КОМБИНИРОВАННОЕ УСТРОЙСТВО ОТОПЛЕНИЯ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ВАГОНА

Полезная модель относится к области железнодорожного транспорта и может использоваться в устройствах отопления железнодорожных вагонов.
При эксплуатации железнодорожных вагонов их обогрев осуществляется за счет нагрева теплоносителя, преимущественно воды, в отопительном котле и последующей передачи теплоносителя в контур отопления. Типичной проблемой известных устройств отопления являются их ограниченные функциональные возможности, не позволяющие эффективно поддерживать комфортные условия в железнодорожных вагонах в различных условиях их эксплуатации.
Известно, например, устройство отопления железнодорожного вагона, выполненное по традиционной схеме на основе отопительного котла, питаемого твердым топливом, и содержащее взаимосвязанные контуры циркуляции теплоносителя с нагревательными трубами-перемычками, оптимально размещенными в вагоне (RU 2259291 C1, 2005). Возможности обогрева железнодорожного вагона таким устройством ограничены использованием отопительного котла, работающего за счет сжигания топлива.
Известны и другие устройства отопления железнодорожного вагона (например, RU 7389 U1, 1998; RU 2233757 C1, 2004; US 4530288 A, 1985; EP 1035261 A2, 2000). Однако все они, имея за счет конструктивных особенностей те или иные преимущества, недостаточно эффективны в эксплуатации, не позволяя создавать комфортные условия в железнодорожном вагоне при различных условиях его эксплуатации.
Расширить возможности эффективного поддержания комфортных условий в железнодорожном вагоне позволяет использование комбинированного отопительного котла, включающего помимо нагрева теплоносителя за счет сгорания топлива нагрев электрическими нагревателями.
Из известных устройств наиболее близким к предложенному является комбинированное устройство отопления железнодорожного вагона, содержащее смонтированные в железнодорожном вагоне снабженный топкой для размещения твердого топлива основной отопительный котел, в рабочей полости которого, заполненной теплоносителем, размещены связанные с источником высокого электрического напряжения электрические нагреватели, трубопроводы нагретого теплоносителя и охлажденного теплоносителя контура отопления, соединенные с основным отопительным котлом, датчики температуры и электрические узлы управления (Лукин В.В. и др. Вагоны. Общий курс. М., «Маршрут», 2004, с. 191-193).
Это устройство позволяет использовать два вида энергии, что расширяет его функциональные возможности. Однако в нем предусмотрена работа отопительного котла только за счет сгорания твердого топлива, а электрический нагрев теплоносителя может осуществляться практически только во время движения железнодорожного вагона от высоковольтной контактной электрической сети. Во время отстоя железнодорожного вагона отдельно или в подвижном составе и стоянок между периодами движения не предусмотрена возможность использования внешней промышленной электрической сети. Кроме того, использование твердого топлива для питания отопительного котла трудоемко и неудобно в эксплуатации. Поэтому это устройство имеет недостаточно высокую эксплуатационную эффективность.
Задача, решаемая полезной моделью, состоит в создании комбинированного устройства отопления железнодорожного вагона, лишенного недостатков прототипа. Технический результат, обеспечиваемый полезной моделью, заключается в повышении эксплуатационной эффективности комбинированного устройства отопления железнодорожного вагона за счет широкой возможности использования разных видов энергии для нагрева теплоносителя и выбора оптимальных из них в зависимости от условий эксплуатации - движения и стоянки подвижного состава.
Это достигается тем, что в комбинированное устройство отопления железнодорожного вагона, содержащее смонтированные в железнодорожном вагоне снабженный топкой для размещения твердого топлива основной отопительный котел, в рабочей полости которого, заполненной теплоносителем, размещены связанные с источником высокого электрического напряжения электрические нагреватели, трубопроводы нагретого теплоносителя и охлажденного теплоносителя контура отопления, соединенные с основным отопительным котлом, датчики температуры и электрические узлы управления, введен выполненный электрическим дополнительный отопительный котел, связанный с трехфазным источником электрического напряжения и установленный с обеспечением возможности как подключения к контуру отопления, так и отключения от него, при этом он соединен через краны с рабочей полостью основного отопительного котла, а на топку основного отопительного котла через переходной фланец установлена выполненная съемной жидко-топливная горелка. Дополнительный отопительный котел может содержать связанные между собой теплообменник с трубчатыми электронагревателями, гидроблок с циркуляционным насосом, датчиком давления и предохранительным клапаном, расширительный бак и электронный блок контроля и управления. Жидко-топливная горелка может быть связана с по меньшей мере одним топливным баком и снабжена топливным насосом, фильтром очистки топлива и электронными узлами контроля и управления. Основной отопительный котел может включать связанные с топкой загрузочный люк, люк зольника, шуровочный люк, рубашку с газоходом и топочной камерой, снабженной колосниковой решеткой и зольником, прерыватель тяги, дымовую трубу, расширитель, коллектор, термометр, температурное реле и жидкостный выключатель, при этом связь электрических нагревателей основного отопительного котла с источником высокого электрического напряжения выполнена через высоковольтный блок, включающий узлы защиты и коммутации.
