Комбинированная система водяного отопления
СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ ПАССАЖИРСКИХ ВАГОНОВ
СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ ПАССАЖИРСКИХ ВАГОНОВ. Назначение системы отопления
Системой отопления называются устройства, служащие для подогрева воздуха в помещениях вагона, которое является обязательным независимо от наличия или отсутствия установок охлаждения воздуха. Если пассажирский вагон оборудован установкой кондиционирования воздуха, система отопления является составной частью этой установки.
Различают водяную, электрическую и комбинированную системы отопления.
Система отопления должна удовлетворять следующим требованиям:
• обеспечивать температуру в пассажирских помещениях не ниже + 18 °С (291 К) при наиболее низкой расчетной температуре наружного воздуха -40 °С (233 К);
• поддерживать равномерную температуру по длине и высоте вагона в соответствии с установленными нормами;
• обеспечивать температуру поверхности нагревательных приборов не выше +70 °С (343 К) для исключения возгорания пыли;
• быть безопасной в пожарном отношении;
• не выделять копоти и вредных запахов.
К системам электрического отопления, кроме того, предъявляются дополнительные требования по обеспечению электрической безопасности, надежного заземления на корпус вагона.
В зависимости от способа получения тепла для обогрева вагонов системы отопления подразделяются на следующие виды:
• водяная система с котлом, работающим на твердом или жидком топливе;
|
|
|
• электрическая система, состоящая из электропечей, установленных на полу, и электрического калорифера, расположенного в нагнетательном воздуховоде;
• комбинированная система с подогревом воды в котле за счет сжигания твердого топлива или путем подачи электрического напряжения на нагревательные элементы [8, 19—21].
Система водяного отопления
Водяной системой отопления оборудуются все цельнометаллические пассажирские вагоны с индивидуальным электроснабжением от подвагонного генератора. Системы водяного отопления могут иметь верхнюю или нижнюю разводку труб (с естественной или искусственной циркуляции воды в системе).
Система водяного отопления с верхней разводкой труб. Система водяного отопления с верхней разводкой труб является самой распространенной, используемой на вагонах главным образом потому, что она может работать только за счет естественной циркуляции (рис. 3.1). Такая система имеет котел 1 для нагревания воды с расширителем 2 объемом примерно 5—10 % объема котла. Расширитель предназначен для приема избытка воды, образующейся вследствие увеличения ее объема при нагревании, и для освобождения воды от воздуха. Изолированные подающие трубы 3 отходят от расширителя к вертикальным стоякам 4, к которым примыкают нижние нагревательные трубы 5, соединенные с нижней частью котла.
|
|
|
Рис. 3.1. Принципиальная схема водяного отопления с верхней разводкой труб.
Циркуляция воды происходит вследствие изменения удельного веса при ее нагревании. Пока котел холодный, вся вода в системе имеет одинаковую температуру и находится в равновесии. Однако, как только зажигают топку котла, температура воды в нем начинает повышаться, внизу у топки вода будет горячее, а, следовательно, объемный вес ее меньше. Равновесие в системе нарушится, и более легкая горячая вода начнет перемещаться вверх к расширителю и далее по вертикальным трубам. Охлаждаясь, вода возвращается к котлу по нижним трубам, создавая циркуляции в системе.
Зависимость объемного веса воды от температуры приведена ниже.
| Температура воды, °С | 4 | 40 | 60 | 80 | 95 |
| Объемный вес воды, кг/м3 | 1000 | 992,2 | 983,2 | 971,8 | 961,9 |
Интенсивность циркуляции зависит от разности давлений или так называемого гидравлического напора, т.е. от высоты водяного столба в соответствующих участках системы и удельного веса воды в них. Для увеличения циркуляции горизонтальные трубы укладывают с небольшим наклоном в сторону направления движения воды.
|
|
|
Рис. 3.3. Схема водяного отопления с верхней разводкой труб вагонов старой постройки:
1 — расширитель-калорифер; 2 — котел; 3 — наливная труба; 4 — верхние трубы; 5 — стояки; 6 — нижние трубы; 7— грязевик; 8 — пробка для спуска воды; 9 — вестовая труба бака; 10 — угольный ящик; 11 — водяной бак; 12 — труба от системы водоснабжения; 13 — вестовая труба расширителя; 14 — наливная воронка; 15—водопроводная труба; 16 — спускная труба расширителя; 17 — труба, соединяющая котел с расширителем.
