Вед.инж. В.В. Королев

ОАО «ВНИИЖТ»

Применение различных систем обеспечения работы

стрелочных переводов в зимних условиях

Стрелочное хозяйство железных дорог России насчитывает около 300 тысяч стрелочных переводов.

Климат России таков, что на протяжении значительной части года на земляном полотне станций и промышленных предприятий лежит снежный покров. Есть регионы, где время, в течение которого земля покрыта снегом, превышает 8 месяцев, поэтому проблема повышения надежности работы стрелочных переводов в зимний период весьма актуальна.

Работа стрелок существенно осложняется в зимний период, когда во время снегопадов и метелей снег препятствует нормальной работе стрелочных переводов.

Для обеспечения надёжной работы стрелочных переводов в зимнее время от негативных воздействий снега и льда используются различные способы и системы. К таким системам и способам относятся: тепловой обогрев – электрический, газовый, геотермальный, индукционный; пневмоочистка – удаление снега за счёт использования пневмоочистительных снегоуборочных машин, автоматическая пневмообдувка и шланговая обдувка, а также уборка снега ручными средствами.

Системы очистки стрелочных переводов от снега пневматическими устройствами

Наиболее распространены пневматические устройства (Рисунок 1).

Устройства пневматической очистки стрелочных переводов подразделяются на стационарные устройства пневмоочистки стрелок от снега и устройства ручной шланговой пневмообдувки. На рисунке 2 показана схема автоматической обдувки стрелки.

Рисунок 1 –Автоматическая и шланговая пневмообдувка

на стрелочном переводе

1 - рамный рельс; 2 - остряк; 3 - обдувочные сопла; 4 - распределительный трубопровод; 5 - отвод к соплу; 6 - электропневматический клапан; 7 - подключение переносных шлангов для обдувки; 8 - магистральный трубопровод.

Рисунок 2 – Схема автоматической обдувки стрелки

Элементы, входящие в системы пневмообдувки, иллюстрирует рисунок 3.

1-компрессор; 2-маслоотделитель; 3-охлаждающее устройство; 4-запорная арматура; 5-воздухосборник; 6-предохранительный клапан; 7-магистральный воздухопровод; 8-ЭПК; 9-стрелочный перевод.

Рисунок 3 - Схема устройств пневматической очистки стрелочных переводов

Для управления циклом обдувки стрелок используются различные устройства управления: как ручные, так и автоматические.

В таблице 1 приводятся данные о способах и режимах очистки стрелок системами пневмообдувки.

Таблица 1 – Способы очистки и режим обдувки стрелок

Способ очистки	Режим обдувки	Продолжительность обдувки стрелок, с	Интервал времени между обдувками, мин.
Циклический или групповой	Нормальный	4	6
То же	Облегченный	4	10
»	Усиленный	5	4
Индивидуальный	-	7-8	-

Шланговая пневмообдувка предназначена для очистки от снега всего стрелочного перевода вручную.

Комплект оборудования для ручной шланговой обдувки показан на рисунке 4.

Пневматические устройства обеспечивают надежную работу при сухом снеге. Наиболее эффективно их использование в северных районах европейской части России, на Урале, в Северном Казахстане, в Сибири, на Дальнем Востоке.

1-магистральный трубопровод; 2-труба; 3-рычаг; 4-концевой вагонный кран со стороны присоединяемого шланга; 5-наконечник для присоединения к воздухоразборной колонке; 6-гибкий шланг; 7-ручной воздушный кран;

8-трубчатый наконечник; 9-сопло; 10-скребок

Рисунок 4 - Комплект ручной воздуходувки пневматического устройства для шланговой (ручной) очистки стрелок

Недостатком их является необходимость применения ручного труда, для системы автоматической обдувки, так же как и для ручной обдувки необходима прокладка воздушной магистрали, себестоимость и трудозатраты на обслуживание которой достаточно высоки.

Система электрообогрева стрелочных переводов

Электрические стрелочные обогреватели предназначены для очистки от снега и льда стрелок, оборудованных электрической централизацией (Рисунок 5).

Рисунок 5 - Электрообогрев стрелочных переводов ШУЭС-М

Устройство электрообогрева стрелок состоит из: трубчатых электронагревателей (ТЭНов), расположенных на подошве рамных рельсов от острия пера до корня остряка; шкафов управления; системы энергопитания; пультов местного и дистанционного управления. Тепло, выделяющееся проходящим током, передается на оболочку ТЭНов и через нее на рамные рельсы. Принципиальная схема электрообогрева стрелок представлена на рисунке 6.

1 – рамный рельс; 2 – остряк; 3 – ТЭН; 4 – подушка.

Рисунок 6 – Схема электрообогрева стрелки

В таблице 2 приводятся технические характеристики распространенных систем электрообогрева стрелок на российских железных дорогах.

