Камера для розігріву вагонів зі змерзлим вантажом

1. Камера для разогрева вагонов со смерзшимся грузом, содержащая закрытое помещение с рельсовой колеей для передвижения вагонов, экранирующие перегородки, установленные между боковыми стенками помещения и стенками вагона, завихрители теплоносителя, выполненные в виде вертикальных цилиндрических стаканов, систему подачи теплоносителя, включающую расположенное в нижней части помещения между его боковой стенкой и колеей воздухозаборное устройство в виде короба с окнами и расположенное в верхней части помещения воздуховыпускное устройство с установленными на его выходе горизонтальными патрубками, соединенными с завихрителями о т л и ч а ю щ а я с я тем, что завихрители потока теплоносителя выполнены с соотношением их внутреннего диаметра и высоты равным 1:2 и снабжены двумя диаметрально противоположными тангенциальными патрубками подвода теплоносителя, выходные отверстия которых выполнены прямоугольными, при этом завихрители,установлены вдоль центра железнодорожной колеи в вер хней части помещения под углом 5 - 40° навстречу друг другу относительно его центральной вертикальной оси, на расстоянии от обогреваемой поверхности равном 6,5 15 внутренних диаметров завихрителя, а количество завихрителей определяется по зависимости 14= (2,5 - 3,0) п' где N - количество завихрителей в камере, шт.; U - длина помещения, м; п - количество четырехосных вагонов, на которое рассчитано помещение, шт.; экранирующие перегородки установлены от стенок вагона на расстоянии равном 1,0 - 2,5 внутренних диаметров завихрителя, асимметрично относительно центральной вертикальной оси помещения, причем большие расстояния выбраны на стороне, противоположной воздухозаборному устройству, и на уровне высоты вагона выполнены с наклоном под углом 140 -160° в сторону боковых стенок помещения. 2. Камера для разогрева вагонов со смерзшимся грузом, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что высота прямоугольного выходного отверстия тангенциального патрубка подвода теплоносителя равна внутреннему диаметру завихрителя, а ширина составляет *0,15 - 0,25 его внутреннего диаметра, при этом соотношение площадей проходных сечений патрубка и завихрителя составляет 17167 Изобретение относится к области разогрева железнодорожных вагонов со смерзшимся грузом и может быть использовано на предприятиях многих отраслей промышленности для выгрузки сыпучих материалов 5 из вагонов. В условиях увеличения объема перевозок массовых насыпных грузов1 каменного угля, руды, инертных строительных материалов и т.д., подвергающихся смерзанию в 10 условиях низких температур, что сильно затрудняет их выгрузку, резко осложняет работу железнодорожного транспорта и промышленных предприятий, весьма актуальной становится задача ускорения их вы- 15 грузки зимой восстановлением их сыпучести размораживанием, а также повышения эффективности и экономичности работы размораживающих устройств. Термическое оттаивание - это универ- 20 сальный способ, позволяющий полностью восстановить сыпучесть любого вида смерзшегося груза при любой глубине его промерзания. Известно устройство для разогрева 25 смерзшихся насыпных грузов в железнодорожных полувагонах (авт. св. СССР № 908724, кл. В 65 G 69/20, В 65 G 67/24, опубл. 28.02.82). Устройство содержит нижние нагрева- 30 тельные панели, установленные на подвижных перпендикулярно к оси железнодорожного пути опорах, связанных с приводом, и верхнюю нагревательную панель, выполненную в виде полого колпака, который 35 установлен с возможностью вертикального перемещения приводом для обеспечения контакта с верхним торцом полувагона, при этом его размеры в плане соответствуют размерам в плане полувагона. 40 Недостатком описанного устройства является низкая эффективность разогрева боковых и торцовых стенок полувагона, так как передача тепла осуществляется только в зону верха и низа вагона, при этом возможен 45 перегрев верхней части груза, а также тормозных участков и ходовой части вагона. Кроме того устройство сложно в конструктивном исполнении,что связано с наличием привода и требует дополнительных 50 затрат электроэнергии на перемещение панелей. Известен также способ разогрева железнодорожных полувагонов со смерзшимся грузом и гараж для его осуществления 55 (авт. св. СССР N? 1615110, кл. В 64 G 69/20, опубл. 