложенный источник энергии не является широко используемым в мировой практике [11, 15-19]. Однако в современной обстановке большую популярность приобретают ресурсосберегающие и экологически чистые источники энергии и технологии. И описанная система позволяет при минимальных экономических затратах обеспечить решение задач по совершенствованию содержания дорог необщего пользования.

Библиографический список

1. Козлов И. С. Технологии дорожного строительства с геоэкозащитной функцией / И. С. Козлов // Инновационные технологии в строительстве и геоэкологии : материалы VI Междунар. науч.-практич. интернет-конференции (16.04.2019). - М. : Изд-во «Спутник +», 2019. - С. 86-88.

2. Козлов И. С. Геоэкозащита литосферы при современном дорожном строительстве / И. С. Козлов // Геоэкохимия защиты литосферы : материалы V Междунар. науч.-практич. интернет-конференции (09.04.2019). - М. : Изд-во «Спутник +», 2019. - С. 7476.

3. Козлов И. С. Геоэкозащитная насыпь с использованием пенобетона / И. С. Козлов // Естественные и технические науки. - 2018. - № 12 (126). - С. 222-227.

4. Козлов И. С. Кремнезоль в геоэкозащитных технологиях строительства, ремонта и реконструкции автомобильных дорог / И. С. Козлов // Естественные и технические науки. - 2018. - № 12 (126). - С. 228-232.

5. Козлов И. С. Геоэкологическое решение укрепления строительного грунта с использованием кремнезоля / И. С. Козлов, Р. Ли // Естественные и технические науки. -2018. - № 12 (126). - С. 233-236.

6. Козлов И. С. Напряженно-деформированное состояние железнодорожной насыпи с использованием минерального геоэкозащитного материала / И. С. Козлов // Изв. Петерб. ун-та путей сообщения. - СПб. : ПГУПС, 2018. - Т. 15, вып. 4. - С. 551-559.

7. Козлов И. С. Сохранение природно-техногенных систем при дорожном строительстве с использованием кремнезоля / И. С. Козлов, А. А. Кабанов, А. В. Петряев // Транспортное строительство. - 2018. - № 3. - С. 15-16.

8. Козлов И. С. Кремнезолирование в технологиях реконструкции дорожной одежды на автомобильных дорогах / И. С. Козлов, А. А. Кабанов // Транспортное строительство. - 2018. - № 4. - С. 18-19.

9. Козлов И. С. Инновационная геоэкозащитная технология строительства грунтовых дорог / И. С. Козлов, А. С. Сахарова // Инновационные технологии в строительстве и геоэкологии: материалы конференции. - СПб. : ПГУПС, 2018. - С. 33-36.

10. Козлов И. С. Геоэкозащитная функция ресайклинга дорог с асфальтобетонным покрытием / И. С. Козлов, А. А. Кабанов // Инновационные технологии в строительстве и геоэкологии: материалы конференции. - СПб. : ПГУПС, 2018. - С. 37-40.

11. Система TRIPLES для обогрева стрелочных переводов // Железные дороги мира. - 2011. - № 4. - С. 69-72.

12. Блажко Л. С. Способ продления срока службы стрелочных переводов / Л. С. Блаж-ко, М. Э. Дмоховский, В. Б. Захаров // Техника железных дорог. - 2017. - № 2 (38). - С. 5458.

13. Блажко Л. С. Проектирование стрелочных переводов пологих марок для организации высокоскоростного движения поездов : учеб. пособие / Л. С. Блажко, В. Б. Захаров, Е. В. Черняев. - СПб. : ПГУПС, 2017. - 49 с.

14. Говоров В. В. Система обогрева стрелочных переводов железнодорожного пути металлургического производства : Патент России № 2618577 / В. В. Говоров, И. С. Козлов, И. А. Витько, А. А. Ильин. Патентообладатель : Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I (RU), 2017. - Бюл. № 13.

15. Дудкин Е. П. Разработка конструкций трамвайных путей с учетом экологических требований / Е. П. Дудкин, В. А. Черняева, Н. Н. Султанов // Актуальные проблемы развития транспортной инфраструктуры: материалы конференции. - СПб. : ПГУПС, 2018.- С. 281-285.

