Водяное отопление вагонов постройки отечественных заводов
Система отопления пассажирских вагонов
Общие сведения
Поддержание в помещениях пассажирских вагонов температуры, отвечающей санитарно-гигиеническим требованиям, является одним из главных условий перевозки пассажиров. Для этого ЦМВ оснащены надежной системой отопления, способной обеспечивать нормальную температуру в пассажирских помещениях при любых низких температурах наружного воздуха, если соблюдается режим работы системы в соответствии с конкретными условиями. Проводники вагонов должны хорошо знать устройство систем отопления, уметь обеспечивать правильный режим работы отопительной установки и в необходимых случаях устранять возникающие в эксплуатации мелкие неисправности.
В пассажирских вагонах, эксплуатируемых на железных дорогах Советского Союза, применяются следующие системы отопления:
индивидуальное водяное от отдельного установленного в вагоне котла, нагреваемого сжиганием твердого топлива (каменного угля);
комбинированное с использованием электроэнергии или твердого топлива для нагрева воды в котле;
электрическое от специального вагона-дизель-электростанции, или от контактной сети через электровоз, или от подвагонного генератора;
смешанное — водяное при нагреве воды в котле сжиганием твердого топлива и электрическое от подвагонного генератора при нагреве воздуха в вагоне электропечами.
Пассажирские вагоны международного сообщения оборудованы паропроводной магистралью. Пар применяется при следовании вагонов по дорогам зарубежных стран, причем он используется только для нагрева воды в котле.
В вагонах, оборудованных системой индивидуального водяного или комбинированного отопления, обогрев производится проложенными по всей длине кузова трубами, в которых циркулирует горячая вода, нагреваемая сжиганием твердого топлива или электроэнергией. Действие такой системы основано на известном законе физики, согласно которому частицы воды при нагревании увеличиваются в объеме, а плотность их уменьшается. Нагретые частицы как более легкие устремляются вверх. В то же время частицы, находящиеся в трубах, охлаждаются и уменьшаются в объеме, плотность их увеличивается, вследствие чего они как более тяжелые опускаются вниз. Таким образом, благодаря различию плотности воды в котле и нагревательных трубах непрерывно происходит циркуляция (движение) воды в системе отопления по замкнутому кольцу котел — обогревательные трубы — котел. Направление движения воды при циркуляции показано стрелками на рис. 51.
Система индивидуального водяного отопления пассажирского вагона независимо от ее конструктивных особенностей состоит из следующих элементов: котла 1 с топкой 7 и дымовытяжной трубой 5; бака-расширителя 2, который является резервуаром для запаса горячей воды в системе; разводящих 3, 4 и обогревательных 6 труб; насосов для питания системы водой и для осуществления искусственной циркуляции, арматуры и других вспомогательных устройств. Все горизонтальные трубы в вагоне уложены с некоторым уклоном, что создает лучшие условия для циркуляции воды в системе, а также позволяет обеспечить при необходимости полное удаление воды из труб отопления и водоснабжения.
Системы электрического отопления пассажирских вагонов по конструктивным признакам и способам получения тепла делятся на следующие основные группы:
системы с расположением приборов отопления (электрических печей) непосредственно в вагоне;
системы воздушного отопления с воздухоподогревателем, расположенным в пространстве между потолком и крышей в начале вентиляционного воздуховода.
Комбинированные и смешанные системы отопления представляют собой сочетание нескольких видов отопления. Так, в вагоне международного сообщения применяется паровое и электрическое отопление. При комбинированной системе водяного отопления вода в котле может нагреваться как сжиганием угля в топке, так и с помощью электронагревательных элементов. В пассажирских вагонах с кондиционированием воздуха наряду с основной системой водяного отопления применяется и электрическое от подвагонного генератора в качестве вспомогательного при низких наружных температурах зимой и основного в переходные периоды года.
В эксплуатируемых на дорогах СССР пассажирских вагонах применяются различные системы индивидуального водяного отопления, отличающиеся одна от другой лишь некоторыми особенностями:
типом котла (змеевиковый цилиндрический с водяной рубашкой верхнего горения или прямоугольный совмещенный с расширителем, применяемый главным образом в вагонах международного сообщения) ;
типом воздухоподогревателя (трубчатый, карманный, пластинчатый, обеспечивающие различную отдачу тепла);
способом расположения воздухоподогревателя (отдельно от расширителя или совмещенно).
Индивидуальное водяное отопление имеет ряд недостатков, которые вызвали необходимость его замены комбинированным отоплением на вновь строящихся вагонах и подвергающихся модернизации. Перечислим основные недостатки.
Водогрейный котел не оборудован устройствами автоматического управления режимом отопления и подачи топлива. Транспортировку угля, его погрузку в вагон и подноску к котлу осуществляют вручную— это приводит к загрязнению вагона углем, а применение ручного труда делает работу обслуживающего персонала малопроизводительной и тяжелой. Температура воздуха внутри вагона зависит от марки топлива и квалификации проводников.
