EP3927888B1 - Dispositif mobile de chauffage d'un rail de voie ferrée par lampes électriques à rayonnement infrarouge - Google Patents

Dispositif mobile de chauffage d'un rail de voie ferrée par lampes électriques à rayonnement infrarouge Download PDF

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EP3927888B1
EP3927888B1 EP20701656.9A EP20701656A EP3927888B1 EP 3927888 B1 EP3927888 B1 EP 3927888B1 EP 20701656 A EP20701656 A EP 20701656A EP 3927888 B1 EP3927888 B1 EP 3927888B1
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EP
European Patent Office
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heating
rail
heating zone
radiation
zone
Prior art date
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EP20701656.9A
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EP3927888A1 (fr
EP3927888C0 (fr
Inventor
Marc-Antoine SAVOYAT
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Matisa Materiel Industriel SA
Original Assignee
Matisa Materiel Industriel SA
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Publication date
Application filed by Matisa Materiel Industriel SA filed Critical Matisa Materiel Industriel SA
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01B—PERMANENT WAY; PERMANENT-WAY TOOLS; MACHINES FOR MAKING RAILWAYS OF ALL KINDS
    • E01B29/00—Laying, rebuilding, or taking-up tracks; Tools or machines therefor
    • E01B29/16—Transporting, laying, removing, or replacing rails; Moving rails placed on sleepers in the track
    • E01B29/17—Lengths of rails assembled into strings, e.g. welded together
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01B—PERMANENT WAY; PERMANENT-WAY TOOLS; MACHINES FOR MAKING RAILWAYS OF ALL KINDS
    • E01B31/00—Working rails, sleepers, baseplates, or the like, in or on the line; Machines, tools, or auxiliary devices specially designed therefor
    • E01B31/02—Working rail or other metal track components on the spot
    • E01B31/18—Reconditioning or repairing worn or damaged parts on the spot, e.g. applying inlays, building-up rails by welding; Heating or cooling of parts on the spot, e.g. for reducing joint gaps, for hardening rails
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/40—Heating elements having the shape of rods or tubes
    • H05B3/42—Heating elements having the shape of rods or tubes non-flexible
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B2203/00—Aspects relating to Ohmic resistive heating covered by group H05B3/00
    • H05B2203/032—Heaters specially adapted for heating by radiation heating

Definitions

  • the invention relates to the heating of a rail of a railway track, with a view to its neutralization or its pre-neutralization, before its attachment to a railway sleeper. It relates both to a mobile heating device moving along the track and to a laying method including heating of the rail.
  • the rails of the railway tracks are subject to significant temperature variations depending on the seasons and weather conditions.
  • the rails tend to lengthen and expand under the effect of a rise in temperature, and, conversely, to contract under the effect of a drop in temperature.
  • a continuous rail heating solution used to date uses induction technology. This method makes it possible to obtain sufficiently precise heating to guarantee the laying of the rails within the required tolerance of the “neutral” temperature. We can then speak of fine direct thermal neutralization. But the equipment necessary for the intervention is relatively complex, since it requires a power generator, as well as cooling of the power circuits, the generator and the inductors.
  • a thermal "pre-neutralization” procedure which consists in bringing the rail, before its attachment to the sleepers, to a temperature sufficiently close to the "neutral” temperature of the place. , without guaranteeing that the “neutral” temperature will be reached.
  • the advantage of such a “pre-neutralization” is to immediately allow movement at a speed of the order of 80 km/h instead of 50 km/h, pending the final mechanical neutralization operations described previously.
  • One method for carrying out this thermal pre-neutralization consists of spraying the rails with hot water, a simple solution, but nevertheless presenting operating disadvantages, particularly in terms of efficiency and the routing and evacuation of water, which reduce its interest.
  • a work train comprising at least one heating device comprising at least one heating zone, one or more gas burners, and one or more radiant bodies interposed between the gas burner(s) and the heating zone, the radiant bodies being perforated by orifices opening into the heating zone, the work train comprising on the one hand traction means for moving the work train in a direction of laying, so that at each instant a portion of the rail , not fixed to a crosspiece, crosses the heating zone; and on the other hand means for supplying the gas burner(s) in such a way that no flame emerges from the orifices in the heating zone and that at least 75%, and preferably at least 80%, and preferably at least 85% of the heat supplied to the portion of the rail is transmitted by radiation from the radiating body or bodies.
  • the radiation essentially in the infrared spectrum, ensures excellent heating efficiency, with low heat loss.
  • the radiation is not influenced by wind or other climatic parameters.
  • the invention aims to remedy the drawbacks of the state of the art and to propose a heating mode which is powerful, precise in terms of the quantity of heat transmitted, and responsive in the transient periods, change in laying speed or ambient temperature change.
  • a mobile device for heating a rail of a railway track comprising: at least one heating module comprising at least one heating zone and at least one source radiant heat directed towards the heating zone; and a vehicle for transporting the heating module, capable of traveling along a railway track in a direction of laying, so that at each instant a portion of a rail of the railway track, not fixed to a sleeper of the railway, crosses the heating zone in a direction of progression.
  • the heating module comprises at least one heating unit, the heating unit comprising a plurality of electric infrared radiation lamps distributed around the periphery of the heating zone and oriented towards the heating zone, each of the electric infrared radiation lamps comprising at least one radiation source capable of emitting infrared radiation having a maximum spectral density power for a wavelength of less than 2 ⁇ m, preferably less than 1.4 ⁇ m, very preferably less than 1.2 ⁇ m, and at least one primary reflector oriented to reflect the infrared radiation emitted by the radiation source towards the heating zone, the radiation source being disposed between the primary reflector and the heating zone, directly facing the heating zone, the heating unit further comprising a secondary reflector having a concave reflective surface surrounding the heating zone and capable of returning reflected rays passing between the infrared radiation electric lamps to the heating zone.
  • a steel railway rail exhibits an absorbance which increases with decreasing wavelength, at least for wavelengths greater than 0.5 ⁇ m.
  • each infrared lamp is intended primarily to direct the radiation emitted by the lamp to the rail, but it also has the function of a secondary reflector to redirect to the rail the radiation that the rail has previously reflected.
  • the common secondary reflector completes the action of the primary reflectors to redirect the radiation which has not been absorbed towards the rail. This arrangement makes it possible to obtain a very good efficiency with lamps which are not contiguous.
  • Electric lamps with near infrared radiation have an extremely fast response time compared to the speed of advance of railway laying work, which makes it possible to envisage not only pre-neutralization operations, but also fine neutralization operations.
  • At least some of the lamps are distributed at distances from each other at the periphery of the heating zone. According to one embodiment, at least some of the infrared radiation electric lamps are joined two by two
  • the secondary reflector should preferably surround the rail positioned at the center of the heating zone as much as possible.
  • the reflective surface of the secondary reflector to have, in section by a plane perpendicular to the direction of progression, a section in the form of an arc of a circle with an angle greater than 180°, preferably greater than 240° or a circular section.
  • the reflective surface of the secondary reflector has, in section by a plane perpendicular to the direction of progression, a radius of curvature of less than 160 mm, preferably less than 120 mm, and greater than 70 mm, preferably greater than 100 mm .
  • the reflective surface of the secondary reflector should preferably have a high reflectance in the spectral range considered. In practice, it is preferable to choose a reflective surface having a reflectance greater than 80% in the spectral range between 0.5 and 2 ⁇ m, this which can be obtained at a reasonable cost in particular with a polished aluminum surface, or if necessary with a silver or gold surface.