Указанный технический результат обеспечивается всей совокупностью существенных признаков в рамках реализации назначения, при этом все конструктивные узлы, характеризуемые существенными признаками, функционально взаимосвязаны и находятся в конструктивном единстве. Конструктивные узлы объединены в единую конструкцию, размещенную в замкнутом пространстве - корпусе (кузове) железнодорожного вагона и при изготовлении устройства соединяются между собой сборочными операциями.
На чертеже показана структурная схема комбинированного устройства отопления.
Комбинированное устройство отопления содержит смонтированные в железнодорожном вагоне основной отопительный котел 1, в рабочей полости 2 которого размещены связанные с источником высокого электрического напряжения электрические нагреватели 3, соединенные с основным отопительным котлом 1 трубопроводы 4, 5 нагретого теплоносителя и охлажденного теплоносителя контура отопления соответственно, дополнительный отопительный котел 6 и съемная жидко-топливная горелка 7. В качестве теплоносителя может использоваться, например, вода. Источником высокого электрического напряжения величиной преимущественно 3000 В переменного или постоянного тока является контактная сеть. Количество электрических нагревателей 3, например, типа ВВЭН/500/2000 в основном отопительном котле 1 составляет, например, двадцать четыре. Устройство содержит также датчики температуры и электрические узлы управления (на чертеже не показаны). Основной отопительный котел 1 снабжен топкой 8 для размещения твердого топлива, например, угля, дров. Дополнительный отопительный котел 6 связан с трехфазным источником переменного электрического напряжения, преимущественно 380 В, и установлен с обеспечением возможности как подключения к контуру отопления, так и отключения от него. Дополнительный отопительный котел 6 соединен через краны 9 с рабочей полостью 2 основного отопительного котла 1. В качестве дополнительного отопительного котла 6 используется, например, электрический котел PROTHERM 28R с четырьмя трубчатыми электронагревателями мощностью по 7 кВт. Жидко-топливная горелка 7, например, типа VL 1,55, установлена через переходной фланец 10 на топку 8. Дополнительный отопительный котел 6 содержит, например, связанные между собой теплообменник с трубчатыми электронагревателями, гидроблок с циркуляционным насосом, датчиком давления и предохранительным клапаном, расширительный бак и электронный блок контроля и управления (на чертеже не показаны). Жидко- топливная горелка 7 связана, например, с по меньшей мере одним топливным баком и снабжена топливным насосом, фильтром очистки топлива и электронными узлами контроля и управления (на чертеже не показаны). Основной отопительный котел 1 включает, например, связанные с топкой 8 загрузочный люк, люк зольника, шуровочный люк, рубашку с газоходом и топочной камерой, снабженной колосниковой решеткой и зольником, прерыватель тяги, дымовую трубу, расширитель 11, коллектор, термометр, температурное реле и жидкостный выключатель, при этом связь электрических нагревателей 3 основного отопительного котла 1 с источником высокого электрического напряжения выполнена через высоковольтный блок, включающий узлы защиты и коммутации (узлы без указанных цифровых обозначений на чертеже не показаны).
