SE1250356A1 - Anordning och förfarande för avisning av järnvägsvagnar och/eller malmslig i järnvägsvagnar - Google Patents

Abstract

Uppfinningen avser en anordning för avisning av järnvägsvagnar och/ellermalmslig ijärnvägsvagnar. Enligt uppfinningen innefattar anordningen en tunnel försedd med ettflertal inbläsningsöppningarför uppvärmd luft. Luften används för avisning. Vidarefinns minst en utsugningsöppning för använd luft. En varmluftgenerator står meden tilloftkanalorgan i kommunikation med inbläsningsöppningarna. Uppfinningen avser även ett motsvarande förfarande för avisning. (Fig. 2)

Description

20 25 30 Kort beskrivning av figurerna Fig. 1 är ett flödesschema för avisning av järnvägsvagnar och lok.

Fig. 2 visar ett lok och principen för inblåsning av varm luft och utsug av kall luft.

Fig. 3 visar i ett diagram principen för styrning och övervakning.

Fig. 4 visar en tvärsektion av tunnel med malmvagn.

Fig. 5 visar IR plattor av keramiskt material mellan spalter för utblåsning av varmluft med hög hastighet mot malmvagnens utsida.

Beskrivning av utföringsexempel Avisning av lokomotiv och iärnvädsvadnar Kortfattad funktionsbeskrivning Avisning av malmkoncentrat i malmvagnar är principiellt olika upptining av is på järnvägsvagnar.

Vid avisning av frusen fukt i malmkoncentrat måste vagnskorgen värmas från utsidan för att tina upp ett fruset skikt på några millimeter för att malmkoncentratet skall släppa väggen vid lossning av malmen Vid avisning av järnvägsvagnar mäste den snö och is som fastnat på vagnens undersida, d.v.s., boggis och vagnschassi tinas med ett varmt media, antingen varmt vatten, ånga eller varm luft.

Avisninq med varmt vatten Upptining med varmt vatten är ur värmeöverföringssynpunkt mest effektivt eftersom värmeöverföringen med vatten är högre än för exempelvis luft. Emellertid har avisning med vatten många nackdelar bl.a.

- Varmt vatten måste sprutas med högt tryck för att nå så stora isbelagda ytor som möjligt, vilket ger problem med inträngande fukt i vagnskorg, elektrisk och elektronisk utrustning på boggis och vagnschassi. 20 25 30 3 - För låg vatten temperatur < 50 °C tillsammans med rester från påkörda djur har visat sig ge upphov till legionella bakterier, vilket kräver en dyr och avancerad rening av vatten.

- För en snabb avisning av ett tågset krävs en ackumulator med storleken 1000 m3 eller mer som tar tid att värma upp. För att värma 1 m3 vatten från 40 till 60 °C på 1 timme krävs en effekt av ca 23.2 kW. För att värma 1000 m3 vatten 20 °C krävs en installerad effekt av ca 23 MW, vilket dock är möjligt med tillgång till fjärrvärme eller med elektrisk energi Avisning med varm luft Avisning med varm luft ger ett lägre värmeöverföringstal än vatten, vilket måste kompenseras med högre temperatur och lufthastighet (flöde). Lufttemperaturen måste dock begränsas så att isfria ytor ej blir överhettade under tiden för upptining av isbelagda ytor.

Genom injektion av vatten som förångas i varm luft till vattenånga kan kondenseringsvärmen av vattenångan utnyttjas för att öka upptiningen av isbelagda ytor, eftersom temperaturen på isbelagda ytor är 0 °C och lägre än daggpunkten den varma luften.

Luften har den fördelen framför vatten att den kan passera även för vatten icke åtkomstbara delar och ger inte problem med fuktinträngning i elektrisk och elektronisk utrustning på boggis och vagnschassi.

Uppvärmning av luften kan ske antingen med gasol, naturgas, biogas eller olja som förbränns i en varmluftsgenerator som luften passerar igenom, elektrisk energi eller ånga.

- Uppvärmning med gasol eller naturgas i en varmluftsgenerator ger en kompakt och investeringslåg anläggning med snabb uppstartstid då energiöverföringen till luften sker vid hög temperatur. Uppvärmning med gasol eller naturgas ger en stor flexibilitet då vatten kan injiceras i den varma luftströmmen på ett relativt enkelt sätt. 20 25 30 - Uppvärmning med elektrisk energi kräver stora värmeöverförande ytor mellan elektriskt värmda element och luften eftersom temperaturen på de elektriska värmeöverförande elementen är begränsande.