  • the reflectance of the primary reflectors is very high, preferably greater than 90% in the spectral range between 0.5 and 2 ⁇ m.
  • the primary reflector of each of the infrared radiation electric lamps is made of silver or gold.
  • the primary reflector of each of the infrared radiation electric lamps is, in section along a section plane perpendicular to the direction of progression, parabolic, or arcuate. ellipse or circle.
  • the radiation source is preferably located at the level of a focal point of the parabola or of the ellipse or of the center of the arc of a circle.
  • Halogen incandescent lamps emitting in the near infrared may in particular be chosen as the source of radiation.
  • the number of electric lamps with infrared radiation is greater than 2, and preferably greater than 4.
  • the secondary reflector surrounds the infrared radiation electric lamps.
  • the secondary reflector can then be constituted by a single piece without cutouts.
  • the secondary reflector may extend between the infrared radiation electric lamps. In this case, it is necessary to provide cutouts or stampings in the secondary deflector to accommodate the electric lamps with infrared radiation.
  • the transport vehicle of the heating module comprises means for lifting the portion of the rail located in the heating zone with respect to the railway track, and means for positioning the portion of the rail after supply of heat to a sleeper of the railway track and to fix the portion of the rail to the sleeper.
  • the transport vehicle of the heating module comprises means for lifting the portion of the rail located in the heating zone relative to the track, and means for positioning the portion of the rail after supplying heat to the front crosspiece to fix the portion of the rail on the sleeper.
  • raising the portion of the rail in the heating zone makes it possible to surround the rail better by heating it not only from above, but also from the sides, and if necessary from below, to standardize the heat input around the rail portion and minimize losses.
  • the fact that the heating zone is remote from the track, and in particular from the sleepers, makes it possible to implement, where appropriate, a high heating power, without risk to the track.
  • the heating module comprises at least two heating units aligned along the direction of progression to define the heating zone.
  • the heating module is provided with guide means for guiding the portion of the rail in the heating zone of the guided heating module, the guide means preferably comprising rollers rolling on the portion of the rail.
  • the heating power will have to be modulated according to the external conditions to obtain a desired setpoint temperature for the rail.
  • the plurality of electric infrared radiation lamps comprises at least two electric infrared radiation lamps, preferably at least four electric infrared radiation lamps, and particularly preferably more.
  • the number of electric lamps with infrared radiation activated can be modulated according to one or more control parameters.
  • the movement of the transport vehicle of the heating module in the laying direction is carried out without stopping.
  • the invention can be implemented in particular for the first laying of a new track, or for renewal or renovation. In particular, and according to a preferred aspect of the invention.
  • FIG. 1 On the figure 1 is illustrated an overall view of a renewal site of a railway line 2 in which one proceeds, by means of a work train 4 (partially shown), to the removal of old rails 6 (front sector ) and old sleepers 8 and their replacement with new sleepers 10 and new rails 12, all continuously as the train advances in the laying direction 100.
  • the work train 4 comprises wagons 16 resting on bogies 18, 20 running on the old rails 6 in the front part of the work train 4 and on the new rails 12 in the rear part of the work train 4.
  • a middle part of the work train 4 rests on caterpillars 22 which, in the absence of rails on track 2 in this part of the site, run directly on the old sleepers 8 before they are removed.
  • pre-neutralization or "neutralization”.
  • the new or renovated section of rail to be laid 12 is brought to a set temperature in a conditioning zone 28 located in front of and close to its fixing zone 30 on one or more sleepers 10.
  • this adjustment includes heating of the rail, the conditioning zone 28 then being a heating zone .
  • the heating device 32 comprises at least one heating module 34 carried by one of the wagons 16 of the work train 4.
  • Each heating module is composed of at least one, and preferably, as illustrated in the picture 3 , of at least two heating units 36, delimiting an elongated heating zone 28 located at a distance from the track and oriented along a direction of progression 200, preferably parallel to the laying direction 100 of the work train 4.
  • the zone heater 28 is open at a front end 38 and at a rear end 40 so as to allow a portion of the rail 12 to enter through one end 38 and exit through the other 40.
  • the two heating units 36 are arranged one behind the other along the heating zone, and each at least partially surrounds the heating zone 28.
  • Each heating unit 36 comprises several infrared radiation electric lamps 42 distributed around the periphery of the heating zone 28 and oriented towards the heating zone 28.
  • Each of the electric lamps 42 comprises a tube 44 oriented parallel to the direction of progression 200 and containing at least one filament 46.
  • the filament 46 constitutes a radiation source capable of emitting near infrared radiation, having a maximum power spectral density for a wavelength less than 2 ⁇ m, preferably less than 1.4 ⁇ m, very preferably less than 1.2 ⁇ m.
  • An inner concave face of the tube is lined with a high reflectivity material constituting a primary reflector 48, oriented to reflect the radiation emitted by the radiation source 46 towards the heating zone 28, the filament or filaments 46 being placed between the reflector primary reflector 48 and the heating zone 28, directly opposite the heating zone 28.
  • the primary reflector can have, in section by a plane perpendicular to the direction of progression, a constant radius of curvature. However, according to different embodiments, use will be made of a reflector having a parabolic, elliptical or multi-focus profile in section by a plane perpendicular to the direction of progression 200.
  • the filament 46 then preferably passes through the focus of the parabola or of the ellipsis.
  • the infrared radiation electric lamps 42 are contiguous or arranged at a distance from each other, and each extend parallel to the direction of progression 200.
  • Each heating unit 36 further comprises a secondary reflector 50 having a concave cylindrical reflecting surface in polished aluminum, which surrounds the heating zone 28 and the electric infrared radiation lamps 42.
  • the secondary reflector 50 can be a complete cylinder completely surrounding the heating zone 28. Alternatively, if it is desired to retain access to the rail for its guide, it may be a portion of cylinder covering, in a plane of section perpendicular to the direction of progression 200, an angle ⁇ greater than 180°, and preferably greater than 240°.
  • the radius of curvature of the secondary reflector 50 in a section plane perpendicular to the direction of progression, and preferably between 70mm and 160mm.
  • the length of the infrared radiation electric lamps 42 and the secondary reflector 50, measured parallel to the direction of progression 200, is preferably greater than 80cm.
  • Guide means 52 are provided at the inlet 38 and at the outlet 40 of the heating zone 28 of the heating device to ensure the guiding of the rail 12 in the heating zone 28.
  • the portion of the rail 12 passing through the heating zone 28 is raised, that is to say located vertically at a distance above its final position at the end of the laying process.
  • the heating module 34 can itself be provided with one or more actuators 54 or with a passive positioning mechanism to ensure its correct positioning relative to the rail 12, and to compensate for variations in the positioning of the transport vehicle 16 of the units heating 36 relative to the desired trajectory of the track.
  • the guide means 52 include rollers rolling on the rail 12 and supporting the heating module 34 if necessary.
  • Temperature sensors 56 are positioned at the inlet 38 of the heating zone 28, inside the heating zone 28 and at the outlet 40 of the heating zone 28, and if necessary directly near the fixing zone 30. These temperature sensors 56 are connected to a control unit 58 illustrated in the figure 5 , which receives signals from other sensors 60 such as, for example: a speed sensor of the transport vehicle 16 heating units 36, a speed sensor of the rail to be fixed, an ambient temperature sensor, a pressure sensor atmospheric, and/or an ambient humidity sensor.