Таблица 2 – Технические характеристики систем электрообогрева стрелок

Наименование показателей	Величина показателя
Рабочее напряжение, В	230
Погонная мощность ТЭНов, кВт/пог. м	0,5 - 0,7
Температура нагрева ТЭНов в контакте с подошвой рамного рельса, °С	80 - 100
Длина ТЭНов, м	3,0 - 4,0
Поперечное сечение ТЭНов, мм	8 х12
Установочная мощность электрообогрева на стрелку, кВт:
для центра России	6 - 8
для Севера и Сибири	8,5 - 10,4

Электропитание обогревателей обеспечивается как от низко-, так и от высоковольтных ЛЭП через трансформаторы на напряжение 350-220/220 В и 380-220/36 В.

Главный элемент системы электрообогрева - шкаф ШУЭС-М (Рисунок 7). Один шкаф позволяет организовать электропитание от 1 до 12 обогреваемых стрелочных переводов суммарной мощностью до 125 кВт. Широкий спектр мощностей ШУЭС-М позволяет подобрать оптимальный вариант для обогрева максимального количества стрелок и, соответственно, снизить стоимость оборудования электрообогревом одного стрелочного перевода в дальнейшей эксплуатации.

Для оборудования стрелочных переводов электрообогревом разработана усовершенствованная арматура, обеспечивающая установку, подключение и защиту от механических повреждений электронагревательных элементов, рельсовых термодатчиков и кабелей. В состав арматуры также входят теплоудерживающие экраны, предназначенные для снижения потерь тепла при обогреве рамных рельсов на стрелке и усовиков на крестовине с подвижным сердечником.

Рисунок 7 - Элемент системы электрообогрева - шкаф ШУЭС-М

Наиболее целесообразно использование электрообогревателей на дорогах юга и запада европейской части России.

Недостатком устройств электрообогрева является малая механическая прочность ТЭНов, устройство требует мощностей, не менее 6-10,4 кВт на каждую стрелку, достоинства электрообогрева - возможность автоматизации управления системой.

Система газообогрева стрелочных переводов

Для газообогрева стрелочных переводов применяются факельно-камерные обогреватели и беспламенные горелки инфракрасного излучения.

На стрелочный перевод передается только нагретый воздух.

Факельно-камерный обогреватель состоит из обогревательной камеры и инжекционной горелки. Нагрев элементов стрелочного перевода происходит за счёт теплопроводности экрана, теплового излучения боковых поверхностей экрана и теплоты продуктов сгорания. Выход продуктов сгорания осуществляется через щели в пространство между рамным рельсом и остряком в направлении стрелочных башмаков. Установка горелок внутри обогревательных камер исключает возможность воспламенения горючих продуктов, попадающих на путь с поездов (Рисунок 8).

Рисунок 8 - Система газообогрева на стрелочном переводе

Управление газообогрева стрелок дистанционное с автоматическим розжигом горелок и контролем за их работой.

Недостатками газообогрева являются: трудности эксплуатации при сильных заносах, достоинства - устройства газообогрева не мешают работе снегоочистительных машин. При модернизации системы газообогрева с применением для розжига солнечной батареи, система может применяться в автономном режиме.

Система геотермического обогрева стрелочных переводов

В 2011 г. на станции Дача Долгорукова (ПЧ-14) Октябрьской ж.д. внедрен пилотный проект системы геотермального обогрева стрелочных переводов Triple-S (производства Германия) (Рисунок 9).

Рисунок 9 - Система геотермического обогрева стрелочного перевода

Это инновационная система обогрева стрелочных переводов, использующая геотермическую технологию на базе тепловых насосов в совокупности с новейшими устройствами управления. Она обеспечивает снижение энергозатрат на 60% по сравнению с классическими системами обогрева.

Система включает в себя 3 основных компонента:

- экологичный естественный источник тепла (тепло земли);

- блок теплового насоса;

- теплообменник (нагреватель, крепящийся к шейке рельса).

Управление системой осуществлялось с помощью метеостанции с набором сенсоров в сочетании с температурными датчиками, установленными на рельсах. Установленная на двух стрелочных переводах система показала во время отопительного сезона 2011/2012 года бесперебойную работу.

В период отопительного сезона потребление электроэнергии системой «ТриплС» в 22,4 раз меньше, чем потребление энергии электрической системой.

Глубина расположения теплообменника - 10 метров.

Схемы крепления теплообменника геотермического обогрева на рельсе и остряке стрелочного перевода показаны на рисунке 10.

Рисунок 10 – Схемы крепления теплообменника геотермического обогрева на рельсе и остряке стрелочного перевода

Интеллектуальная система управления и регулирования обеспечивает подачу тепла к стрелочному переводу по мере надобности, благодаря чему установка не находится постоянно во включенном состоянии.

В случае снегопада геотермическая система также обеспечивает высокую эксплуатационную готовность стрелочных переводов, достигающую 99,9 %.