- Uppvärmning av luften med ånga ger i likhet med injektion av vatten i varm luft möjlighet till utnyttjande av kondenseringsenergin av vattenångan i luften vid upptiningen av is. Produktionen av ånga kan göras antingen med förbränning av gasol, naturgas, biogas eller elektrisk energi men kräver dock en komplicerad anläggning med krav på vattenbehandling och säkerhetsutrustning.

Principlösninq. flödesschema För avisning av lokomotiv och järnvägsvagnar föreslås med bakgrund av ovan beskrivna för och nackdelar på olika energimodeller användning av varm luft uppvärmt med en brännbar gas i en brännkammare med möjlighet att injicera vatten och utnyttja kondenseringsenergin i vattenångan för att minska tiden för avisning av järnvägsvagnar.

Fig. 1 visar i ett flödesschema principen på föreslagen anläggning för avisning av lokomotiv och järnvägsvagnar.

Kort beskrivninq av anläqqninq Enligt erfarenhet från simuleringar och anläggning i drift bör lufthastigheten från inkommande luft vara i storleksordningen 25 - 30 m/s för att ge tillräcklig hög turbulens och en yteffekt i storleksordningen 8000 - 10000 W/m2. Genom kondensation av injicerat vatten i den varma gasen kan yteffekten fördubblas.

Tågset med lok och vagnar passerar genom en tunnel i vilken varm luft blåses med hög hastighet från längsgående spalter i tunnelväggarnas nedre delar och mellan rälsen mot sidorna och underdelar av chassi och boggis på lok och vagnar med fastfrusen snö och is. Sedan luften passerat chassi och boggis passerar luften uppåt mellan tunnelväggar och vagnssidor och sugs genom längsgående 20 25 30 5 spalter i taket på tunneln varefter den avkylda luften recirkuleras genom ett isolerat kanalsystem tillbaka till varmluftsgeneratorn för att återvärmas. lnläckande omgivningsluft i luftridåer i tunnelns gavlar avleds från huvudflödet till luftridåeri tunnelns in- och utpassager.

Delar av kanalsystemet, varmluftsfläkt, varmluftsgenerator, etc är placerat i ett apparatrum på ett bjälklag ovanför avisningstunneln I varmluftsgeneratorn värms luften genom förbränning av en brännbart bränsle, gasol, naturgas, biogas, processgas, olja eller annat brännbart bränsle. ln- och utpassagerna i tunnelgavlarna ärförsedda med luftridåer för att minska inläckage av kall omgivningsluft och utläckage av varm luft under avisning och är försedda med portar för sparande av värmeenergi och möjlighet att förvärma tunneln till önskad temperatur när tunneln inte används för avisning. Tunneln har en längd är anpassad för att ge möjlighet att avisa boggis, tågset med lok och vagnar på angiven tid. Tunnelns längd medger att en eller flera vagnar kan avisas samtidigt antingen genom ”rullande avisning” eller ”stillastående avisning beroende på hur lok och vagnar passerar genom tunneln. Höjden i tunneln anpassas till en lämplig höjd med eller utan elektrisk kontaktledning. Tunnelns bredd anpassas till lok och vagnarna bredd inklusive tillräcklig säkerhetsdistans till tunnelväggar.

Ovanför avisningstunneln på en övervåning finns ett apparatrum lokaliserat innehållande varmluftsfläkt, varmluftsgenerator och utvändigt värmeisolerade luftkanaler för fördelning av varm luft till och från tunneln. I omgivande byggnad finns ett ställverk och operatörsplats installerad i en container.

Tunneln är sektionerad i moduler, 5-6 m långa, med styrbara spjäll för möjlighet att styra luftflödet längs lok och vagnar för att minimera temperaturstegring på isfria ytor under avisningsförloppet.

P.g.a. den erforderliga effekten och luftflödet för avisning och för att minska storleken på gaskanaler för till- och frånluft har anläggningen delats upp i 20 25 30 6 avisningsmoduler som kan installeras i en eller flera på varandra följande moduler för att minska avisningstiden.

Flödesschemat i fig. 1 visar en avisningsmodul lika med längden för en boggi, vagn eller flera vagnar installerade efter varandra.

Vid inpassage- och utpassageänden på anläggningen finns portar med luftridåer för att minimera inläckande omgivningsluft i anläggningen.

Tunnel för inblåsning varmluft och utsug av returluft Fig. 2 visar en tunnel med ett lok och principen för inblåsning av varm luft och utsug kall returluft.