  • sensors 60 such as, for example: a speed sensor of the transport vehicle 16 heating units 36, a speed sensor of the rail to be fixed, an ambient temperature sensor, a pressure sensor atmospheric, and/or an ambient humidity sensor.
  • the control unit 58 is thus able to measure, estimate or calculate one or more of the following parameters: a temperature of the portion of the rail to be fixed before heating, a temperature of the portion of the rail to be fixed after heating, a temperature of the portion of the rail to be fixed during heating, an external ambient temperature, a speed of movement of the transport vehicle of the heating units 16, a speed of movement of the rail relative to the heating device, a quantity of heat transmitted to the portion of the rail by the heating device.
  • control unit 58 contains in memory a setpoint temperature which may have been entered or programmed, and is representative of the "pre-neutralization” or “neutralization” temperature. sought in the fixing zone 30, which allows, if necessary, a determination of a difference between the setpoint temperature and a measured temperature of the portion of the rail to be fixed before heating, of a difference between the setpoint temperature and a measured temperature of the portion of the rail to be fixed after heating, or of a difference between the setpoint temperature and a measured temperature of the portion of the rail to be fixed during heating.
  • control unit 58 is connected to a power source (source of alternating or direct current or voltage) 62 associated with a modulation device 64 to modulate the electric power supply of the infrared radiation electric lamps 42.
  • each electric lamp with infrared radiation 42 relatively continuously in electric power, over a range around a nominal value, for example between 10% and 100% of the maximum value, by varying the amplitude and/or the frequency of the current and/or of the supply voltage at the level of the modulation device 58. Outside this modulation range, greater variations can be obtained by carrying out the complete extinction of certain lamps 42 , or even a complete heating unit 36 .
  • the rail to be fixed 12 moves, with respect to the heating device 28, in the opposite direction, and is guided so that at all times a raised portion of the rail to be fixed 12 crosses the heating zone 28. If necessary, the positioning of the heating module 34 is adjusted thanks to the actuators 54 or to the positioning mechanism. It is ensured that the infrared radiation electric lamps 42 are close to the portion of the rail to be fixed 12, preferably at a distance less than 20cm, preferably less than 10cm, but without contact.
  • the control unit 54 determines by a calculation algorithm, depending on all or part of the parameters discussed previously, the number of electric lamps with infrared radiation 42 and/or the electric power necessary for heating the rail to be fixed 12.
  • the infrared radiation in the near infrared By concentrating the infrared radiation in the near infrared to be in a field of strong absorption of the radiation by the rail, and by arranging the secondary reflector so as to reflect towards the heating zone at least 50% of the unabsorbed radiation, one considerably increases the performance of the device.
  • the infrared radiation lamps By arranging the infrared radiation lamps at a short distance from the central axis of the heating zone, and around the heating zone, the transfer of heat by convection is limited.
  • the movement of the transport vehicle of the heating units in the laying direction is carried out without stopping, at a speed in practice greater than 30 mm/s, preferably greater than 100 mm/s.
  • Each of the electric lamps may comprise more than one filament. It is possible in particular to use so-called twin infrared radiation electric lamps, comprising two adjoining tubes and a common primary reflector, as illustrated in the figure 6 .
  • the secondary reflector may be located at the same distance from the central axis of the heating zone as the lamps and extend between the lamps so as to constitute with the primary deflectors a quasi-continuous reflecting surface, from which the radiation cannot escape.
  • a secondary reflector 50 can be provided, the wall of which is provided with cutouts 150 to embed the infrared radiation electric lamps 42, as illustrated in the figure. figure 7 .
  • a secondary deflector 50 whose wall is provided with housings 250 formed for example by stamping, to house the electric lamps with infrared radiation 42, as illustrated in the figure 8 .
  • the number of electric infrared radiation lamps 42 and their positioning in each heating unit 36 can vary. It is possible in particular to take advantage of the lifting of the portion of the rail 12 passing through the heating zone 28 to direct at least part of the thermal radiation so as to reach the lower face of the rail, as illustrated in the figures. figures 7 and 8 . In this regard, provisions. It is also advantageous to have several heating units 36 arranged in a row in the longitudinal direction of advancement of the vehicle, as illustrated in the picture 3 , or even several heating modules 34 as illustrated in the figure 2 , to allow gradual heating in several stages or to achieve greater heating power.
  • the heating modules 34 located in a row can be directly adjacent or separated by an isothermal insulation section. They can also be separated by a stretch in the open air.
  • the transport vehicle for the heating module may consist of a wagon 16 of the work train 4. It may also be an autonomous vehicle on wheels or on tracks moving along the track.
  • only some of the electric lamps with infrared radiation 42 can be equipped with a modulation device 64.
  • the modulation devices 64 are not proportional, but operate in all or nothing, to turn off or turn on the electric lamps with infrared radiation 42 in number corresponding to the needs. It is also possible to envisage a pulsed mode of operation, in which some of the infrared radiation electric lamps 42 are switched on intermittently. It is also possible to envisage articulating the heating units 36 so as to be able to move them quickly away from the heating zone 28 when it is desired to reduce the quantity of heat transmitted to the rail to be laid 12.
  • the direction of progression 200 of the rail 12 in the heating zone 28 can be slightly inclined relative to the direction of laying 100, while remaining generally parallel to a longitudinal vertical plane.
  • the heating operation of the rail to be fixed 12 can take place while the rail to be fixed 12 is already placed on the sleepers.
  • the method of heating the rails which was described previously for a renovation of the railway track with replacement of the rails, also applies to a renovation of the track with the replacement of the old rails, or for a first laying.

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Description

    DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION
  • L'invention se rapporte au chauffage d'un rail d'une voie de chemin de fer, en vue de sa neutralisation ou de sa préneutralisation, avant sa fixation à une traverse de chemin de fer. Elle se rapporte à la fois à un dispositif mobile de chauffage se déplaçant le long de la voie et à un procédé de pose incluant un chauffage du rail.
    • ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE
  • Les rails des voies ferroviaires sont soumis à d'importantes variations de température selon les saisons et les conditions météorologiques. Les rails tendent à s'allonger et à se dilater sous l'effet d'une hausse de température, et, à l'inverse, à se contracter sous l'effet d'une chute de température.
  • Autrefois, on prévoyait des joints de dilatation entre rails successifs d'une file de rails de chemin de fer. De nos jours, les rails sont soudés bout à bout sur de très grandes longueurs et fixés ainsi sur les traverses de voie. Sous l'effet d'une température ambiante supérieure à la moyenne annuelle, les rails, ne pouvant se dilater, subissent une force de compression alors que les traverses subissent des efforts tendant à les écarter les unes des autres. À l'inverse, sous l'effet d'une température ambiante inférieure à la moyenne annuelle, les rails, ne pouvant se contracter, subissent une force de traction, alors que les traverses subissent des efforts tendant à les rapprocher les unes des autres.
  • Lorsque l'on ne maîtrise pas la température du rail lors de la pose, il est nécessaire de procéder à des opérations dites de « neutralisation » mécanique après la pose, et de limiter la vitesse de circulation tant que ces opérations ne sont pas finalisées. La neutralisation mécanique consiste à couper une tranche du rail dont l'épaisseur est fonction d'une différence constatée entre la température au moment de l'intervention et la température « neutre » du lieu, à déboulonner le rail et à le tendre à l'aide d'un tire-rail pour combler l'espace laissé par la tranche découpée, avant de reboulonner et le cas échéant de ressouder le rail. Tant que cette opération de neutralisation n'est pas intervenue, la vitesse de circulation sur la voie doit être limitée, le plus souvent à 50 km/h. On comprend qu'une telle organisation des travaux provoque des perturbations importantes du trafic, tant durant l'intervention de neutralisation que durant la phase précédente, entre la pose du rail et la neutralisation.