23.12.90). Способ заключается в том, что полувагоны помещают в гараж конвективного типа и подают теплоноситель со стороны загрузоч ного проема для обеспечения постоянно убывающей интенсивности нагрева от первого к последнему вагону с начальной температурой 200 - 220°С с понижением ее в течение часа до 130- 140°С. Гараж содержит по меньшей мере одну секцию для постановки полувагонов, в которой установлено устройство дпя подачи теплоносителя, выполненное в виде щелевого сопла П-образной формы, охватывающего загрузочный проем и направленного параллельно продольной оси. Такая конструкция устройства позволяет подавать теплоноситель сверху и вдоль боковых стенок вагона, что снижает опасность перегрева тормозных участков и ходовой части вагона, однако не позволяет одновременно с одинаковой скоростью разогревать боковины и днище вагонов, так как не достигается равномерность распределения температуры по всему объему камеры, что снижает интенсивность размораживания, неэффективно используется энергия теплоносителя. Наиболее близкой к заявляемому по техническцй сущности является камера для разогрева вагонов со смерзшимся грузом (патент Украины № 3706 от 30.06.94 по авт. св. СССР Nc 1611818, кл. В 65 G 69/20). f Камера содержит закрытое помещение с рельсовой колеей для передвижения вагонов и экранирующие перегородки между стенками вагона и боковыми стенками помещения, систему подачи теплоносителя, включающую расположенное в верхней части помещения воздуховыпускное устройство, воздухозаборное устройство в виде короба, расположенное в нижней части помещения вдоль колеи, при этом камера снабжена выполненными в виде вертикальных цилиндрических стаканов завихрителями теплоносителя и установленными на выходе воздуховыпускного устройства горизонтальными патрубками, каждый из которых тангенциально соединен с завихрителем воздухозаборное устройство размещено между колеей и боковой стенкой камеры и имеет выполненные в коробе окна, обращенные в направлении между дном вагона и рельсами. Каждый горизонтальный патрубок и завихритель теплоносителя выполнены так, что соотношение их площадей проходного сечения составляет 1:(0,67 -1,35). Вопросы интенсификации процессов тепло- и массообмена и энергосбережения остаются актуальными при реализации известного технического решения. На эти показатели при разогреве смерзшихся грузов существенное влияние оказывают конструкция завихрителей, то, как они установлены, 17167 их количество, а также характер установки экранирующих перегородок. В известном техническом решении эти вопросы эффективно не решены, а конструкция завихрителя такова, что газовый поток 5 на выходе из него имеет асимметричный характер распределения осевой и тангенциальной составляющих скоростей, т.е. теплоноситель поступает в камеру с неодинаковой интенсивностью по всему ее объе- 10 му. Это неизбежно вызывает образование "холодных" и "горячих" зон по разогреваемой поверхности, тем самым не обеспечивается равномерность разогрева груза. В то же время это не дает возможности поднять 15 до оптимальных значений температуру теплоносителя и, соответственно, увеличить тепловой поток для эффективного разогрева. Расположение экранирующих перего- 20 родок в известном устройстве не позволяет создать оптимальные аэродинамические условия для необходимого контакта теплоносителя с поверхностью разогреваемого груза. Аэродинамическое сопротивление 25 потоку теплоносителя между стенками вагона и экранирующими перегородками со стороны противоположной окнам воздухозаборного устройства достаточно велико по сравнению с аэродинамическим сопротив- 30 лением между экраном и стенками вагонов со стороны окон, в результате чего основной поток теплоносителя уходит в окна воздухоззборного устройства, перегревая стенки и тормозную систему вагонов со стороны 35 окон, увеличивая непроизводительные затраты тепла. Это вызывает необходимость "передержки" вагона в камере для выравнивания интенсивности разогрева боковых и нижних слоев размораживаемых грузов, 40 увеличивает время размораживания, требует дополнительных затрат топлива. Кроме того, в известном устройстве завихрители теплоносителя установлены на таком расстоянии от поверхности груза, ко- 45 торое не обеспечивает максимально возможного теплообмена при обтекании поверхности груза струей теплоносителя, из-за чего снижается эффективность разогрева в целом, создается опасность перегре- 50 ва верхнего слоя груза и выброса пылевидных частиц, т.