16. Дудкин Е. П. Методология проектирования наземных рельсовых транспортных систем в городах / Е. П. Дудкин, В. А. Черняева, С. А. Дороничева // Инфокоммуникаци-онные и интеллектуальные технологии на транспорте IITT'2018 : материалы I Междунар. науч.-практич. конференции (12-13 декабря 2018 г.). В 2-х т. - Липецк : Изд-во «Липецкий государственный технический университет», 2018. - С. 202-207.

17. Дудкин Е. П. Обоснование современных конструкций трамвайных путей / Е. П. Дудкин, Н. Н. Султанов // Изв. Петерб. ун-та путей сообщения. - СПб. : ПГУПС, 2017. -Т. 14, вып. 1. - С. 24-32.

18. Kozlov I. S. On vibrodynamic impact on the roadbed / I. S. Kozlov, S.A. Rostovtseva, M. I. Shmulevich // Procedia Engineering. - 2017. - Vol. 189 : Proceedings of the International Scientific Conference Transportation Geotechnics and Geoecology (TGG-2017). - P. 360-364.

19. Sakharova A. Reduction of negative impact on the geoenvironment using silica sol in road construction / A. Sakharova, I. Kozlov, M. Baydarashvili, A. Petriaev // MATEC Web of Conferences. - 2019. - Vol. 265. - P. 06002. - DOI: https://doi.org/10.1051/matecconf/ 201926506002

Дата поступления: 11.06.2019 Решение о публикации: 30.06.2019

Контактная информация:

БАСОВСКИЙ Дмитрий Аркадьевич - канд. техн. наук, доцент; d1976bas@rambler.ru ГОВОРОВ Вадим Владимирович - д-р техн. наук, профессор; vv.govorov@yandex.ru КОЗЛОВ Иван Сергеевич - канд. техн. наук, доцент; kozlovi.s@yandex.ru

A new solution to the heating system for non-public railway track switch assembly

D. А. Basovskiy, V. V. Govorov, I. S. Kozlov

Emperor Alexander I Petersburg State Transport University, 9, Moskovsky pr., Saint Petersburg, 190031, Russian Federation

For citation: Basovskiy D. A., Govorov V. V., Kozlov I. S. A new solution to the heating system for non-public railway track switch assembly. Bulletin of scientific research results, 2019, iss. 3, pp. 38-45. DOI: 10.20295/2223-9987-2019-3-38-45 (In Russian)

Summary

Objective: Protection of the railway track from snow in the winter period comprises considerable financial and material expenditures, as well as labor costs. Well timed cleaning of the track and switch assembly especially at major non-public road junctions is vital for steady transportation process. The heating system for the switch assembly through the use of heat energy, which is released during operation of a particular metallurgical heated power unit and emitted into atmosphere, is considered in the given article in order to improve the efficiency connected with the necessity of considerable capital expenditures and operation costs on implementation of the heating process of track structures. Methods: The analysis of metallurgical heating energy sources, as well as the available water cooling methods and possibilities of its application in switch assembly heating is carried out. Operating principle of the given device is based on the use of heating energy in the form of closed cooling industrial water of a heated metallurgical unit. Results: Instead of traditional mechanical snow cleaning and electric heating of switch assembly which demand additional financial and energy costs, the device presented in the article is meant for heating the switch assembly containing switch point and stock rails, switch chairs and plates of switch chairs. Practical importance: The developed device is considered to be one of the resource saving technologies, which makes it possible to provide the solution of tasks on the improvement of maintenance of non-public roads with minimum economic expenditures.

Keywords: Heating system, switch assembly, non-public railway track, protection against snow, resource saving technology.