  • Une fixation directe des rails chauffés en continu à une valeur proche ou égale à la température « neutre » permet d'atteindre les meilleurs résultats en termes de minimisation des perturbations de trafic. On appelle une telle opération une neutralisation thermique.
  • Une solution de chauffe continue des rails exploitée à ce jour fait appel à la technologie de l'induction. Cette méthode permet d'obtenir des chauffes suffisamment précises pour garantir la pose des rails dans la tolérance exigée de la température « neutre ». On peut alors parler de neutralisation thermique directe fine. Mais le matériel nécessaire à l'intervention est relativement complexe, puisqu'il nécessite un générateur de puissance, ainsi qu'un refroidissement des circuits de puissance, du générateur et des inducteurs.
  • Pour les chantiers nécessitant une stabilisation ultérieure du ballast, il a été proposé une procédure de « pré-neutralisation » thermique, qui consiste à amener le rail, avant sa fixation aux traverses, à une température suffisamment proche de la température « neutre » du lieu, sans pour autant garantir l'atteinte de la température « neutre ». L'intérêt d'une telle « pré-neutralisation » est de permettre immédiatement une circulation à une vitesse de l'ordre de 80 km/h au lieu de 50 km/h, en attendant les opérations de neutralisation finale mécanique décrites précédemment. Une méthode pour effectuer cette préneutralisation thermique consiste à arroser les rails avec de l'eau chaude, solution simple, mais présentant néanmoins des inconvénients d'exploitation, notamment en termes de rendement et d'acheminement et d'évacuation de l'eau, qui réduisent son intérêt.
  • Par ailleurs, il a été proposé dans le document US6308635 de procéder à un chauffage du rail déjà posé au sol à l'aide d'un module de chauffage radiant électrique comportant des éléments chauffants électriques au carbure de silicium, chacun associé à un réflecteur parabolique dédié. Les performances d'un tel dispositif ne sont toutefois pas documentées.
  • Enfin, il a été proposé dans le document WO 2018/215356 , un train de travaux comportant au moins un dispositif de chauffage comportant au moins une zone de chauffage, un ou plusieurs brûleurs à gaz, et un ou plusieurs corps radiants interposés entre le ou les brûleurs à gaz et la zone de chauffage, le ou les corps radiants étant perforés par des orifices débouchant dans la zone de chauffage, le train de travaux comportant d'une part des moyens de traction pour déplacer le train de travaux dans une direction de pose, de manière qu'à chaque instant une portion du rail, non fixée à une traverse, traverse la zone de chauffage ; et d'autre part des moyens d'alimentation du ou des brûleurs à gaz de telle sorte qu'aucune flamme n'émerge des orifices dans la zone de chauffage et qu'au moins 75%, et de préférence au moins 80%, et de préférence au moins 85% de la chaleur apportée à la portion du rail soit transmise par radiation du ou des corps radiants. Le rayonnement, essentiellement dans le spectre infrarouge, assure un excellent rendement de chauffage, avec une faible déperdition. Le rayonnement n'est pas influencé par le vent ou d'autres paramètres climatiques.
    • EXPOSE DE L'INVENTION
  • L'invention vise à remédier aux inconvénients de l'état de la technique et à proposer un mode de chauffage qui soit puissant, précis en termes de quantité de chaleur transmise, et réactif dans les périodes transitoires, de changement de vitesse de pose ou de changement de température ambiante.
  • Pour ce faire est proposé, selon un premier aspect de l'invention, un dispositif mobile de chauffage d'un rail d'une voie ferrée, comportant : au moins un module de chauffage comportant au moins une zone de chauffage et au moins une source de chaleur rayonnante orientée vers la zone de chauffage ; et un véhicule de transport du module de chauffage, apte à circuler le long d'une voie ferrée suivant une direction de pose, de manière qu'à chaque instant une portion d'un rail de la voie ferrée, non fixée à une traverse de la voie ferrée, traverse la zone de chauffage suivant une direction de progression. De façon caractéristique, le module de chauffage comporte au moins une unité de chauffage, l'unité de chauffage comportant une pluralité de lampes électriques à rayonnement infrarouge réparties à la périphérie de la zone de chauffage et orientées vers la zone de chauffage, chacune des lampes électriques à rayonnement infrarouge comportant au moins une source de rayonnement apte à émettre un rayonnement infrarouge ayant un maximum de densité spectrale de puissance pour une longueur d'onde inférieure à 2µm, de préférence inférieure à 1,4µm, de façon très préférentielle inférieure à 1,2µm, et au moins un réflecteur primaire orienté pour réfléchir le rayonnement infrarouge émis par la source de rayonnement vers la zone de chauffage, la source de rayonnement étant disposée entre le réflecteur primaire et la zone de chauffage, directement en regard de la zone de chauffage, l'unité de chauffage comportant en outre un réflecteur secondaire présentant une surface réfléchissante concave entourant la zone de chauffage et apte à renvoyer vers la zone de chauffage des rayons réfléchis passant entre les lampes électriques à rayonnement infrarouge.
  • Un rail de chemin de fer en acier présente une absorbance qui augmente lorsque la longueur d'onde diminue, au moins pour les longueurs d'onde supérieures à 0,5 µm. En sélectionnant des lampes à infrarouge dont le pic de rayonnement se situe dans l'infrarouge proche (notamment IR A ou NIR), on obtient une meilleure absorption que pour des lampes qui émettent dans l'infrarouge moyen ou lointain.
  • La présence de réflecteurs primaires individualisés et d'un réflecteur secondaire commun permet d'augmenter considérablement le rendement, en renvoyant vers le rail le rayonnement que celui-ci réfléchit.
  • En effet, une partie du rayonnement incident sur le rail, est réfléchie par celui-ci. Ceci est particulièrement vrai pour le dessus du rail qui est brillant, et pour lequel le taux de réflexion peut atteindre 65%. Le réflecteur primaire intégré à chaque lampe à infrarouge est destiné en premier lieu à diriger le rayonnement émis par la lampe vers le rail, mais il a également une fonction de réflecteur secondaire pour rediriger vers le rail le rayonnement que le rail à précédemment réfléchi. Le réflecteur secondaire commun vient compléter l'action des réflecteurs primaires pour rediriger vers le rail le rayonnement qui n'a pas été absorbé. Cette disposition permet d'obtenir un très bon rendement avec des lampes qui ne sont pas jointives.
  • Les lampes électriques à rayonnement infrarouge proches présentent un temps de réponse extrêmement rapide par rapport à la vitesse d'avance des travaux de pose ferroviaire, ce qui permet d'envisager non seulement des opérations de préneutralisation, mais également des opérations de neutralisation fine.
  • Suivant un mode de réalisation, il existe au moins un point de la zone de chauffage qui est situé à une distance inférieure à 160 mm, et de préférence inférieure à 120 mm, de la source de rayonnement de chacune des lampes électriques à rayonnement infrarouge.