е. увеличивается взрыво- и пожароопасность производства. В основу предлагаемого изобретения поставлена задача такого усовершенствова- 55 ния камеры для разогрева вагонов со смерзшимся грузом, которое бы позволило подобрать наиболее оптимальные значения величин потоков теплоносителя по всему объему камеры и их векторов истечения, способствующих эффективному и быстрому размораживанию. Задача может быть решена тем, что в камере для разогрева вагонов со смерзшимся грузом, содержащей закрытое помещение с рельсовой колеей для передвижения вагонов, экранирующие перегородки, установленные между боковыми стенками помещения и стенками вагона, завихрители теплоносителя, установленные в верхней части помещения камеры, выполненные в виде вертикальных цилиндрических стаканов, систему подачи теплоносителя, включающую расположенное в нижней части помещения между его боковой стенкой и колеей воздухозаборное устройство в виде короба с окнами и расположение в верхней части помещения воздуховыпускное устройство с установленными на его выходе горизонтальными патрубками, соединенными с завихрителями, согласно изобретению завихрители теплоносителя выполнены с соотношением их внутреннего диаметра и высоты равным 1:2 и снабжены двумя диаметрально противоположными тангенциальными патрубками подвода теплоносителя, выходные отверстия которых выполнены прямоугольными. Высота прямоугольного выходного патрубка равна внутреннему диаметру завихрителя, а ширина составляет 0,15 - 0,25 его внутреннего диаметра, при этом соотношение площадей проходных сечений патрубка подвода теплоносителя и завихрителя составляет 1 :(1,8 - 9,8). Завихрители установлены в верхней части камеры вдоль центра железнодорожной колеи под углом 5 - 40° навстречу друг другу относительно центральной вертикальной оси камеры, на расстоянии от обогреваемой поверхности, равном 6,5 -15 внутренних диаметров завихрителя. Количество завихрителей в камере определяется по зависимости (2,5 - 3,0) n' где N - количество завихрителей в камере, шт.; 1к -длина помещения, м; _ п - количество четырехосных вагонов, на которое рассчитано помещение, шт. Экранирующие перегородки установлены от стенок вагона на расстоянии, равном 1,0 - 2,5 внутреннего диаметра завихрителя, асимметрично относительно центральной вертикальной оси помещения, причем большие расстояния выбраны на стороне, противоположной воздухозаборному устройству, и на уровне высоты вагона выполнены с на 17167 клоном под углом 140 - 160° в сторону боковых стенок помещения. Известно, что на распределение температуры воздуха внутри камеры при размораживании смерзшихся грузов большое 5 влияние оказывает направление струй теплоносителя. Применение завихрителя с указанными геометрическими размерами, обеспечивает оптимальную для эффективного теплообме- 10 на с грузом симметричность, дальнобойность и угол раскрытия закрученной струи теплоносителя с необходимым соотношением радиальной и осевой скоростей газового потока, создает условия, при которых тепло- 15 носитель поступает в камеру и к грузу равномерно по всей ее длине и высоте, вследствие чего сокращается время выхода камеры на заданный температурный режим, а установка завихрителей под углом на- 20 встречу друг другу относительно вертикальной центральной оси помещения и на заданном расстоянии от поверхности груза увеличивает площадь обогреваемой поверхности. В результате обеспечивается равно- 25 мерный разогрев груза по всей глубине вагона, достигается наиболее полное использование энергии теплоносителя. Кроме того, исключается местный перегрев грузов, что предотвращает его пыление, снижает 30 взрыво- и пожароопасность производства. Установка отражательных перегородок на расстоянии от стенок вагона равном 1,0 2,5 внутренних диаметров завихрителя, асимметрично относительно центральной 35 вертикальной оси помещения, с большими расстояниями на стороне, противоположной воздухозаборному устройству, и выполнение их с углом наклона 140 - 160° в сторону боковой стенки помещения на уров- 40 не высоты вагона позволяет уменьшить аэродинамическое сопротивление потоку теплоносителя, создать оптимальную плотность теплового потока у поверхности всех стенок кузова вагона, что увеличивает коли- 45 чество тепла, аккумулированного грузом, повышает интенсивность и равномерность его размораживания с любой степенью промерзания, сокращает до минимума непроизводительные потери тепла. ' 50 Таким образом, указанные признаки обеспечивают высокую эффективность и снижение энергозатрат (в т.