References

1. Kozlov I. S. Tekhnologii dorozhnogo stroitelstva s geoekozashchitnoy funktsiyey [Road engineering with geoecoprotective function]. Innovatsionniye tekhnologii v stroitelstve i geoekologii. Materialy VI Mezhdunar. nauch.-praktich. Intenet-konferentsii [Innovative technologies in construction andgeoecology. Proceedings of the 6th International research and training online conference] (16.04.2004). Moscow, "Sputnik+" Publ., 2019, pp. 86-88. (In Russian)

2. Kozlov I. S. Geoekozashchita litosphery pry sovremennom dorozhnom stroitelstve [Geoecoprotection of lithosphere under modern highway engineering]. Geoecokhimiya zashchity litosphery. Materialy VMezhdunar. nauch.-praktich. Internet-konferenstii [Geoecochemistry of lithosphere protection. Proceedings of the 5th International research and training online conference] (09.04.2019). Moscow, "Sputnik+" Publ., 2019, pp. 74-76. (In Russian)

3. Kozlov I. S. Geoekozashchitnaya nasyp s ispolzovaniyem penobetona [Geoecoprotec-tive fill with foamed concrete]. Yestestvenniye i tekhnicheskiye nauky [Natural and engineering sciences], 2018, no. 12 (126), pp. 222-227. (In Russian)

4. Kozlov I. S. Kremnezol v geoekozashchitnykh tekhnologiyakh stroitelstva, remonta i rekonstruktsii avtomobilnykh dorog [Silica sol in geoecoprotective construction, repair and improvement technologies of automobile roads]. Yestestvenniye i tekhnicheskiye nauky [Natural and engineering sciences], 2018, no. 12 (126), pp. 228-232. (In Russian)

5. Kozlov I. S. & Li R. Geoekologicheskoye resheniye ukrepleniya stroitelnogo grunta s ispolzovaniyem kremnezolya [Geoecological solution for soil protection with the use of silica sol]. Yestestvenniye i tekhnicheskiye nauky [Natural and engineering sciences], 2018, no. 2 (126), pp. 233-236. (In Russian)

6. Kozlov I. S. Napryazhenno-deformirovannoye sostoyaniye zheleznodorozhnoy nasypy s ispolzovaniyem mineralnogo geoekozashchitnogo materiala [Stress-strain behavior of the railroad fill with the use of mineral geoecoprotective material]. IzvestiyaPeterburgskogo universiteta putey soobshcheniya [Proceedings of Petersburg State Transport University]. Saint Petersburg, PGUPS [Petersburg State Transport University] Publ., 2018, vol. 15, iss. 4, pp. 551-559. (In Russian)

7. Kozlov I. S., Kabanov A. A. & Petryaev A. V. Sokhraneniye prirodno-tekhnogennykh system pry dorozhnom stroitelstve s ispolzovaniyem kremnezolya [Preservation of natural anthropogenic systems during road building with silica sol]. Transportnoye stroitelstvo [Construction of traffic facilities], 2018, no. 3, pp. 15-16. (In Russian)

8. Kozlov I. S. & Kabanov A. A. Kremnezolirovaniye v tekhnologiyakh rekonstruktsii dorozhnoy odezhdy na avtomobilnykh dorogakh [The use of silica sol in reconstruction technologies of the roadway surfacing for automobile roads]. Transportnoye stroitelstvo [Construction of traffic facilities], 2018, no. 4, pp. 18-19. (In Russian)

9. Kozlov I. S. & Sakharova A. S. Innovatsionnaya geoekozashchitnaya tekhnologiya stroitelstva gruntovykh dorog [Innovative geoecoprotective engineering technology for unpaved roads]. Innovatsionniye tekhnologii v stoitelstve i geoekologii. Materialy konferentsii [Innovative technologies in building and geoecology. Conference proceedings]. Saint Petersburg, PGUPS [Petersburg State Transport University] Publ., 2018, pp. 33-36. (In Russian)

10. Kozlov I. S. & Kabanov A. A. Geoekozashchitnaya funktsiya resaiklinga dorog s asfaltobetonnym pokrytiyem [Geoecoprotective function of asphalt road recycling]. Innovatsionniye tekhnologii v stoitelstve i geoekologii. Materialy konferenstii [Innovative technologies in building and geoecology. Conference proceedings]. Saint Petersburg, PGUPS [Petersburg State Transport University] Publ., 2018, pp. 37-40. (In Russian)