  • Suivant un mode de réalisation, il existe au moins un point de la zone de chauffage qui est situé à une distance inférieure à 160 mm, et de préférence inférieure à 120 mm de tout point de la surface réfléchissante du réflecteur secondaire.
  • Suivant un mode de réalisation, certaines au moins des lampes sont réparties à distances les unes des autres à la périphérie de la zone de chauffage. Suivant un mode de réalisation, certaines au moins des lampes électriques à rayonnement infrarouges sont jointives deux à deux
  • Pour limiter les déperditions, le réflecteur secondaire doit de préférence entourer au maximum le rail positionné au centre de la zone de chauffage. Ainsi, on peut prévoir de façon préférentielle que la surface réfléchissante du réflecteur secondaire présente, en coupe par un plan perpendiculaire à la direction de progression, une section en arc de cercle d'angle supérieur à 180°, de préférence supérieur à 240° ou une section circulaire. De préférence, la surface réfléchissante du réflecteur secondaire présente, en coupe par un plan perpendiculaire à la direction de progression un rayon de courbure inférieur à 160 mm, de préférence inférieur à 120 mm, et supérieur à 70 mm, de préférence supérieur à 100 mm.
  • La surface réfléchissante du réflecteur secondaire doit de préférence présenter une réflectance importante dans le domaine spectral considéré. En pratique, on choisira de préférence une surface réfléchissante présentant une réflectance supérieure à 80% dans le domaine spectral compris entre 0,5 et 2µm, ce qui peut être obtenu à un coût raisonnable notamment avec une surface en aluminium poli, ou le cas échéant avec une surface argentée ou dorée.
  • De façon similaire, on a intérêt à ce que la réflectance des réflecteurs primaire soit très élevée, de préférence supérieure à 90% dans le domaine spectral compris entre 0,5 et 2µm. De préférence, le réflecteur primaire de chacune des lampes électriques à rayonnement infrarouge est en argent ou en or.
  • Pour une redirection optimale du flux émis par chaque source de rayonnement vers la zone de chauffage, le réflecteur primaire de chacune des lampes électriques à rayonnement infrarouge est, en coupe suivant un plan de coupe perpendiculaire à la direction de progression, parabolique, ou en arc d'ellipse ou de cercle. La source de rayonnement est de préférence située au niveau d'un foyer de la parabole ou de l'ellipse ou du centre de l'arc de cercle.
  • En pratique, le maximum de densité spectrale de puissance est observé pour une longueur d'onde supérieure à 0,7µm. On pourra notamment choisir comme source de rayonnement des lampes à incandescence halogènes émettant dans l'infrarouge proche.
  • De préférence, le nombre de lampes électriques à rayonnement infrarouge est supérieur à 2, et de préférence supérieur à 4.
  • Suivant un mode de réalisation particulièrement simple à réaliser, le réflecteur secondaire entoure les lampes électriques à rayonnement infrarouge. Le réflecteur secondaire peut alors être constitué par une pièce unique sans découpes.
  • Alternativement, on peut prévoir que le réflecteur secondaire s'étende entre les lampes électriques à rayonnement infrarouge. Dans cette hypothèse, il est nécessaire de prévoir des découpes ou des emboutissages dans le déflecteur secondaire pour loger les lampes électriques à rayonnement infrarouge.
  • De préférence, le véhicule de transport du module de chauffage comporte des moyens pour soulever la portion du rail située dans la zone de chauffage par rapport à la voie ferrée, et des moyens pour positionner la portion du rail après apport de la chaleur sur une traverse de la voie ferrée et pour fixer la portion du rail sur la traverse.
  • De préférence, le véhicule de transport du module de chauffage comporte des moyens pour soulever la portion du rail située dans la zone de chauffage par rapport à la voie, et des moyens pour positionner la portion du rail après apport de la chaleur sur la traverse avant de fixer la portion du rail sur la traverse. Comme on l'a précédemment exprimé, le soulèvement de la portion du rail dans la zone de chauffage permet de mieux entourer le rail en le chauffant non seulement par le dessus, mais également par les côtés, et le cas échéant par le dessous, pour uniformiser l'apport de chaleur sur le pourtour de la portion du rail et minimiser les pertes. Le fait que la zone de chauffage soit éloignée de la voie, et notamment des traverses, permet de mettre en oeuvre le cas échéant une puissance de chauffage élevée, sans risque pour la voie.
  • Suivant un mode de réalisation, le module de chauffage comporte au moins deux unités de chauffage alignées suivant la direction de progression pour définir la zone de chauffage. De préférence, le module de chauffage est pourvu de moyens de guidage pour assurer le guidage de la portion du rail dans la zone de chauffage du module chauffage guidé, les moyens de guidage comportant de préférence des galets roulant sur la portion du rail.
  • Naturellement, la puissance de chauffe devra être modulée en fonction des conditions extérieures pour obtenir une température de consigne souhaitée pour le rail.
  • Suivant un mode de réalisation, la pluralité de lampes électriques à rayonnement infrarouge comporte au moins deux lampes électriques à rayonnement infrarouge, de préférence au moins quatre lampes électriques à rayonnement infrarouge, et de manière particulièrement préféré davantage.
  • Le cas échéant on peut moduler le nombre de lampes électriques à rayonnement infrarouge activées en fonction d'un ou plusieurs paramètres de commande.
  • De préférence, le ou les paramètres de commande incluent un ou plusieurs des paramètres mesurés ou estimés suivants : une température de la portion du rail avant le chauffage, une température de la portion du rail après le chauffage, une température de la portion du rail durant le chauffage, une température ambiante extérieure, une vitesse de déplacement du véhicule de transport du module de chauffage, une vitesse de déplacement du rail par rapport au dispositif de chauffage, une durée de chauffage, un écart entre une température de consigne et une température mesurée de la portion du rail avant chauffage, un écart entre une température de consigne et une température mesurée de la portion du rail après chauffage, un écart entre une température de consigne et une température mesurée de la portion du rail durant l'apport de la chaleur, une humidité ambiante, ou une vitesse de vent. On pourra notamment prévoir une ou plusieurs de modalités suivantes :
    • on mesure au moins une température de la portion du rail après l'apport de chaleur à l'aide d'un capteur de température disposé au niveau d'une zone de sortie de la zone de chauffage ou derrière la zone de chauffage dans la direction de pose ;
    • on mesure au moins une température de la portion du rail avant l'apport de chaleur à l'aide d'un capteur de température disposé au niveau d'une zone d'entrée de la zone de chauffage ou devant la zone de chauffage dans la direction de pose ;
    • on mesure au moins une température de la portion du rail durant l'apport de chaleur à l'aide d'un capteur de température disposé à l'intérieur de la zone de chauffage.
  • Pour obtenir un positionnement reproductible de la portion du rail à fixer transitant par la zone de chauffage, on pourra notamment prévoir une ou plusieurs des modalités suivantes :
    • on guide la portion du rail par rapport à un bâti du véhicule de transport du module de chauffage de manière que la portion du rail traverse la zone de chauffage lors du déplacement du véhicule de transport du module de chauffage.
    • on guide le module de chauffage par rapport à un bâti du véhicule de transport du module de chauffage de manière à ce que la portion du rail traverse la zone de chauffage lors du déplacement du véhicule de transport du module de chauffage.
    • on guide le module de chauffage par rapport à la portion du rail, de préférence en faisant rouler le module de chauffage sur la portion du rail, de manière à ce que la portion du rail traverse la zone de chauffage lors du déplacement du véhicule de transport du module de chauffage.