Kanalsvstem, varmluftsfläkt Tillufts och frånluftskanalerna för inblåsning av varmluft och utsug av frånluft ansluts till en fördelningskanal för tilluft och en fördelningskanal för frånluft via varsin utvändigt isolerad kanal med reglerbart spjäll för tilluft och undertryck och flexibler (kompensatorer) för kompensering av längdförändringar i kanalerna.

Fördelningskanalen för frånluft är ansluten till en varmluftsfläkt för upprätthållande av luftflöde och tryck i kanalsystemet. Varmluftsfläktens varvtal styrs av en frekvensomriktare för att upprätthålla ett önskat flöde av varm luft till tunneln.

Luftflödet mäts av flödesgivare som reglerar varvtalet på boosterfläktar.

Varmluftsgenerator Varmluftsgeneratorn installerad efter varmluftfläkten. Varmluftsgeneratorn innehåller ett antal gasoleldade kanalbrännare. Varmluftsgeneratorn ärförsedd med ett eget styrsystem och högtrycksfläkt förförbränningsluften. Bränsleflöde för förbränningsluften styrs av ett börvärde från styrsystem och temperaturgivare i tilluftsflödet. 20 25 30 Portridåer I vardera änden på avisningsanläggningen finns en s.k. portridå med varsin luftridå som blåser luft mot vagnssidorna för att förhindra att omgivningsluften sugs in i utsugningskanalerna. I änden på portridåerna finns en fjärrstyrd slagport som normalt är stängd då avisning ej utförs. Ovanför portarna installeras en flexibel vägg av elektriskt isolerande material för passage av kontaktledning och strömavtagare på lok och drivvagnar. Med portarna stängda kan uppvärmning och temperaturhållning ske med reducerat flöde och effekt.

Miliöaspekter Rening av ”bleed off' luft Då returluft och inläckande omgivningsluft är relativt fri från damm stoft behövs ingen rening av den luft som måste avledas från gaskanalsystemet.

Rening av smältvatten Smältvatten och kondenserad vattenånga från i tilluftskanalerna injicerat vatten rinner ned i botten på rälsbädden och måste avledas från anläggningen till ett avloppssystem.

Tunnel - Varm luft blåses med höghastighet i längsgående spalter i tunnelväggar och botten mot chassi och boggis på lok och vagnar och sugs genom taket på tunneln tillbaka till varmluftsgenerator för återvärmning i ett slutet luftkanalsystem.

Uppvärmning av luft -Uppvärmning av luften för avisning sker med förbränning av ett brännbart bränsle, gasol, naturgas, biogas, processgas, olja eller liknande i kanalbrännare i kanalsystemet för distribution av varm luft till tunnel för avisning. 20 25 30 injektion av vatten i varmluft för ökning av ökning av avisningskapacitet - Vatten injiceras med munstycken efter kanalbrännare för att öka fukthalten i varmluften för att sedan kondensera mot kalla ytor med eller utan snö och is i syfte att öka avisningskapaciteten.

Avisninq av malmsliq med varm luft Kortfattad funktionsbeskrivning Under transporten från Iastningsterminalen Iossningsterminalen kommer det fuktiga järnmalmskoncentratet, sligen, att frysa närmast malmvagnskorgens insida till ett skal vars tjocklek varierar längs kontaktytan på vagnskorgen beroende på transporttid, malmvagnshastighet och temperaturvariationer längs transportvägen.

Målsättningen med avisningen av sligen är inte att tina allt fruset slig i vagnskorgen utan endast ett tunt skikt, 3-5 mm närmast insidan på vagnskorgen genom att blåsa varm luft på vagnskorgens utsida.

Malmvagnar med frusen slig passerar genom en tunnel i vilken varm luft blåses med hög hastighet från längsgående spalter i tunnelväggarna och mellan rälsen mot botten, sidor och gavlar på vagnskorgarna innehållande frusen malmkoncentrat, Delar av tunnelväggarna är försedda med eldfasta keramiska plattor för att förstärka värmeöverföringen från varm luft med värmestrålning.

Sedan luften passerat vagnarna sugs den genom längsgående spalter i taket på tunneln varefter den avkylda luften recirkuleras genom ett isolerat kanalsystem tillbaka till varmluftsgeneratorn för att återvärmas. lnläckande omgivningsluft luftridåer i tunnelns gavlar avleds från huvudflödet och kyls dels med inblandning av kall omgivningsluft och dels i en värmeväxlare med vatten. Efter passagen genom värmeväxlaren leds avledningsluften till ett filter i tömningshallen för stoftrening.