ч. и топлива) на размораживание смерзшихся грузов, позволяют сократить продолжительность разо- 55 грева грузов. По имеющимся у авторов сведениям предлагаемая совокупность существенных признаков, характеризующих сущность изобретения, не известна из уровня техники, 8 следовательно, изобретение соответствует критерию "новизна". В результате проведенного анализа установлено, что свойства заявленного изобретения не совпадают со свойствами выявленных аналогов, дополнительную классификацию выполнить невозможно, следовательно, заявляемое техническое решение соответствует критерию "существенные отличия". Сущность заявляемого изобретения не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники. Совокупность признаков, характеризующих известное устройство для размораживания смерзшихся грузов в железнодорожных вагонах, не обеспечивает достижение новых свойств и только наличие отличительных признаков позволяет получить технический результат. Следовательно, предлагаемая камера для разогрева вагонов со смерзшимся грузом соответствует критерию "изобретательский уровень". Предлагаемое изобретение может быть использовано для разогрева железнодорожных вагонов со смерзшимся грузом на предприятиях многих отраслей промышленности, для выгрузки сыпучих материалов из вагонов с получением технического результата, следовательно, изобретение соответствует критерию "промышленная примени-' мость". На фиг. 1 представлен поперечный разрез камеры для разогрева вагонов; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 - поперечный разрез завихрителя с патрубками; на фиг. 5 - продольный разрез завихрителя. Камера состоит из помещения 1 с рельсовой колеей 2 и экранирующими перегородками 3. В нижней части у боковой стенки помещения 1 расположено газозаборное устройство в виде короба 4 с окнами 5, которые обращены в направлении между дном вагона б и рельсами 2. Газовыпускное устройство состоит из раздающих газоходов 7 с вертикальными патрубками 8. Газоходы 7 расположены в нижней части помещения 1 вдоль его боковых стенок. К патрубкам 8 над потолком помещения 1 присоединены горизонтальные патрубки 9, которые в свою очередь тангенциально соединены с завихрителями 10. Каждый завихритель 10 соединен с двумя диаметрально противоположными патрубками 9. Завихритель 10 выполнен в виде цилиндрического стакана 11 с глухой крышкой 12 и соотношение его внутреннего диаметра d и высоты Н составляет d i H ^ I ^ . Выходные отверстия патрубков 9 (место входа патрубков 9 в стакан 11 завихрителя 10) 17167 10 выполнены прямоугольного сечения, высота трубопроводом 19 и воздухоподогреватекоторого "а" равна внутреннему диаметру лем 16. Все трубопроводы снабжены запорзавихрителя, т.е. a^d, а ширина "Ь" составной и регулирующей арматурой, которая на чертежах не показана. ляет величину 0,15 - 0,25d, при этом соотношение площадей п р о х о д н ы х сечений 5 Камера работает следующим образом. патрубков подвода теплоносителя и завихПосле подачи вагонов 6 в помещение 1 по колее 2 поворота камеры закрываются. рителя составляет 1.(1,8 - 9,8). Холодный воздух засасывается из атмосфеЗавихрители 10 установлены вдоль ценры вентилятором 14 и по трубопроводу 17 тра железнодорожной колеи 2 в верхней части помещения 1 под углом, равным 5 - 40° 10 поступает в подогреватель 16, где частично подогревается. Уже подогретый воздух по навстречу друг другу относительно его центрубопроводу 18 поступает в топку 15. Сюда тральной вертикальной оси, на расстоянии h же подается топливо, в качестве которого от обогреваемой поверхности груза, равном может быть использован природный газ или 6,5 - 15 внутренних диаметров завихрителей, т.е. h=(6,5- 15)d. 15 др. Из топки 15 продукты сгорания - дымовые газы по трубопроводу 19 поступают в Количество завихрителей 10 в помещедымосос 13. Перед дымососом 13 они смении 1 определяется из выражения шиваются с выходящими из помещения 1 остывшими газами, поступая на всас дымо20 соса 13 по трубопроводам 21 и 22 для охлаж(2,5 - 3,0) n* дения дымовых газов до температуры, на которую рассчитан дымосос 13. С этой же где N - количество завихрителей в камере, целью в трубопроЕОд 19 может быть органишт.; зован подсос холодного воздуха (на черте1к - длина помещения, м; _ п - количество четырехосных вагонов, на 25 жах не показан). Дымососом 13 теплоноситель по трубопроводу 20 подается в газовыкоторое рассчитано помещение, шт. пускное устройство - раздающие газоходы 7 ° Экранирующие перегородки 3 установс вертикальными патрубками 8 и далее челены на расстоянии от боковых стенок вагорез горизонтальные патрубки 9 в завихрина 1, равном 1,0-2,5 внутреннего диаметра тель 10. Из завихрителя 10 закрученный завихрителя 10, асимметрично относитель- 30 поток теплоносителя натекает на обогревано центральной вертикальной оси помещеемую поверхность, которая, благодаря нания, причем большие расстояния выбраны клону завихрителя 10, увеличена. После на стороне противоположной воз чухозаборобогрева верхнего слоя груза поток