  • Suivant un mode de réalisation, le déplacement du véhicule de transport du module de chauffage dans la direction de pose est effectué sans arrêt.
  • L'invention peut être mise en oeuvre notamment pour une première pose d'une voie nouvelle, ou pour un renouvellement ou une rénovation. En particulier, et suivant un aspect préféré de l'invention.
    • BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES
  • D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description qui suit, en référence aux figures annexées, qui illustrent :
    • [Fig. 1] : une vue schématique d'un chantier de pose d'un rail de voie de chemin de fer, mettant en oeuvre un dispositif de chauffage selon l'invention ;
    • [Fig. 2] : une vue schématique de détail du chantier de la figure 1, illustrant la chauffe d'un rail à fixer par le dispositif de chauffage de l'invention ;
    • [Fig. 3] : une vue schématique du dessus d'un module de chauffage d'un dispositif de chauffage se l'invention ;
    • [Fig. 4] : une vue schématique de face du module de chauffage de la figure 3 ;
    • [Fig. 5] : une vue schématique d'une commande du module de chauffage des figures 3 et 4 ;
    • [Fig. 6] : une vue schématique de face d'une lampe à rayonnement infrarouge d'un module de chauffage selon une première variante de réalisation ;
    • [Fig. 7] : une vue schématique de face d'un module de chauffage selon une deuxième variante de réalisation.
    • [Fig. 8] : une vue schématique de face d'un module de chauffage selon une troisième variante de réalisation.
  • Pour plus de clarté, les éléments identiques ou similaires sont repérés par des signes de référence identiques sur l'ensemble des figures.
    • DESCRIPTION DÉTAILLÉE DE MODES DE RÉALISATION
  • Sur la figure 1 est illustrée une vue globale d'un chantier de renouvellement d'une voie de chemin de fer 2 dans lequel on procède, au moyen d'un train de travaux 4 (représenté partiellement), à la dépose d'anciens rails 6 (secteur avant) et d'anciennes traverses 8 et à leur remplacement par de nouvelles traverses 10 et de nouveaux rails 12, le tout en continu au fur et à mesure de l'avancée du train dans la direction de pose 100. Le train de travaux 4 comporte des wagons 16 reposant sur des bogies 18, 20 roulant sur les anciens rails 6 en partie avant du train de travaux 4 et sur les nouveaux rails 12 en partie arrière du train de travaux 4. Une partie médiane train de travaux 4 repose quant à elle sur des chenilles 22 qui, en l'absence de rails sur la voie 2 dans cette partie du chantier, roulent directement sur les anciennes traverses 8 avant leur dépose.
  • Sur un tronçon avant du chantier, des outils permettent de désolidariser les anciens rails 6 des traverses 8. Au fur et à mesure de leur démontage, les anciens rails 6 sont soulevés et reposés sur le ballast 24 sur les côtés de la voie. Sur le tronçon suivant du chantier, les anciennes traverses 8 sont à nu, ce qui permet de procéder à leur dépose à l'aide d'un groupe d'outils de dépose et leur remplacement par les nouvelles traverses 10 à l'aide d'un groupe d'outils de pose. Les nouveaux rails 12, qui, avant le passage du train de travaux 4, ont été disposés au sol de part et d'autre de la voie 2, sont soulevés et positionnés en respectant la géométrie souhaitée de la voie 2, avant d'être posés sur les nouvelles traverses 10. La fixation finale des nouveaux rails 12 est effectuée au moyen d'attaches après le passage du train de travaux 4.
  • Afin d'éviter ou de limiter les risques d'interruptions ou de rupture de la voie susceptibles d'être provoquées par les variations dimensionnelles des rails 12 sous l'effet de conditions climatiques ou météorologiques plus sévères, il est prévu de procéder à la fixation définitive des rails nouveaux ou rénovés 12 sur les traverses en portant ces profilés métalliques à une température moyenne du lieu de pose, dite de « pré-neutralisation » ou de « neutralisation ».
  • Dans ce but, le tronçon de rail nouveau ou rénové à poser 12 est porté à une température de consigne dans une zone de conditionnement 28 située en avant et à proximité de sa zone de fixation 30 sur une ou plusieurs traverses 10. Lorsque l'intervention sur le chantier a lieu à un moment où la température ambiante est inférieure à la température consignée dite de « pré-neutralisation » ou de « neutralisation », ce réglage comporte un chauffage du rail, la zone de conditionnement 28 étant alors une zone de chauffage.
  • À cet effet, il est proposé, selon l'invention, d'utiliser un dispositif de chauffage 32 illustré schématiquement sur les figures 2 à 4 , fonctionnant essentiellement par rayonnement thermique dans l'infrarouge proche. Le dispositif de chauffage 32 comporte au moins un module de chauffage 34 porté par un des wagons 16 du train de travaux 4. Chaque module de chauffage est composé d'au moins une, et de manière préférentielle, comme illustré sur la figure 3 , d'au moins deux unités de chauffage 36, délimitant une zone de chauffage longiligne 28 située à distance de la voie et orientée suivant une direction de progression 200, de préférence parallèle à la direction de pose 100 du train de travaux 4. La zone de chauffage 28 est ouverte à une extrémité avant 38 et à une extrémité arrière 40 de façon à permettre à une portion du rail 12 de pénétrer par une extrémité 38 et de ressortir par l'autre 40. Les deux unités de chauffage 36 sont disposées l'une derrière l'autre le long de la zone de chauffage, et chacune entoure au moins partiellement la zone de chauffage 28.
  • Chaque unité de chauffage 36 comporte plusieurs lampes électriques à rayonnement infrarouge 42 réparties à la périphérie de la zone de chauffage 28 et orientées vers la zone de chauffage 28. Chacune des lampes électriques 42 comporte un tube 44 orienté parallèlement à la direction de progression 200 et renfermant un au moins un filament 46. Le filament 46 constitue une source de rayonnement apte à émettre un rayonnement infrarouge proche, ayant un maximum de densité spectrale de puissance pour une longueur d'onde inférieure à 2µm, de préférence inférieure à 1,4µm, de façon très préférentielle inférieure à 1,2µm. Une face concave intérieure du tube est tapissée d'un matériau de haute réflectivité constituant un réflecteur primaire 48, orienté pour réfléchir le rayonnement émis par la source de rayonnement 46 vers la zone de chauffage 28, le ou les filaments 46 étant disposés entre le réflecteur primaire 48 et la zone de chauffage 28, directement en regard de la zone de chauffage 28. Le réflecteur primaire peut avoir, en coupe par un plan perpendiculaire à la direction de progression, un rayon de courbure constant. Toutefois, selon différents modes de réalisation, on utilisera un réflecteur ayant un profil parabolique, elliptique ou multi-foyer en coupe par un plan perpendiculaire à la direction de progression 200. Le filament 46 passe alors de préférence par le foyer de la parabole ou de l'ellipse.
  • Les lampes électriques à rayonnement infrarouge 42 sont jointives ou disposées à distance les unes des autres, et s'étendent chacune parallèlement à la direction de progression 200. Chaque unité de chauffage 36 comporte en outre un réflecteur secondaire 50 présentant une surface réfléchissante cylindrique concave en aluminium poli, qui entoure la zone de chauffage 28 et les lampes électriques à rayonnement infrarouge 42. Le réflecteur secondaire 50 peut être un cylindre complet entourant totalement la zone de chauffage 28. Alternativement, si l'on souhaite conserver un accès au rail pour son guidage, il peut s'agir d'une portion de cylindre couvrant, dans un plan de section perpendiculaire à la direction de progression 200, un angle φ supérieur à 180°, et de préférence supérieur à 240°. Le rayon de courbure du réflecteur secondaire 50, dans un plan de section perpendiculaire à la direction de progression, et de préférence compris entre 70mm et 160mm. La longueur des lampes électriques à rayonnement infrarouge 42 et du réflecteur secondaire 50, mesurée parallèlement à la direction de progression 200, est de préférence supérieure à 80cm.