Систему геотермального обогрева эффективно применять на больших группах стрелочных переводов. К одной геотермической системе обогрева можно подключать до восьми стрелочных переводов, расположенных в радиусе до 250 м.

Пневмоочистительная машина типа ПОМ

Учитывая опыт создания и тенденции развития снегоуборочной техники, можно сказать, что в настоящее время она стала более универсальной благодаря многофункциональности создаваемых средств.

В настоящее время на уровень практического и достаточно широкого применения вышел метод выдувания снега с пути.

За последние двадцать лет создано большое количество различных машин, существенно облегчающих работу служб по уборке снега на станциях, одной из которых является пневмоочистительная машина ПОМ-2 (Рисунок 11).

Рисунок 11 – Пневмоочистительная машина типа ПОМ

Машины оснащаются вентиляторами высокого давления (ВДН-17, ВДН-18, ВМ-18А и т.д.). Схема устройства пневмоочистительной машины ПОМ-2 приведена на рисунке 12.

Рисунок 12 – Схема устройства пневмоочистительной машины ПОМ-2

К достоинствам машины можно отнести её применение в условиях обильных снегопадов.

Для оценки эффективности работы различных систем удаления снега на стрелочных переводах ОАО «ВНИИЖТ» были проведены испытания рассмотренных выше систем удаления снега на стрелочных переводах.

Целью работы являлось определение надежности и эффективности применения различных существующих и инновационных систем обеспечения безотказной работы стрелочных переводов в зимних условиях.

В ходе работы решались задачи:

- формирование подхода к организации и проведению испытаний, обеспечивающего сравнимость результатов и оценок систем обеспечения безотказной работы стрелочных переводов в зимних условиях;

- получение представленных оценочных данных о работе существующих и инновационных систем;

- разработка технических требований к системам и подсистемам обеспечения безотказной работы стрелочных переводов в зимних условиях, исходя из опыта их применения.

Для решения поставленных задач были взяты под наблюдение системы с характерными условиями эксплуатации на наиболее распространённых стрелочных переводах. Во время наблюдений в течение года с определенной периодичностью фиксировались следующие параметры:

- Частота переводов стрелки, раз/сутки;

- Температура дн. /ноч., ^оС;

- Осадки, мм/сутки;

- Время работы системы, час/сутки;

- Количество включений системы, раз/сутки;

- Затраты энергии, кВт/ч;

- Количество отказов системы, раз/сутки;

- Причина отказа;

- Перерывы в работе (продолжительность отказов), час/сутки;

- Трудозатраты на обслуживание системы, чел.-час;

- Дополнительные трудозатраты на очистку перевода, чел.-час;

Полученные данные позволяют дать предварительную оценку определения стоимости жизненного цикла каждой из систем.

Работа в настоящее время продолжается. По завершении работы будет определена стоимость жизненного цикла систем и целесообразность применения каждой из систем в различных условиях.

В настоящее время можно сказать следующее: каждая из систем имеет преимущества для конкретных условий работы, поэтому применять целесообразно все системы.

На основании уже полученных данных можно предварительно рекомендовать сферы применения различных систем обеспечения надежной работы стрелочных переводов в зимних условиях.

Систему автоматической пневмообдувки стрелочных переводов рекомендуется применять на путях станций, где нет достаточной электрической мощности для использования систем электрообогрева стрелочных переводов или на путях, где затруднено обслуживание электрообогрева стрелочных переводов.

Систему шланговой пневмообдувки стрелочных переводов рекомендуется использовать в качестве дополнительной системы к системам электрообогрева и автоматической пневмообдувки стрелочных переводов, для очистки зоны крестовин и соединительной части стрелочных переводов. Рекомендуется так же использовать в качестве резерва при обильных снегопадах.

Систему электрообогрева стрелочных переводов рекомендуется использовать на путях всех категорий, где имеются достаточные электрические мощности для ее установки.

Систему газообогрева стрелочных переводов рекомендуется использовать на путях, где не хватает электрических мощностей для обогрева стрелочных переводов. При использовании поджига от солнечной батареи, система газообогрева может применяться в автономном режиме на станциях, где полностью отсутствуют возможности применения других систем.

Систему геотермального обогрева стрелочных переводов рекомендуется использовать на большой группе стрелочных переводов. В этом случае стоимость жизненного цикла становится соизмерима со стоимостью системы электрообогрева стрелочных переводов.

Пневмоочистительную машину типа ПОМ эффективно применять в условиях обильных снегопадов на сети дорог для очистки горловин станций и станционных путей. Недостатком системы является необходимость регулярных проходов машины по стрелочному переводу. Для обеспечения работы машины требуются дополнительно локомотив и технологические окна.

Планируется продолжить наблюдения за различными системами очистки стрелочных переводов для определения эффективности их применения, для более точной и полной оценки определения их эффективности в различных условиях эксплуатации, а также с целью усовершенствования различных систем удаления снега на стрелочном переводе.