Delar av kanalsystemet, varmluftsfläkt, varmluftsgenerator, etc är placerat i ett apparatrum på ett bjälklag ovanför avisningstunneln 20 25 30 I varmluftsgeneratorn värms luften genom förbränning av gasol från en gasoltank och en förängare. ln- och utpassagerna i tunnelgavlarna ärförsedda med luftridåer för att minska inläckage av kall omgivningsluft och utläckage av varm avisningsluft under avisning och är försedda med portar för sparande av värmeenergi och möjlighet att förvärma tunneln till önskad temperatur när tunneln inte används för avisning.

Tunneln har en längd är anpassad för att ge möjlighet att avisa delar av ett halvt linjelok. Tunnelns längd medger att en eller flera malmvagnar kan avisas samtidigt antingen genom ”rullande lossning” eller "stopp lossning” beroende pä hur malmvagnarna passerar genom tunneln. Höjden itunneln är anpassas till en lämplig höjd med eller utan elektrisk kontaktledning _ Tunnelns bredd anpassas till malmvagnarna bredd inklusive tillräcklig säkerhetsdistans till tunnelväggar vid eventuell snedlastning av järnkoncentrat och fjäderbrott i vagnsboggis.

Ovanför avisningstunneln pä en övervåning finns ett apparatrum lokaliserat innehållande varmluftsfläkt, varmluftsgenerator och utvändigt värmeisolerade luftkanaler för fördelning av varm luft till och frän tunneln. I marknivän inne i omgivande byggnad finns ett ställverk och operatörsplats installerad i en container. I samma del av byggnaden finns en värmeväxlare för kylning av avledningsluften installerad med anslutande kanaler från anläggningens fränluftskanal och till ett filter för rening av stoft och damm som sugs frän Vagnafna.

Anläggningen installeras i en byggnad Anläggningen styrs och övervakas av ett datorbaserat processtyrsystem.

Efter vagnstömningsanläggningen finns ett laser scannings system installerat med avsikten att scanna de tömda vagnarnas insida för kontrollera att det mesta av järnkoncentratet har lämnat vagnen vid tömningen. Om inte så skett görs en återkoppling till processtyrsystemet för att ändra lufttemperatur, luftflöde och eller tömningshastighet. 20 25 30 10 Säkerhet Då gasol är en tung gas och används som bränsle, måste gasläckage indikeras med gasolläckagegivare placerade i närheten av gasoltank, förångare och inuti apparatrum vid varmluftsgeneratorn. När ett gasolläckage har indikerats, stängs gastillförseln från gasoitanken med en säkerhetsventii, varefter Iarmsignal för gaslarm startar och anläggningen stannas. Innan anläggningen kan startas igen måste gasläckaget lokaliseras och åtgärdas.

För att försäkra att ingen person har passerat in i tunnel i det fall inga malmvagnar är i tunneln och när varmhållningen av tunneln startar aktiveras en ljusridå och varefter varmhållningen startar och dörrarna öppnas.

Miljöaspekter Rening av avledningsluft från stoft Då sligen och damm kan frigöras från över ytan på sligen i vagnen och från vagnschassi och boggi under avisningen sugs avledningsluften efter kylning i värmeväxlaren till stoftfiltret för tömningshallen i ett kanalsystem. För att kyla avledningsluften till tillåten temperatur är ett temperaturstyrt spjäll för kylning av avledningsluften installerat före värmeväxlaren.

Dränering av smältvatten från snö och is på malmvagnar Vatten från smält snö och is på malmvagnarna kommer att droppa till botten av rälsbäddsfundamentet och måste dräneras till ett avloppssystem.

Processtyrn ing Anläggningen styrs och övervakas av ett processtyrsystem med mätningar och indikeringar av luftflöden, lufttemperaturer, varvtalsreglering av varmluftsfläkt, reglering av bränsletillförsel, förbränningsluft och spjäll, övervakning, larmgivning, 20 25 30 11 rapportering och kommunikation med överordnat processtyrsystem. Anläggningen kan styras dels från en lokal manöverpulpet i ställverksrummet och dels från en manöverpulpet i ett överordnat processtyrsystem. Principen för styrning och övervakning visas i fig. 3 Tvärsektion av tunnel med malmvagn visas i fig. 4.

Fig. 5 visar IR plattor av keramiskt material mellan spalter för utbläsning av varm luft med hög hastighet mot malmvagnens utsida. IR plattorna värms av den varma luften på på baksida och framsida och bidrar till värmeöverföringen med värmesträlning.