11. Sistema TRIPLES dlya obogreva strelochnykh perevodov [The system of TRIPLES for switch assembly heating]. Zhelezniye dorogy mira [Railroads of the World], 2011, no. 4, pp. 69-72 (In Russian)

12. Blazhko L. S., Dmokhovskiy M. E. & Zakharov V. B. Sposob prodleniya sroka sluzhby strelochnykh perevodov [Method of extending the service life of turnouts]. Tekhnika zheleznykh dorog [Railway Equipment], 2017, no. 2 (38), p. 54-58. (In Russian)

13. Blazhko L. S., Zakharov V. B. & Chernyayev E. V. Proyektirovaniye strelochnykh perevodov pologikh marok dlya organizatsii vysokoskorostnogo dvizheniya poyezdov: ucheb-noye posobiye [Designing low-angle turnouts for organizing high-speed train traffic: Training manual]. Saint Petersburg, PGUPS [Petersburg State Transport University] Publ., 2017, 49 p. (In Russian)

14. Govorov V. V., Kozlov I. S., Vitko I. A. & Iliyn A.A. Sistema obogreva strelochnykh perevodov zheleznodorozhnogo puty metallurgicheskogo proizvodstva [ The heating system for metallurgical railroad switch assembly]. Patent of Russia N 2618577. Patentholder: Federal State-Funded Educational Institution of Higher Professional Education "Emperor Alexander I Petersburg State Transport University" (RU). Bul. no. 13, 2017.

15. Dudkin E. P., Chernyayeva V. A. & Sultanov N. N. Razrabotka konstruktsiy tram-vaynykh putey s uchetom ekologicheskikh trebovaniy [Developing tramways in compliance with the environmental standards]. Aktual'nyyeproblemy razvitiya transportnoy infrastruktury. Materialy konferentsii [Current Issues of the Transport Infrastructure Development. Conference proceedings]. Saint Petersburg, PGUPS [Petersburg State Transport University] Publ., 2018, pp. 281-285. (In Russian)

16. Dudkin E. P., Chernyayeva V. A. & Doronicheva S. A. Metodologiya proyektiro-vaniya nazemnykh rel'sovykh transportnykh sistem v gorodakh [Methodology of designing ground level rail transport systems in cities]. Infokommunikatsionnyye i intellektual'nyye tekhnologii na transporte IITT'2018. Materialy I Mezhdunar. nauch.-praktich. konferentsii. V 2-kh tomakh [Infocommunication and Intelligent Technologies in Transport IITT'2018. Proceedings of the I International Scientific and Practical Conference. In 2 vol.] (December 12-13, 2018). Lipetsk, Lipetsk State Technical University Publ., 2018, pp. 202-207. (In Russian)

17. Dudkin E. P. & Sultanov N. N. Obosnovaniye sovremennykh konstruktsiy tram-vaynykh putey [Justification of modern tramway designs]. Izvestiya Peterburgskogo universiteta putey soobshcheniya [Proceedings of Petersburg State Transport University], 2017, vol. 14, iss. 1, pp. 24-32. (In Russian)

18. Kozlov I. S., Rostovtseva S. A. & Shmulevich M. I. On vibrodynamic impact on the roadbed. Procedia Engineering, 2017, vol. 189. Proceedings of the International Scientific Conference Transportation Geotechnics and Geoecology (TGG-2017), 2017, pp. 360-364.

19. Sakharova A., Kozlov I., Baydarashvili M. & Petriaev A. Reduction of negative impact on the geoenvironment using silica sol in road construction. MATEC Web of Conferences, 2019, vol. 265, pp. 06002. Available at: https://doi.org/10.1051/matecconf/201926506002

Received: June 11, 2019 Accepted: June 30, 2019

Author's information:

Dmitriy A. BASOVSKIY - PhD in Engineering, Associate Professor; d1976bas@rambler.ru Vadim V. GOVOROV - Dr. Sci. in Engineering, Professor; vv.govorov@yandex.ru Ivan S. KOZLOV - PhD in Engineering, Associate Professor; kozlovi.s@yandex.ru