  • Des moyens de guidage 52 sont prévus à l'entrée 38 et à la sortie 40 de la zone de chauffage 28 du dispositif de chauffage pour assurer le guidage du rail 12 dans la zone de chauffage 28. Dans ce mode de réalisation préféré, la portion du rail 12 traversant la zone de chauffage 28 est soulevée, c'est-à-dire située verticalement à distance au-dessus de sa position finale à la fin du processus de pose. Le module de chauffage 34 peut lui-même être pourvu d'un ou plusieurs actionneurs 54 ou d'un mécanisme de positionnement passif pour assurer son bon positionnement par rapport au rail 12, et compenser les variations de positionnement du véhicule de transport 16 des unités de chauffage 36 par rapport à la trajectoire souhaitée de la voie. De préférence, les moyens de guidage 52 incluent des galets roulant sur le rail 12 et supportant le cas échéant le module de chauffage 34.
  • Des capteurs de température 56 sont positionnés à l'entrée 38 de la zone de chauffage 28, à l'intérieur de la zone de chauffage 28 et à la sortie 40 de la zone de chauffage 28, et le cas échéant directement à proximité de la zone de fixation 30. Ces capteurs de température 56 sont reliés à une unité de commande 58 illustrée sur la figure 5 , qui reçoit des signaux d'autres capteurs 60 tels que, par exemple : un capteur de vitesse du véhicule de transport 16 des unités de chauffage 36, un capteur de vitesse du rail à fixer, un capteur de température ambiante, un capteur de pression atmosphérique, et/ou un capteur d'humidité ambiante. L'unité de commande 58 est ainsi apte à mesurer, estimer ou calculer un ou plusieurs des paramètres suivants : une température de la portion du rail à fixer avant le chauffage, une température de la portion du rail à fixer après le chauffage, une température de la portion du rail à fixer durant le chauffage, une température ambiante extérieure, une vitesse de déplacement du véhicule de transport des unités de chauffage 16, une vitesse de déplacement du rail par rapport au dispositif de chauffage, une quantité de chaleur transmise à la portion du rail par le dispositif de chauffage.
  • Par ailleurs, l'unité de commande 58 contient en mémoire une température de consigne qui peut avoir été saisie ou programmée, et est représentative de la température de « pré-neutralisation » ou de « neutralisation » recherchée dans la zone de fixation 30, ce qui permet le cas échéant une détermination d'un écart entre la température de consigne et une température mesurée de la portion du rail à fixer avant chauffage, d'un écart entre la température de consigne et une température mesurée de la portion du rail à fixer après chauffage, ou d'un écart entre la température de consigne et une température mesurée de la portion du rail à fixer durant le chauffage.
  • Enfin, l'unité de commande 58 est reliée à une source de puissance (source de tension ou de courant alternatif ou continu) 62 associée à un dispositif de modulation 64 pour moduler la puissance électrique d'alimentation des lampes électriques à rayonnement infrarouge 42.
  • Il est ainsi possible de moduler chaque lampe électrique à rayonnement infrarouge 42 de façon relativement continue en puissance électrique, sur une plage autour d'une valeur nominale, par exemple entre 10% et 100% de la valeur maximale, en faisant varier l'amplitude et/ou la fréquence du courant et/ou de la tension d'alimentation au niveau du dispositif de modulation 58. En dehors de cette plage de modulation, de plus grandes variations peuvent être obtenues en procédant à l'extinction complète de certaines lampes 42, voire d'une unité de chauffage 36 complète.
  • Lorsque le véhicule de transport 16 des unités de chauffage 36 avance dans une direction de pose 100, le rail à fixer 12 se déplace, par rapport au dispositif de chauffage 28, dans la direction opposée, et est guidé de sorte qu'à chaque instant une portion soulevée du rail à fixer 12 traverse la zone de chauffage 28. Le cas échéant, le positionnement du module de chauffage 34 est ajusté grâce aux actionneurs 54 ou au mécanisme de positionnement. On fait en sorte que les lampes électriques à rayonnement infrarouge 42 soient proches de la portion du rail à fixer 12, de préférence à une distance inférieure à 20cm, de préférence inférieure à 10cm, mais sans contact.
  • On fait ainsi en sorte qu'à chaque instant, et en fonction de l'avancement du véhicule de transport 16 des unités de chauffage 36, une portion du rail à fixer 12 traverse la zone de chauffage 28, où elle est chauffée par l'unité de chauffage 36 avant de ressortir de la zone de chauffage 28 et d'être acheminée vers la zone de fixation 30, où elle est posée sur une traverse 10 de la voie ferrée.
  • L'unité de commande 54 détermine par un algorithme de calcul, en fonction de tout ou partie des paramètres discutés précédemment, le nombre de lampes électriques à rayonnement infrarouge 42 et/ou la puissance électrique nécessaire au chauffage du rail à fixer 12.
  • En concentrant le rayonnement infrarouge dans l'infrarouge proche pour se trouver dans un domaine de forte absorption du rayonnement par le rail, et en disposant le réflecteur secondaire de façon à réfléchir vers la zone de chauffage au moins 50% du rayonnement non absorbé, on augmente considérablement le rendement du dispositif. En disposant les lampes à rayonnement infrarouge à faible distance de l'axe central de la zone de chauffage, et autour de la zone de chauffage, on limite le transfert de chaleur par convection.
  • De préférence, le déplacement du véhicule de transport des unités de chauffage dans la direction de pose est effectué sans arrêt, à une vitesse en pratique supérieure à 30 mm/s, de préférence supérieure 100 mm/s.
  • Naturellement, les exemples représentés sur les figures et discutés ci-dessus ne sont donnés qu'à titre illustratif et non limitatif.
  • Chacune des lampes électriques peut comporter plus d'un filament. On peut notamment mettre en oeuvre des lampes électriques à rayonnement infrarouge dites jumelées, comportant deux tubes accolés et un réflecteur primaire commun, comme illustré sur la figure 6 .
  • Le réflecteur secondaire peut être situé à la même distance de l'axe central de la zone de chauffage que les lampes et s'étendre entre les lampes de façon à constituer avec les déflecteurs primaires une surface réfléchissante quasi continue, de laquelle le rayonnement ne peut s'échapper. À cet effet, on peut prévoir un réflecteur secondaire 50 dont la paroi est pourvue de découpes 150 pour encastrer les lampes électriques à rayonnement infrarouge 42, comme illustré sur la figure 7 . Alternativement, on peut prévoir un déflecteur secondaire 50 dont la paroi est pourvue de logements 250 formés par exemple par emboutissage, pour loger les lampes électriques à rayonnement infrarouge 42, comme illustré sur la figure 8 .