Tunnel 1 Varm luft bläses med höghastighet i längsgående spalter i tunnelväggar och botten mot vagnskorg med järnkoncentrat, malm eller slig och sugs genom taket pä tunneln tillbaka till varmluftsgenerator för ätervärmning i ett slutet luftkanalsystem. 2 Tunnelväggarna är mellan luftspalter och övriga ytorförsedda med IR plattor av keramiskt material för förstärkning av värmeöverföringen till vagnskorgen pä malmvagnen.

Uppvärmning av luft Uppvärmning av luften för avisning sker med förbränning av ett brännbart bränsle, gasol, naturgas, biogas, processgas, olja eller liknande i kanalbrännare i kanalsystemet för distribution av varm luft till tunnel för avisning.

Claims (1)

1. 20 25 30 12 PATENTKRAV Anordning för avisning av järnvägsvagnar och/eller malmslig i järnvägsvagnar, kännetecknad av att anordningen innefattar en tunnel försedd med ett flertal inblåsningsöppningarför uppvärmd luft att användas för avisning och minst en utsugningsöppning för använd luft, vilken anordning vidare innefattar en varmluftgenerator som med tilluftkanalorgan står kommunikation med inblåsningsöppningarna. Anordning enligt patentkravet 1, kännetecknad av att nämnda minst en utsugningsöppning genom frånluftkanalorgan står i kommunikation med varmluftgeneratorn för återuppvärmning och att ett slutet kanalsystem förbinder nämnda minst en utsugningsöppning, varmluftsgeneratorn och inblåsningsöppningarna med varandra. Anordning enligt patentkravet 1 eller 2, kännetecknad av att inblåsningsöppningarna innefattar längsträckta spalter som förlöper i tunnelns längdriktning, där längdriktning definieras som riktningen från den ena tunnelöppningen till den andra. Anordning enligt något av patentkraven 1-3, kännetecknad av att inblåsningsöppningarna är anordnade i tunnelns sidoväggar och/eller tunnelns botten. Anordning enligt något av patentkraven 1-4, kännetecknad av att varmluftsgeneratorn innefattar en förbränningsanordning anordnad för förbränning av fossilt bränsle, företrädesvis i gasform. Anordning enligt något av patentkraven 1-5, kännetecknad av att anordningen vidare innefattar en vattentillförselanordning anordnad för tillförsel av vatten till varmluftgeneratorn och/eller tilluftkanalorganet, och av att varmluftsgeneratorn är anordnad med en kapacitet att värma luften tillräckligt mycket för att åtminstone en del av det tillförda vattnet ska förångas. Anordning enligt något av patentkraven 1-6, kännetecknad av att åtminstone den ena tunnelöppningen, företrädesvis båda tunnelöppningarna, ärförsedd med en portridå som innefattar luftinblåsningsorgan för bildande av en luftridå vid respektive tunnelöppning. 20 25 8. 9. 10. 11 12 13 14. 15. 13 Anordning enligt något av patentkraven 1- 7, kännetecknad av att den är anordnad att bibringa luften en hastighet genom utblåsningsöppningarna i intervallet 15- 60 m/s, företrädesvis i intervallet 25-30 m/s. Anordning enligt något av patentkraven 1-8, kännetecknad av att den är dimensionerad att bibringa luften en uppvärmningseffekt per ytenhet i intervallet 4-25 kW/mz vid kontakt med järnvägsvagnen, företrädesvis i intervallet 8-10 kvv/m? Anordning enligt något av patentkraven 1-9, kännetecknad av att nämnda minst en utsugningsöppning innefattar ett flertal längsgående spalter anordnade i tunnelns tak. _ Anordning enligt något av patentkraven 1-10, kännetecknad av att tunnelns sidoväggar åtminstone delvis är beklädda med ett keramiskt material. _ Anordning enligt något av patentkraven 1-11, kännetecknad av att åtminstone några av inblåsningsöppningarna är försedda med spjäll för styrning av luftens hastighet och/eller luftens riktning. . Anordning enligt något av patentkraven 1-13, kännetecknad av att tunneln i längdriktningen är sammansatt av ett flertal byggnadsmoduler, där vardera modul har en längd i intervallet 3-10 m, företrädesvis i intervallet 5-6 m. Förfarande för avisning av järnvägsvagnar och/eller malmslig i järnvägsvagnar, kännetecknat av att vardera järnvägsvagn körs in i en tunnel och att varmluft blåses mot järnvägsvagnen. Förfarande enligt patentkravet 14, kännetecknat av att förfarandet utövas med hjälp av en anordning enligt något av patentkraven 1-13.