теплоному устройству, и выполнены с наклоном носителя поступает в пространство между под углом, равным 140 - 160° в сторону бо- 35 экранирующими перегородками 3 и стенкаковых стенок помещения 1 на уровне высоты ми вагона 6, обогревая последние. Пройдя вагона. под днищем вагона 6, теплоноситель постуПриведенные выше соотношения геопает в газозаборное устройство - в короб 4 метрических параметров завихрителей 10, через окна 5. Из короба 4 "отработанный" способ их установки и количество в помеще- 40 поток теплоносителя удаляется по трубонии 1 носят экспериментальный характер, проводу 21. Часть его по трубопроводу 22 подтверждаются теоретическими расчетами поступает на всас дымоссса 13, а другая и обеспечивают протекание процессов тепчасть через трубопровод 23 выбрасывается ло- и массообмена между теплоносителем и в атмосферу, поедвапительно отдав свое фиразогреваемыми вагонами со смерзшимся 45 зическое тепло воздуху в воздухоподогревагрузом наиболее интенсивно при минимальтеле 16. Использование части рециркуляных затратах тепловой энергии. ционных газов, поступающих по трубопроводу 22 в дымосос 13, и подогрев холодного Снаружи помещения 1 установлены дывоздуха в подогревателе 16, выбрасываемымосос 13, вентилятор 14, топка 15 и воздухо- 50 ми в атмосферу дымовыми газами, обеспеподогреватель 16. Вентилятор 14 соединен чивают дополнительное снижение энергос атмосферой всаса через воздухоподогрезатрат на процесс разогрева смерзшегося ватель 16 трубопроводом 17 и со стороны груза в вагонах 6. нагнетания с топкой 15 трубопроводом 18. Пример реализации устройства. Топка 15 соединена трубопроводом 19 с ды- 55 Камера для разогрева вагонов со смермососом (раздающими газоходами 7) трузшимся грузом содержит закрытое помещебопроводом 20. Газозаборное устройство ние длиной 216, шириной 6 м и высотой 5,5 м трубопроводом 21 и, после его разветвлес рельсовой колеей для передвижения и разния, трубопроводами 22 и 23 соединено с мещения 17 четырехосных вагонов экранм 11 17167 рующие перегородки, установленные таким образом, что между ними и стенками вагонов образуются зазоры шириной 450 мм и 250 мм со стороны противоположной и прилегающей к воздухозаборному устройству соответственно. На уровне высоты вагона экранирующие перегородки выполнены с наклоном 140° в сторону боковых стенок помещения. Закрытое помещение оборудовано системой подачи теплоносителя, содержащей 53 выходных патрубка^завихрителя, смонтированные в верхней части помещения вдоль центра железнодорожной колеи таким образом, что срез сопел выходных патрубков завихрителей расположен на высоте 1,8 - 2,3 м от поверхности разогреваемого груза. 1-й, 27-й и 53-й завихритель установлен по отношению к центральной вертикальной оси помещения в продольном разрезе под углом 0°, остальные завихрители установлены под углом 30° навстречу друг другу по направлению к центральной вертикальной оси помещения. Завихрители представляют собой цилиндрические стаканы с внутренним диаметром 200 мм и высотой 400 мм, тангенциально соединенные с двумя диаметрально противоположными патрубками подвода теплоносителя, выходные отверстия кото 12 рых выполнены в виде прямоугольника, высота которого равна 200 мм, а ширина 40 мм. Температура теплоносителя (горячих дымовых газов) на выходе из сопел завихри5 телей повышена до 190 - 210°С, а в районе тормозных букс и воздухозаборном устройстве не превышает 55 - 60°С. Система водяного охлаждения тормозных букс вагонов используется только как аварийная. 10 По сравнению с известным, при работе предлагаемого устройства достигнуто сокращение расхода природного газа на 30% и сокращение времени разогрева груза в среднем на 37%. Средний расход природно15 го газа на одну тонну разогреваемого груза • (удельный расход) сокращается на 58%. Применение устройства для размораживания указанной конструкции, с геометрическими размерами в указанном 20 соотношении, обеспечивает возможность подобрать наиболее оптимальные значения величин потоков теплоносителя, позволяющие осуществить практически с равной интенсивностью обогрев поверхности стенок и 25 днище вагонов без перегрева их тормозных участков и ходовой части, что значительно повышает эффективность, сокращает время размораживания сыпучих грузов, снижает энергозатраты на их размораживание. Hf Фыс і Фиг. 2. 6 В в . JL Фиг. .3. Фиг 't Упорядник Замовлення 4220 Техред М.Моргентал Фиг. S Коректор О.Кравцова Тираж Підписне Державне патентне відомство України, 254655, ГСП, КиТв-53, Львівська пл., 8 Відкрите акціонерне товариство "Патент", м. Ужгород, вул.ГагарІна, 101