  • Le nombre de lampes électriques à rayonnement infrarouge 42 et leur positionnement dans chaque unité de chauffage 36 peuvent varier. On peut notamment profiter du soulèvement de la portion du rail 12 traversant la zone de chauffage 28 pour orienter au moins une partie du rayonnement thermique de manière atteindre la face inférieure du rail, comme illustré sur les figures 7 et 8 . À cet égard, des dispositions. Il est également avantageux d'avoir plusieurs unités de chauffage 36 disposées en enfilade dans le sens longitudinal d'avancement du véhicule, comme illustré sur la figure 3 , voire plusieurs modules de chauffage 34 comme illustré sur la figure 2 , pour permettre un chauffage progressif en plusieurs étapes ou atteindre une plus grande puissance de chauffage. Les modules de chauffage 34 situés en enfilade peuvent être directement adjacents ou séparés par un tronçon isotherme d'isolation. Ils peuvent être également séparés par un tronçon à l'air libre.
  • Le véhicule de transport du module de chauffage peut être constitué par un wagon 16 du train de travaux 4. Il peut également s'agir d'un véhicule autonome sur roues ou sur chenilles avançant sur la voie.
  • Le cas échéant, seulement certaines des lampes électriques à rayonnement infrarouge 42 peuvent être équipées d'un dispositif de modulation 64.
  • On peut également envisager que les dispositifs de modulation 64 ne soient pas proportionnels, mais fonctionnent en tout ou rien, pour éteindre ou allumer les lampes électriques à rayonnement infrarouge 42 en nombre correspondant aux besoins. On pourra également envisager un mode de fonctionnement pulsé, dans lequel certaines des lampes électriques à rayonnement infrarouge 42 sont allumées en intermittence. On pourra également envisager d'articuler les unités de chauffage 36 de manière à pouvoir les écarter rapidement de la zone de chauffage 28 lorsque l'on souhaite diminuer la quantité de chaleur transmise au rail à poser 12.
  • Du fait du temps de réponse très rapide des lampes électriques à rayonnement infrarouge 42, on pourra mettre en oeuvre le procédé selon l'invention non seulement pour une préneutralisation thermique, mais également pour une neutralisation thermique fine directe.
  • La direction de progression 200 du rail 12 dans la zone de chauffage 28 peut être légèrement inclinée par rapport à la direction de pose 100, tout en restant globalement parallèle à un plan vertical longitudinal.
  • En variante, l'opération de chauffage du rail à fixer 12 peut avoir lieu alors que le rail à fixer 12 est déjà posé sur les traverses.
  • Le mode de chauffage des rails qui a été décrit précédemment pour une rénovation de voie ferrée avec remplacement des rails, vaut également pour une rénovation de la voie avec replacement des rails anciens, ou pour une première pose.

Claims (15)

  1. Dispositif mobile de chauffage d'un rail (12) d'une voie ferrée (2), comportant : au moins un module de chauffage (34) comportant au moins une zone de chauffage (28) et au moins une source de chaleur rayonnante (46) orientée vers la zone de chauffage (28) ; et un véhicule de transport (16) du module de chauffage (34), apte à circuler le long d'une voie ferrée (2) suivant une direction de pose (100), de manière qu'à chaque instant une portion d'un rail (12) de la voie ferrée (2), non fixée à une traverse (8, 10) de la voie ferrée (2), traverse la zone de chauffage (28) suivant une direction de progression (200) ; le module de chauffage comportant au moins une unité de chauffage (36), caractérisé en ce que l'unité de chauffage (36) comporte une pluralité de lampes électriques à rayonnement infrarouge (42) réparties à la périphérie de la zone de chauffage (28) et orientées vers la zone de chauffage (28), chacune des lampes électriques à rayonnement infrarouge (42) comportant au moins une source de rayonnement (46) apte à émettre un rayonnement infrarouge ayant un maximum de densité spectrale de puissance pour une longueur d'onde inférieure à 2µm, et au moins un réflecteur primaire (48) orienté pour réfléchir le rayonnement infrarouge émis par la source de rayonnement (46) vers la zone de chauffage (28), la source de rayonnement (46) étant disposée entre le réflecteur primaire (48) et la zone de chauffage (28), directement en regard de la zone de chauffage (28), l'unité de chauffage (36) comportant en outre un réflecteur secondaire (50) présentant une surface réfléchissante concave entourant la zone de chauffage (28) et apte à renvoyer vers la zone de chauffage (28) des rayons réfléchis passant entre les lampes électriques à rayonnement infrarouge (42).
  2. Dispositif mobile de chauffage (32) selon la revendication 1, caractérisé en ce que les lampes électriques à rayonnement infrarouge sont tubulaires et orientées parallèlement à la direction de progression (200).
  3. Dispositif mobile de chauffage (32) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la surface réfléchissante du réflecteur secondaire (50) présente, en coupe par un plan perpendiculaire à la direction de progression, une section en arc de cercle d'angle supérieur à 180°, de préférence supérieur à 240° ou une section circulaire.
  4. Dispositif mobile de chauffage (32) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la surface réfléchissante du réflecteur secondaire (50) présente, en coupe par un plan perpendiculaire à la direction de progression un rayon de courbure inférieur à 160 mm, de préférence inférieur à 120 mm, et supérieur à 70 mm, de préférence supérieur à 100 mm.
  5. Dispositif mobile de chauffage (32) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la surface réfléchissante du réflecteur secondaire (50) est en aluminium poli, en argent ou en or.
  6. Dispositif mobile de chauffage (32) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le réflecteur primaire (48) de chacune des lampes électriques à rayonnement infrarouge (42) est en argent ou en or.
  7. Dispositif mobile de chauffage (32) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le réflecteur primaire (48) de chacune des lampes électriques à rayonnement infrarouge (42) est, en coupe suivant un plan de coupe perpendiculaire à la direction de progression (200), parabolique, ou en arc d'ellipse ou de cercle.
  8. Dispositif mobile de chauffage (32) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le maximum de densité spectrale de puissance est observé pour une longueur d'onde supérieure à 0,7µm.
  9. Dispositif mobile de chauffage (32) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le nombre de lampes électriques à rayonnement infrarouge (42) est supérieur à 2, et de préférence supérieur à 4.
  10. Dispositif mobile de chauffage (32) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le réflecteur secondaire (50) entoure les lampes électriques à rayonnement infrarouge (42).
  11. Dispositif mobile de chauffage (32) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le réflecteur secondaire (50) s'étend entre les lampes électriques à rayonnement infrarouge (42).
  12. Dispositif mobile de chauffage (32) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le véhicule de transport (16) du module de chauffage (34) comporte des moyens pour soulever la portion du rail (12) située dans la zone de chauffage (28) par rapport à la voie ferrée (2), et des moyens pour positionner la portion du rail (12) après apport de la chaleur sur une traverse (10) de la voie ferrée (2) et pour fixer la portion du rail sur la traverse.
  13. Dispositif mobile de chauffage (32) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le module de chauffage (34) comporte au moins deux unités de chauffage (36) alignées suivant la direction de progression (200) pour définir la zone de chauffage (28).
  14. Dispositif mobile de chauffage (32) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le module de chauffage est pourvu de moyens de guidage (52) pour assurer le guidage de la portion du rail (12) dans la zone de chauffage du module chauffage guidé, les moyens de guidage comportant de préférence des galets roulant sur la portion du rail.
  15. Dispositif mobile de chauffage (32) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la source de rayonnement (46) est apte à émettre un rayonnement infrarouge ayant un maximum de densité spectrale de puissance pour une longueur d'onde inférieure à 1,4µm, de préférence inférieure à 1,2µm.
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