Горячая вода от котла идет в воздухоподогреватель через патрубок 4. В верхние разводящие трубы отопления вода поступает из расположенных с противоположных сторон воздухоподогревателя двух выходных патрубков 7. Максимальная температура воды в котле не должна превышать +90—95 °С (363—368 К). В этом случае температура нижних труб отопления составляет примерно +70 °С (343 К) с тем, чтобы исключалось возгорание пыли, осаждающейся на их поверхностях.
Заполнить расширитель водой можно через наливную трубу 2. Патрубок 14 предназначался раньше для заполнения водой с крыши вагона.
Обычно система водяного отопления служит не только для восполнения потерь тепла, передаваемого наружу через ограждения кузова вагона, но и для подогрева воздуха, подаваемого вентиляцией. Для этого расширитель соединяется трубами с калорифером или объединяется с ним в один общий узел. Типовой котел с водяной рубашкой, используемый в этой системе отопления, показан на рис. 3.2.
|
|
|
Типовой котел с водяной рубашкой имеет огневую коробку 7, помещенную внутри кожуха б, состоящего из трех частей. Верхняя часть огневой коробки соединена с дымовой трубой 5. В конической части огневой коробки вварены три поперечные трубы 3, предназначенные для увеличения поверхности нагрева, а в нижней части расположены колосниковая решетка 8 и наклонный лист зольника 9. Для загрузки топлива служит топочное отверстие 2, а для удаления золы и шлака—зольное отверстие 1. Котел подсоединяется к трубам отопления с помо-ттгью паттуубка 4.
Система отопления, представленная на рис. 3.3, имеет совмещенный трубчатый расширитель-калорифер (рис. 3.4), который выполнен в виде прямого сварного бака 1 со съемной крышкой 13. К нижней части корпуса приварен корытообразный лист 3, стенки которого образуют с днищем корпуса прямоугольный обходной канал 8 для увеличения сечения прохода воздуха, подаваемого в вагон летом. В торцевые стенки 10 корпуса вварено 77 газовых труб 11 сечением 25 х 2 или 28 х 3,5 мм для прохода воздуха.
Рис. 3.4. Воздухоподогреватель-расширитель ТР-1:
1- сварной бак; 2 — наливная труба; 3 — корытообразный лист; 4 — патрубок для подачи горячей воды в воздухоподогреватель; 5 — вестовая труба; ,5 — труба для контроля уровня воды в воздухонагревателе; 7— выходные патрубки; 8 обходной канал; 9 — фланец для соединения воздухоподогревателя-расширителя с воздуховодом и вентилятором; 10 — торцовые стенки корпуса; 11 — газовые трубы сечением 28 х 3,5 мм; 12 — труба для соединения расширителя с малым баком туалета, которая одновременно служит для выхода воздуха из системы водо снабжения; 13 — съемная крышка; 14 — патрубок; 15 — колпачок
бы, выведенному выше поверхности крышки бака, приварен колпачок 15.
Слив излишней воды и контроль за наполнением обеспечиваются с помощью вестовой трубы 5, подведенной к баку для воды в котельном отделении. Для обеспечения нагревания проходящего по трубкам воздуха нижний предельный уровень воды в воздухоподогревателе не должен быть ниже, чем на 10—20 мм от верхних кромок труб, расположенных в верхнем ряду. Этот уровень контролируется пробным краником, подсоединенным к трубе 6. Труба 12 предназначена для соединения расширителя с малым баком туалета и служит для выхода воздуха из системы водоснабжения. Для соединения воздухоподогревателя-расширителя с воздуховодом и вентилятором в торцовых стенках имеются фланцы 9. Максимальная теплоотдача трубчатого расширителя-калорифера составляет 17,5 кВт.
Рис. 3.5. Принципиальная схема водяного отопления с нижней разводкой труб:
1 — водяной бак; 2 — котел; 3 — расширитель; 4 — калорифер; 5 — воздушный кран; 6 — нагревательные трубы коридорной стороны; 7 — нагревательные трубы купейной стороны; 8— циркуляционный насос; 9 — ручной насос
Система водяного отопления с нижней разводкой труб. Принципиальная схема системы водяного отопления с нижней разводкой труб показана на рис. 3.5. Такая система характеризуется тем, что в ней практически не происходит естественной циркуляции воды из-за малого гидравлического напора, поэтому в ней обычно применяется циркуляционный насос. Это позволяет обеспечить более эффективную циркуляцию воды, снизить тепловые потери и ее вес за счет уменьшения диаметра труб. Кроме того, в этой системе возможна регулировка тепловой нагрузки путем периодического отключения насоса. Последнее обстоятельство очень важно при использовании системы водяного отопления в вагонах с кондиционированием воздуха, где требуется максимальная автоматизация процесса отопления.
Комбинированная система водяного отопления
Система отопления некупейных вагонов, построенных после 1974 г., отличается от системы ранее построенных вагонов в основном тем, что вода в котле нагревается либо электронагревателями, либо при сгорании в топке твердого топлива. Схема системы отопления таких вагонов показана на рис. 3.6. В данной системе водяного отопления установлен расширитель 9, совмещенный с водогрейным котлом 7, производительность которого составляет 36 кВт. От расширителя отходят трубы отопления, которые проходят через коридор 11 и купе вагона 12. Объем воды в котле 350 л (0,35 м3), а в трубах — 505 л (0,505 м3). Для улучшения циркуляции воды в системе применяется электрический центробежный насос 13. Ручной поршневой насос 3 служит для пополнения системы отопления водой из запасного бака и в необходимых случаях для улучшения циркуляции воды в системе. Для измерения температуры воды в котле и бойлере установлены дистанционные термометры 4, 5, шкала которых выведена в служебное отделение. При работе отопительной системы количество воды в ней постепенно уменьшается за счет испарения ее в атмосферу, часть воды идет на промывку унитазов. Поэтому за уровнем воды в расширителе котла необходимо внимательно следить с помощью вестовой трубы расширителя. Управление работой системы отопления осуществляется с помощью температурного реле и термостатов 7 и 10, расположенных соответственно в помещении вагона и в каналах приточной вентиляции. Для подогрева воздуха, поступающего в вентиляционные каналы, служит пластинчатый калорифер 6.
Отопительный котел, установленный в котельном помещении, оборудован высоковольтными нагревательными элементами 2, укрепленными на специальном фланце по периметру котла. Нагревательные элементы распределены по всему периметру котла, за исключением пространства над люком топки для твердого топлива, и крепятся к фланцу топки котла через прокладки. Всего установлено 24 нагревательных элемента мощностью по 2 кВт каждый. Номинальное рабочее напряжение всей системы отопления составляет 3000 В, в то время как номинальное рабочее напряжение одного нагревательного элемента — 500 В.
Рис.3.6. Схема комбинированной системы отопления:
1 – водогрейный котел; 2 – высоковольтный нагревательный элемент; 3 – ручной насос; 4 и 5 — дистанционные термометры; 6 — калорифер; 7 и 10 — термостаты; 8 — температурное реле; 9 – расширитель; 11 и 12 — трубы отопления коридора и купе вагона соответственно; 13 – электрический центробежный насос.
Рис. 3.7. Общий вид нагревательного элемента (а) и схема его включения (б, в)
Элементы соединены последовательно в секции по шесть штук. Общий вид нагревательного элемента (а) и схема его подключения (б) в комбинированной системе отопления пассажирского вагона приведены на рис. 3.7. Конструктивно нагревательный элемент включает клемму для подвода электричества 7, нагревательную спираль б, навитую на составной керамический сердечник 5 со спиралью 49 который помещен в кварцевый трубчатый кожух 3. Зазор между кварцевым кожухом и стальным защитным кожухом 1 заполнен хорошо уплотненным порошкообразным графитом 2. В верхней части стального кожуха имеется фланец, при помощи которого кожух крепится в отопительном котле. От внешних воздействий нагревательная спираль защищена стальным кожухом, внутри которого располагается кварцевая втулка. Для улучшения теплопередачи пространство между кожухом и втулкой заполнено графитовым порошком.
Таблица 3.1
Рекомендуемая температура воды в котле в зависимости от температуры наружного воздуха
| Температура | Температура | Температура | Температура |
| наружного воздуха, °С | воды в котле, °С | наружного воздуха, °С | воды в котле, °С |
| +10 | Не выше +35 | -20 | +55—70 |
| +5 | +30—40 | -30 | +65—80 |
| 0 | +35—50 | -40 | Не ниже +95 |
| -10 | +45—60 |
Пассажирские вагоны последних лет постройки, например вагон-салон, предназначенный для поездок руководства железных дорог (модели 61-9941), пассажирский купейный штабной (модели 61-4188), оснащены комбинированной системой отопления с нагревом незамерзающего теплоносителя (антифриз) электронагревателями.
Электрическое отопление
Применение электрического тока для отопления пассажирских вагонов началось в 1930-е гг. Вначале электрические печи устанавливались под диванами для сидения, позднее отопление осуществлялось воздухом, нагретым в электрическом калорифере.
