[发明专利]一种钢轨本体加热装置、方法及热效率验证方法

说明书

一种钢轨本体加热装置、方法及热效率验证方法，属于钢轨加热技术领域，包括发电机、直流开关电源、铜导线、保温层，所述发电机与直流开关电源相连，所述直流开关电源与铜导线相连，所述铜导线外部套设有绝缘保温层，所述铜导线置于钢轨底部覆盖钢轨长度并与钢轨保持电气绝缘贴合在钢轨两端利用夹具和钢轨电气连接，所述钢轨及与钢轨底部贴合的铜导线外部全包裹有保温层，选用直流电作为电源。本发明通过将铜导线包裹在保温层内与钢轨贴合，对铜导线和直流开关电源合理选择，提高了钢轨加热效率。

技术领域

本发明属于钢轨加热技术领域，尤其涉及一种钢轨本体加热装置、方法及热效率验证方法。

背景技术

温度的变化会导致钢轨内部产生温度应力，温度应力过大，钢轨容易产生胀轨裂轨，进而影响轨道的使用寿命以及行车安全，因此工务人员在换轨作业前需要对钢轨进行加热，一般使钢轨温度保持在年平均气温左右。

已公开专利(CN114606815A)一种钢轨加热方法及系统，公开了一种给钢轨加热的方法，其工作原理是采用低电压大电流的本体加热法。本体加热法具有对钢轨加热无损伤、加热均匀分布、安全便捷的优点。但由于其方法是基于低电压大电流法，那么势必连接钢轨和变压器之间的铜导线也会通过大电流，进而发热造成大量的功率损耗。其次其选用交流电作为电源也势必会在感抗部分消耗功率，如何将这些能量利用起来提高加热效率是一个值得研究的问题。

发明内容

鉴于现有技术的上述缺点、不足，本发明提供种钢轨本体加热装置、方法及热效率验证方法，通过将铜导线包裹在保温层内与钢轨贴合，对铜导线和直流开关电源合理选择，提高了钢轨加热效率。

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

一种钢轨本体加热装置，包括发电机、直流开关电源、铜导线、保温层，所述发电机与直流开关电源相连，所述直流开关电源与铜导线相连，所述铜导线外部套设有绝缘保温层，所述铜导线置于钢轨底部覆盖钢轨长度并与钢轨贴合，所述钢轨及与钢轨底部贴合的铜导线外部全包裹有保温层，选用直流电作为电源。

进一步地，所述轨道的底部于保温层内留有用于安装铜导线的安装通道。

进一步地，所述铜导线从钢轨中部进入钢轨底部，并从钢轨底部的中部向两端延伸布置。

进一步地，所述保温层包括与钢轨外部贴合的上部保温层、下部保温层，所述上部保温层、下部保温层将钢轨完全包裹，所述保温层为硅酸铝保温棉保温层。

进一步地，所述铜导线按公式(9)确定铜导线最大横截面积S_最大：

式中：I₁为使铜导线升温到保温材料的耐温所需的电流，T为铜的加热时间，ρ表示电阻的电阻率，L表示铜导线的长度，C_铜为铜导线的比热容，ρ₁为铜导线的密度，t₀为铜导线初始温度；t₁为铜导线目标温度；

根据公式(13)确定铜导线最小横截面积S_最小：

式中：S_最小为铜导线的最小横截面积，ρ_铜为铜的电导率，L_铜为铜导线长度，C_钢为钢轨的比热容，M_钢为每米钢轨的重量，l_钢为钢轨长度，t_钢0为钢轨初始温度，t_钢1为钢轨目标温度；选择铜导线的横截面积S_实际在S_最大和S_最小区间之内。

进一步地，所述直流开关电源按如下方法选择：

根据铜导线电阻计算公式：