При работе котла водяного отопления продукты неполного сгорания топлива попадают внутрь вагона и загрязняют воздух. Это вынуждает обеспечивать непрерывную работу системы принудительной вентиляции.
Коэффициент полезного действия системы индивидуального водяного отопления не превышает 50%. Занятость проводников отоплением вагона отражается на культуре обслуживания пассажиров (для этого остается меньше времени) .
В то же время система индивидуального водяного отопления имеет и положительные свойства: вагоны с такой системой не зависят от наличия электроэнергии; в котле можно сжигать твердое топливо любых видов; вода как теплоноситель обладает большой тепловой инерцией, поэтому после прекращения работы котла температура воздуха внутри вагона понижается приблизительно на 8°С в 1 ч при наружной температуре —40 °С.
Мощность приборов электрического отопления от подвагонного генератора ограничена до 16 кВт, поэтому такое отопление применяется дополнительно к водяному отоплению зимой и в качестве основного в переходные периоды года (осень, весна) при наружных температурах от +10 до —5°С. Электрическое отопление от подвагонного генератора мощностью более 16 кВт на дорогах СССР не применяется.
Несмотря на явные преимущества электрического отопления по сравнению с индивидуальным водяным (работа в автоматических режимах, обеспечение необходимых температурных и других санитарно-гигиенических параметров, облегчение труда проводников, повышение культуры обслуживания пассажиров и др.) оно все же пока не нашло широкого применения по ряду причин.
В системе отопления от контактной сети электропечи расположены по всему вагону вдоль боковых стен в купе и коридорах. Несмотря на повышенные требования пожарной безопасности в части монтажа и эксплуатации электропечей все же не всегда удается полностью устранить опасность возникновения пожара.
Вагоны с электрическим отоплением от контактной сети могут эксплуатироваться только на электрифицированных линиях, так как пока нет возможности обеспечить питание приборов отопления от тепловоза или вагона-электростанции напряжением 3000 В.
В то же время система электрического отопления не имеет недостатков, присущих водяному отоплению, а коэффициент полезного действия ее практически равен 100%.
С 1974 г. все вновь строящиеся пассажирские вагоны выпускаются только с комбинированным (электроугольным) отоплением. В вагонах эксплуатационного парка при модернизации водяное отопление также заменяется комбинированным. С целью унификации оборудования, облегчения его эксплуатации и ремонта питание электронагревательных элементов котла в вагонах с комбинированным отоплением осуществляется постоянным или однофазным переменным током напряжением 3000 В частотой 50 Гц от контактной сети через электровоз.
Пассажирские вагоны с комбинированным отоплением не имеют недостатков, присущих вагонам с электрическим отоплением. Благодаря размещению электронагревательных элементов внутри котла и отсутствию электрического воздухоподогревателя значительно снижена пожарная опасность. На неэлектрифицированных участках пути котел комбинированного отопления работает на твердом топливе. Таким образом, при работе на электроэнергии от контактной сети система комбинированного отопления сохраняет все указанные выше преимущества электрического и водяного отопления. Правда, масса тары вагона с таким отоплением больше, чем с водяным отоплением на 800 кг и с электрическим отоплением — на 3000 кг.
Водяное отопление вагонов постройки отечественных заводов
Начиная с 1958 г., отечественные вагоностроительные заводы выпускали вагоны с системой отопления (рис. 52), в которой котел 5 совмещен с расширителем 26, а пластинчатый воздухоподогреватель 20 установлен отдельно. Внутренняя часть цилиндрического котла — огневая коробка, образующая топочную камеру. В нижней части камеры расположена колосниковая решетка, а под решеткой — зольник. В верхнюю часть огневой коробки вварены наклонные циркуляционные трубы для увеличения поверхности нагрева котла. Над огневой коробкой находится дымовытяжная труба. Огневая коробка помещена внутри кожуха, образующего водяную рубашку котла (пространство между коробкой и кожухом заполняется водой). Отверстия в топке для закладывания топлива на колосниковую решетку и в зольнике для подачи воздуха под решетку закрываются дверками.
Воздухоподогреватель одной трубой соединен с расширителем, а другой — с водяной рубашкой в нижней части котла. Раздельное расположение воздухоподогревателя и расширителя позволяет более рационально пользоваться системой отопления и использовать только воздухоподогреватель в переходное время года.
Система отопления вагонов выпуска 1966—1974 гг. по сути не отличается от описанной, однако имеет некоторые конструктивные особенности:
к системе водяного отопления подключены трубопроводы горячего водоснабжения;
установлен центробежный циркуляционный насос с электродвигателем для усиления циркуляции воды через воздухоподогреватель, когда температура наружного воздуха низкая и не обеспечивается подогрев воздуха до требуемой температуры;
ручной насос, предназначенный для пополнения котла водой из запасного бака, в необходимых случаях можно использовать для усиления циркуляции воды в системе;
для контроля за температурой воды в котле установлен манометрический дистанционный термометр с пределом измерений от 0 до 120°С. Датчик термометра вставляют в трубку, вваренную в крестовину верхних разводящих труб или в расширитель котла, указатель со шкалой размещен на перегородке служебного отделения.
