Принцип действия системы отопления пассажирского вагона кратко

Обновлено: 02.07.2024

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;

• 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.

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.

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 этой статье я расскажу, как устроена система отопления в вагонах и, самое главное, что является энергоносителем. Довольно большое количество людей вполне уверенны, что пассажирские вагоны до сих пор отапливаются углём. С этим тоже разберёмся!

Про систему отопления в вагонах

Обогрев вагона осуществляется при помощи труб, по которым циркулирует горячая вода, которая нагревается в котле. Эти трубы проложены по всей длине кузова вагона. Вода в них циркулирует естественным путём.

Дело в том, что при нагревании, частицы воды увеличиваются в объеме, при этом плотность их уменьшается и наоборот. А как известно, более легкие частицы стремятся вверх, а более тяжелые - вниз. Так вот, в замкнутом контуре из котла и нагревательных труб из-за различий значений плотности в котле и трубах - непрерывно происходит циркуляция воды.

Чем топят вагоны?

Вот тут то мы и подошли к самому интересному: чем же топят вагоны? И, на самом деле, в настоящее время пассажирские вагоны могут отапливаться как углём, так и электричеством. И абсолютно в каждом пассажирском вагоне есть аварийный запас угля.

Если говорить про электрообогрев пассажирских вагонов, то происходит это следующим образом. На всех современных (и более старых тоже) пассажирских электровозах тяговый трансформатор имеет обмотку отопления, от неё и происходит отбор напряжения для отопления вагонов.

А в каких случаях топят углём?

Как я и сказал ранее, в каждом вагоне до сих пор всегда есть аварийный запас угля. Логично, что раз уголь с собой возят, значит он иногда бывает необходим. Есть три случая, когда вагоны зимой отапливают по-старинке:

Когда пассажирский поезд ведёт грузовой электровоз, у которого нет обмотки отопления
Когда пассажирский поезд ведёт тепловоз, не оборудованный системой отопления
Когда имеется неисправность системы электроотопления

Если с последним пунктом всё предельно понятно, то вот первые два нужно прокомментировать. На грузовых электровозах (например ВЛ10, ВЛ80, 2ЭС4К, 2ЭС5К и так далее) есть только система отопления для собственных нужд.

На тепловозах примерно тоже самое, единственным в России тепловозом, который имеет систему электроотопления состава, является ТЭП70БС, первый экземпляр которого был выпущен в 2002 году. До этого времени, при следовании под тепловозом, вагоны топились углём.

Система отопления в пассажирских вагонах бывает двух видов: водяная и электрическая. Водяная система применяется на всех типах пассажирских вагонов локомотивной тяги, оснащенных автономной системой электроснабжения от подвагонных генераторов и аккумуляторных батарей. Электрической системой оборудованы вагоны локомотивной тяги, имеющие централизованное питание от вагона-электростанции или от контактной сети через электровоз.

Система водяного отопления (рис. 5.17) включает в себя котел 1, расширитель-воздухоподогреватель 10, нагревательные трубы 2, питательный насос 8, баки 6 и 7 для воды и топлива, вентили 5, 9, грязевик 5 и кран 4 для спуска воды из котла.

Циркуляция воды в системе отопления (показано стрелками) происходит непрерывно из-за разности температур в различных ее частях. Предусмотрена и искусственная циркуляция воды с помощью циркуляционного насоса, установленного на трубопроводе, подводящем воду к котлу, подача которой включается в тех случаях, когда температура наружного воздуха ниже расчетной или когда необходим ускоренный нагрев вагона после отстоя.

При комбинированной (электроугольной) системе отопления (рис. 5.18) вода в котле подогревается расположенными в водяной рубашке высоковольтными нагревательными элементами, а при отсутствии электроэнергии — за счет теплоты сжигаемого твердого топлива — угля).

Системой водяного отопления с комбинированным котлом оснащены вагоны различных типов. Эта система состоит из котла с расширителем и отопительных приборов. Котел (рис. 5.19) с электроугольным отоплением имеет обычную угольную топку 4 и водяную рубашку 2, в которой на опорном фланце 11 расположены 24 высоковольтных нагревательных элемента 3.

Для увеличения поверхности нагреваемой воды в коническую часть топки установлены циркуляционные трубы 6, 7, и 8. В нижней части топки расположены колосниковая решетка 1 и наклонный лист зольника 14. Уголь загружается в котел через топочное отверстие 12, через него же извлекается шлак. Зола и мелкий шлак удаляются через отверстие зольника 13. На опорном фланце в зоне топки размещены три изолятора 9, через которые высоковольтные провода подводятся к нагревательным элементам котла. В целях обеспечения электробезопасности кожух 5 котла заземляется. Для этого в его нижней части предусмотрен специальный болт, к которому присоединяется заземляющий провод.

Нагревательные элементы закрыты защитным кожухом 10, на котором установлена блокировка, разрывающая цепь катушек высоковольтных контакторов при подъеме кожуха и наличии высокого напряжения. В поднятом положении для осмотра нагревательных элементов кожух подвешивается на цепях. Объем воды в системе 855 л, из которых 370 л находятся в котле и расширителе.

В системах водоснабжения и водяного отопления современных пассажирских вагонов находят широкое применение пластмассы для изготовления многих деталей и узлов. Из стеклопластика на основе полиэфирной смолы выполняют водяные баки, умывальные раковины и унитазы, из полиэтилена низкой плотности — трубы, фитинги, вентили, втулки, тройники, а также другие соединительные и регулирующие детали. В туалетах пол настилают из стеклопластика вместо цементного, покрытого метлахской плиткой. Применение пластмасс обеспечивает снижение собственной массы вагона, продление срока службы, уменьшение трудоемкости и затрат при изготовлении и ремонте систем водоснабжения, отопления и внутреннего оборудования.

Питание нагревательных элементов осуществляется по однопроводной поездной линии с номинальным напряжением 3000 В постоянного или однофазного переменного тока частотой 50 Гц в пути следования от локомотивов, а в пунктах отстоя — от стационарных устройств.
Системой водяного отопления с комбинированным котлом оснащены вагоны различных типов. Эта система состоит из котла с расширителем и отопительных приборов. Котел (рис. 5.19) с электроугольным отоплением имеет обычную угольную топку 4 и водяную рубашку 2, в которой на опорном фланце 11 расположены 24 высоковольтных нагревательных элемента 3.

Читайте также: