一种铁路道岔融雪电加元件的制作方法

本实用新型涉及轨道交通的配套装置领域，具体是一种铁路道岔融雪电加元件。

背景技术：

伴随着高速铁路的大量建设及开通运行，对铁路运输的安全平稳及准点运行均提出了更高的要求。道岔作为铁路信号的关键设备，其转换、密贴、锁闭等状态是否到位直接影响到铁路运输安全，但在冬季雨雪气候条件下，积雪和结冰会直接影响道岔的转换及密贴，造成列车进路无法及时到位及锁闭，影响列车的正常运行。为有效解决该类问题的发生，近年来高速铁路及部分普速铁路逐步配备了电加热道岔融雪系统，该系统主要由加热元件、隔离变压器、控制系统、操作终端等主要部分组成，用于在雨雪天气时对道岔进行加热，融化道岔及转换部件的积雪和冻冰，使道岔可以灵活转换、密贴到位、正常锁闭。

加热元件作为电加热道岔融雪系统的执行单元，其通过专用的卡具安装在需加热道岔的基本轨及相应的转换部件上，加热元件电热转换效率的高低、电绝缘性的好坏、使用寿命的长短都将直接影响道岔的加热效果，是道岔融雪系统的核心零部件之一。现有道岔融雪系统用加热元件的发热体主要采用电阻丝(镍铬合金)等金属材质，常用加热条的结构如图1所示，加热元件的组成主要包括金属加热体、氧化镁填充料、金属外管套、接头、引出线、电缆等部分。其存在以下问题：

1、存在功率衰减。以电阻丝等金属材料作为发热体的加热元件存在功率衰减现象，随着加热元件使用时间增加，元件的加热功率会逐渐下降，加热效果将逐步减低。

2、电热转换效率低。金属材料在电能转换为热能过程中伴随着发光，故无法完全将电能转换为热能，相关文献显示，电阻丝的电热转换效率为85％。

3、使用寿命较短。一方面，因金属类发热体发热量不均匀等原因，将在加热元件中形成“热点”，导致加热元件使用寿命缩短；另一方面，金属类发热体在使用过程中无法避免发生氧化现象，氧化后的发热体将出现功率衰减，衰减程度决定了加热元件的使用寿命。

4、绝缘性能不易保证。因道岔安装位置的空间限制，对加热元件外形尺寸(厚度<5.5mm、宽度<13.5mm，长度>5500mm)有严格要求，加热元件生产时在金属发热体和金属不锈钢外套间填充氧化镁粉料进行绝缘，生产过程中若金属发热体和外壳碰触或氧化镁粉料填充不密实，均将直接影响加热元件绝缘性能的优劣。加热元件绝缘不良将影响钢轨上安装的其它设备功能，同时存在人员触电隐患。

5、存在冲击电流。使用金属类发热体的加热元件在启动或关闭时，会产生一个瞬间最大电流，最大时可达到额定电流的2倍以上，直到升至额定工作状态，才会恢复至额定电流。由此导致融雪系统供电所涉及的电力变压器、空气开关等电气元件在选型时负荷均需随之增大，增加了系统设备投资。

技术实现要素：

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本实用新型提供一种铁路道岔融雪电加元件。

技术方案：为解决上述技术问题，本实用新型的一种铁路道岔融雪电加元件，包括金属外护套管和与其连接的金属接头，所述金属外护套管内设置有发热体，所述金属接头内设置有与设置在其外部的导线相连接的引出线，引出线与发热体的端部电连接；在金属外护套管内填充有导热填充料，发热体为碳纤维发热体。

其中，所述发热体外部包覆有绝缘层。

其中，所述绝缘层包括包裹于发热体外壁的内玻璃纤维填充料层，内玻璃纤维填充层由玻璃纤维制成，用于固定碳纤维加热体、隔离碳纤维加热体和云母填充层；

其中，所述内玻璃纤维填充料层外壁包裹有云母填充料层，云母填充层为云母材质，用于提高电加热元件的绝缘性。

其中，所述云母填充料层的外壁包裹有外玻璃纤维填充料层，外玻璃纤维填充层为玻璃纤维材质，用于固定云母填充料层、隔离云母填充层和导热填充层。

其中，所述导热填充料为氧化铝、氧化镁、氧化锌、氮化铝、氮化硼、碳化硅中的一种。

有益效果：本实用新型具有以下有益效果：

1、热转换率高。一方面，因电加热元件所选用的加热材料碳纤维为黑色材料，故在电热转换过程中不存在发光现象，具相关文献显示，热转换效率接近98％，所消耗的电能可完全转换为热能，试验表明相比于现有电加热元件可节能10％-15％，效率明显优于现有技术。另一方面，电加热元件安装在尖轨和基本轨之间，使道岔机构的加热效果更为直接。