Усовершенствованная система водяного отопления может работать в следующих режимах:
обогрев помещений вагона отопительными трубами и подогретым вентиляционным воздухом;
обогрев отдельными ветвями отопительных труб с усилением циркуляции воды (при необходимости) с помощью ручного насоса;
усиление подогрева вентиляционного воздуха с помощью циркуляционного насоса (при этом следует поддерживать интенсивное горение топлива);
обогрев подогретым воздухом при отключенных обогревательных трубах (этот режим применяется при плюсовых температурах наружного воздуха);
обогрев отопительными трубами при выключенной принудительной вентиляции.
Режим работы системы отопления устанавливает проводник в зависимости от температуры наружного воздуха и внутри вагона, от населенности вагона и времени года.
Отопление вагонов постройки заводов ГДР
Система отопления купейных вагонов, построенных на заводах ГДР в период с 1969 г., отличается 192 тем, что к отопительной установке подключен бойлер для подачи горячей воды к умывальникам и в служебное отделение. Знмой вода нагревается в системе отопления, летом она поступает в змеевик от водогрейной плиты, которая одновременно служит и для приготовления пищи. В вагонах выпуска с 1970 г. установлены ребристые обогревательные трубы, благодаря чему отопительная установка стала более экономичной.
В этих вагонах расширитель 6 (рис. 53) установлен отдельно от котла. Пластинчатый воздухоподогреватель 9 размещен несколько ниже расширителя и соединен с нижней частью котла, что обеспечивает лучшую циркуляцию воды. Особенность системы — наличие специального подводящего колена 6а от котла к расширителю. В колено вварены верхние трубы отопления. Благодаря этому горячая вода из верхней части котла поступает непосредственно в трубы и обеспечивается лучший обогрев вагона. У вагона такого типа более ранней постройки трубы отопления вварены в нижнюю часть расширителя и вода до поступления в них значительно охлаждается в расширителе. Кроме того, при этом в трубы попадают оседающие на дно расширителя ржавчина и грязь, что ухудшает циркуляцию воды в системе.
Теплая вода поступает в расширитель через уравнительный трубопровод 63. Для удаления воздуха, скапливающегося в воздухоподогревателе, котле и трубопроводе, предусмотрены вентиляционные трубы 64, 67. Бойлер-водонагреватель 48 снабжен дистанционным термометром 45, Когда котел не работает, для получения горячей воды топят плиту 47. На котле закреплен ручной насос 3, а также установлены дистанционный термометр 10 для контроля за температурой воды в котле и расширителе и гидрометр 5. Красная неподвижная стрелка или красная черта на шкале гидрометра указывает наименьший допускаемый уровень воды в котле, черная (рабочая) стрелка — действительный уровень воды. Если черная стрелка расположена ниже красной, значит воды в системе недостаточно. При этом не только прекращается циркуляция по трубам, но и могут сгореть прокладки между фланцами котла. Когда черная стрелка совпадает с красной, вода в системе находится на наименьшем допустимом уровне — у середины расширителя.
На трубе, соединяющей гидрометр с котлом, установлен трехходовой кран для отключения прибора при ремонте. С помощью этого крана проверяют также действие гидрометра. Сначала ручку крана ставят в горизонтальное положение, при котором гидрометр отключается от системы отопления и соединяется с атмосферой через отверстие в корпусе крана. Когда из этого отверстия вытечет небольшое количество воды и черная стрелка установится на нулевой отметке, ручку крана ставят вертикально. Тогда черная стрелка должна вернуться в положение, в котором она находилась до отключения. Если этого не произойдет, значит гидрометр неисправен.
Уровень воды в системе проверяют также с помощью водопробного крана 25 на вестовой трубе 4. Вода из этой трубы сливается в воронку 34, а затем в бак 13. Для добавления воды в нижнюю трубу отопления непосредственно из расширителя предусмотрен обратный клапан 66. Наибольшая допустимая температура воды в котле (90— 95 °С) на большинстве дистанционных термометров отмечена красной стрелкой или красной линией. Шкала термометра 10 имеет деления от О до +120°С.
Обогрев вагонов габарита ОЗ-Т(РИЦ) международного сообщения постройки заводов ГДР при следовании по железным дорогам СССР осуществляется системой обычного водяного отопления. В топке котла сжигают твердое топливо. На железных дорогах зарубежных стран эти вагоны подключают к поездной паровой магистрали и нагрев воды в системе отопления производится паром, поступающим от локомотива или вагона-котельной.
С 1978 г. вагоны габарита 03-1 (РИЦ) строят с системой комбинированного отопления.