В пассажирских вагонах индивидуальное электроснабжение от подвагонного генератора осуществить практически невозможно из-за необходимости иметь большой резерв мощности — не менее 40 кВт на вагон. На этих вагонах можно иметь электрическое отопление лишь небольшой мощности, которое способно обогревать вагон в переходное время года или работать в дополнение к водяному отоплению в очень сильные морозы.
Применение полного электрического отопления пассажирских вагонов стало возможным после создания поездов с централизованным электроснабжением от вагона-электростанции, а также при широкой электрификации железных дорог и выпуске электровозов, имеющих специальное оборудование для подключения отопительных систем вагонов поезда к контактной сети.
Легкость автоматизации работы систем электрического отопления, обеспечивающей поддержание устойчивого температурного режима в вагоне зимой, делают такую систему весьма перспективной для пассажирских вагонов с кондиционированием воздуха. Кроме того, электрическое отопление значительно гигиеничнее водяного, при нем облегчается труд проводника, экономятся средства на хранение и транспортировку угля, не требуются котлы значительного веса с трубами и водой.
В зависимости от величины напряжения применяемые системы электрического отопления можно условно разделить на низковольтные — с напряжением в магистрали до 400 В и высоковольтные — с напряжением в поездной магистрали 1000 В и выше. Во втором случае магистраль, как правило, получает питание от контактной сети непосредственно или через трансформатор, установленный на электровозе.
Как низковольтное, так и высоковольтное отопление в зависимости от способа обогрева вагона и применяемого оборудования подразделяется на:
а) систему отопления электропечами, размещаемыми непосредственно в пассажирском помещении вагона. Такая система имеет высокий коэффициент полезного действия, проста в управлении и легко переключается на различные эксплуатационные напряжения путем параллельного или последовательного группового включения электропечей. Недостатком ее является сложность эксплуатации из-за необходимости в целях безопасности пассажиров предъявления высоких требований к ее содержанию;
б) систему воздушного отопления с помощью мощных электрических калориферов, установленных в нагнетательном воздуховоде системы вентиляции. Преимуществом этой системы перед отоплением электропечами является полная безопасность для пассажиров в связи с отсутствием тока в пассажирском помещении, а также более простое управление работой системы. Недостатки ее — малый коэффициент полезного действия и трудность создания нормальных температурных условий в вагоне вследствие подачи теплого воздуха сверху вниз, что приводит к большой разности температур по зонам и образованию вихревых потоков при поступлении воздуха в вагон. Кроме того, при длительном отстое вагона, когда электроснабжение происходит только от аккумуляторной батареи с весьма ограниченной емкостью, система воздушного отопления становится практически неработоспособной;
в) комбинированную систему электрического отопления, состоящую из электропечей, установленных на полу, и электрокалорифера для подогрева воздуха, расположенного в нагнетательном воздуховоде. При такой системе обеспечивается нормальный температурный режим в вагоне и непрерывная подача свежего воздуха;
г) систему отопления с промежуточным теплоносителем, состоящую из котла с электрическим подогревом воды и обычной системы водяного отопления с нагревательными трубами. Такая система достаточно проста и безопасна для пассажиров, поскольку электрический котел может быть расположен в помещении, изолированном от пассажиров, например под вагоном.
Низковольтное электрическое отопление, например вагонов постройки Германии, включает электрические печи и электрический воздухоподогреватель. Электрические печи в количестве девяти штук мощностью по 500 Вт каждая и четырех штук мощностью 250 Вт установлены в купе и служебном отделении под столиками и в туалетах.
Электрический воздухоподогреватель работает только тогда, когда водяной калорифер отключен, т.е. в переходный период года. Зимой электрическое отопление работает в дополнение к водяному, в переходный период года оно является самостоятельным и включается автоматически, если температура в купе становится ниже +20 °С (293 К).
В отечественных пассажирских вагонах межобластного сообщения, оснащенных системами кондиционирования воздуха (например, постройки Тверского вагоностроительного завода), также используется низковольтное отопление. В этих вагонах применяется низковольтная система отопления, состоящая из двух групп электрических печей общей мощностью 18—20 кВт и двухсекционного калорифера такой же мощности. Электрические печи располагаются вдоль боковых стен вагона, а электрокалорифер — в нагнетательном воздуховоде, непосредственно за воздухоохладителем. Питание всех электронагревателей низковольтного отопления осуществляется от низковольтной сети вагона.
Дата добавления: 2020-12-12; просмотров: 695; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!