2、无功率衰耗。因电加热元件所选用的碳纤维加热体是无机物非金属材料，含碳率达99％，在使用过程中无氧化，在使用生命寿命中功率衰减只有1.7％，是现有已知发热材料中最高的，远高于金属加热材料

3、使用寿命长。一方面，碳纤维加热体为非金属材料，在使用过程中不会发生氧化现象，使用寿命较长。另一方面，碳纤维加热体发热均匀，使电加热元件中不存在热点，延长了元件使用寿命，有效减少设备维修和更换的工作量，降低对铁路生产运输的影响。

4、绝缘性能好。本专利所设计绝缘外层可有效解决碳纤维丝的绝缘问题，使电加热元件的绝缘性极强，其绝缘性远大于规定值，试验数据表明泄露电流指标小于金属发热体加热元件一倍以上。

5、无冲击电流。因碳纤维发热体的非金属特性，在启动和关闭时无冲击载荷，启动后加热元件功率逐渐缓慢上升，最终到达额定状态，对电网无冲击。

6、结构满足安装要求。碳纤维加热元件结构紧凑，既可满足对电加热元件的绝缘、耐压、漏电流的参数要求，又可满足在道岔尖轨和基本轨间安装的外形尺寸(厚度<5.5mm、宽度<13.5mm)要求。

附图说明

图1为本实用新型的剖视结构示意图；

图2为图1的a-a向视图。

图中：1-金属外护套管；2-外玻璃纤维填充料层；3-导热填充料；4-云母填充料层；5-内玻璃纤维填充料层；6-发热体；7-引出线；8-导线；9-金属接头；10-连接接头。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作更进一步的说明。

如图1所示，本实用新型的一种铁路道岔融雪电加元件，包括金属外护套管1和与其连接的金属接头9，所述金属外护套管1内设置有u型的发热体6，所述金属接头9内设置有与设置在其外部的导线8相连接的引出线7，引出线7与发热体6的端部电连接；在金属外护套管1内填充有导热填充料3，发热体6为碳纤维发热体。所述导热填充料3为氧化铝、氧化镁、氧化锌、氮化铝、氮化硼、碳化硅中的一种。

如图2所示，所述发热体6外部包覆有绝缘层，所述绝缘层包括包裹于发热体6外壁的内玻璃纤维填充料层5，所述内玻璃纤维填充料层5外壁包裹有云母填充料层4，所述云母填充料层4的外壁包裹有外玻璃纤维填充料层2。

其中，通过金属外护套管1的金属外壳实现整个电加热元件的高防护等级、高耐磨性、长寿命特性；通过外玻璃纤维填充料层2、导热填充料3、云母填充料层4、内玻璃纤维填充料层5的四种填充料组合实现电加热元件的高绝缘耐压、高耐热、低泄露电流、高热传导特性；通过碳纤维发热体的“布朗运动”特性作为元件的发热体；通过连接接头10实现电缆引出线7碳纤维发热体的连接，导线8与外部电源连接。

依据所安装道岔不同位置要求，本实用新型的电加热元件的长度可从300mm-5500mm内任意选取，电加热元件的外形可为直型、l型、u型等形状，依据不同长度和外形不同，电加热元件的功率从200w至3500w。

向电加热元件的导线8供ac220v交流电后，电加热元件内的碳纤维发热体中的碳分子团发生“布朗运动”，碳分子之间发生剧烈的摩擦和撞击，产生的热能以远红外辐射和对流的形式向外散发，使电加热元件的金属外护套管1温升，最终达到对钢轨进行加热的效果，在正常室温条件下，电加热元件的金属外护套管1温度最高可达300℃，可使被加热处钢轨温度升高50℃。

碳纤维材质的发热体6，是由碳纤维长丝编织而成，所以发热体的形状可以是多种的，可编织为圆柱形、椭圆形截面，甚至矩形截面，但圆形等回转图形较好进行缠绕及加工，所以优先选择圆形或椭圆形作为发热体的截面形状。

发热体6在金属外护套管1内可以为直线形、圆环形等延伸方式，为了更进一步增加加热温度，还可同时并联多组碳纤维加热体同时进行加热。

本实用新型的电加热元件可使用专用的金属弹性卡具安装在钢轨、道岔外锁闭、密贴检查器、转辙机动作杆等道岔转换相关的部件处，对所安装位置处进行加热，以此融化积雪和冻冰，保证道岔可灵活转换到位。