Для нагрева теплоносителя в топочную камеру основного отопительного котла 1 на его колосниковую решетку через загрузочный люк загружают твердое топливо, преимущественно уголь, или подают жидкое топливо, например, дизельное топливо, посредством жидко-топливной горелки 7, подключенной к электрическому источнику в железнодорожном вагоне, преимущественно 220 В. При этом обеспечивают постоянную подачу топлива. Подача жидкого топлива осуществляется с помощью топливного насоса из расходного топливного бака, установленного внутри железнодорожного вагона. Его пополнение обеспечивается из второго топливного бака, имеющего большую емкость и размещенного преимущественно под железнодорожным вагоном. Разбивка запаса жидкого топлива на два топливных бака позволяет передавать жидкое топливо на жидко-топливную горелку 7 всегда при температуре, близкой к температуре внутри салонна железнодорожного вагона, что повышает надежность работы жидко-топливной горелки 7 при низкой температуре окружающей среды. Нагрев теплоносителя осуществляется пламенем, разогревающим топочную камеру. Нагретый теплоноситель через трубопровод 4 поступает в контур отопления и после отдачи тепла окружающему воздуху возвращается в основной отопительный котел 1 через трубопровод 5. Образующийся при работе основного отопительного котла 1 пар отводится через коллектор в расширитель 11. Контроль за температурой теплоносителя при работе на твердом топливе осуществляют с помощью термометра, приемник которого вставлен в коллектор основного отопительного котла 1. Контроль и регулировка температуры при работе на жидком топливе осуществляют с помощью связанных с жидко-топливной горелкой 7 электронных узлов контроля и управления, включающих, например, механический терморегулятор. Для нагрева теплоносителя в основном отопительном котле 1 могут использоваться электрические нагреватели 3, подключаемые через высоковольтный блок к контактной сети 3000 В, при этом для защиты контура отопления от выхода за пределы установленных значений температуры теплоносителя и его уровня используются температурное реле и жидкостный выключатель. В качестве другого источника нагрева теплоносителя может использоваться дополнительный отопительный котел 6, подключенный параллельно к общему контуру отопления. Для его включения коммутируют краны 8 и подают на него трехфазное электрическое напряжение 380 В от внешней промышленной электрической сети, что возможно и целесообразно, например, при отстое железнодорожного вагона в тупиках, а также при длительных стоянках в местах, имеющих стационарные сетевые электрические колонки. Во время работы контура отопления возможно использование только одного вида нагрева теплоносителя. При этом можно выбрать наиболее оптимальный из них в зависимости от конкретных условий эксплуатации железнодорожного вагона в данный момент. При движении железнодорожного вагона могут использоваться виды нагрева теплоносителя с помощью основного отопительного котла 1 твердым или жидким топливом или электрическими нагревателями 3. Во время стоянки могут использоваться виды нагрева теплоносителя с помощью основного отопительного котла 1 твердым или жидким топливом, а также с помощью дополнительного отопительного котла 6. Такие широкие возможности для выбора вида нагрева позволяют обеспечить наиболее оптимальные обслуживание и работу контура отопления в зависимости от конкретных условий эксплуатации железнодорожного вагона.
Пример реализации. Комбинированное устройство отопления реализовано и испытано в вагоне-лаборатории «СПРИНТЕР» ЗАО «Фирма ТВЕМА». В качестве дополнительного отопительного котла 6 использован водяной электрический котел PROTHERM 28K с расширительным баком объемом 7 л, имеющий потребляемую мощность 28 кВт и обеспечивающий максимальную рабочую температуры воды 85°C. В качестве жидко-топливной горелки, установленной в основном отопительном котле 1, использована подключенная к источнику электрического напряжения 220 В горелка ELCO VL 1,55, соединенная с двумя топливными баками объемом 600 л и 210 л. В качестве основного отопительного котла 1 использован стандартный питаемый углем и снабженный электрическими нагревателями 3 отопительный котел с теплопроизводительностью 45 кВт и вмещающий в рабочую полость 2 около 170 л воды. В нем использовано 24 электрических нагревателя типа ВВЭН 500/2000, разделенных на две группы по двенадцать элементов в каждой, при этом в пределах одной группы элементы разделены на две соединенные между собой параллельно подгруппы по шесть последовательно соединенных элементов. Комбинированное устройство отопления обеспечивает бесперебойные комфортные условия внутри вагона при любых условиях эксплуатации, как во время стоянки, так и во время движения.
Комбинированное устройство отопления, выполненное в соответствии с полезной моделью, имеет более высокую эксплуатационную эффективность по сравнению с известными аналогичными, позволяя выбирать наиболее оптимальный способ нагрева теплоносителя в зависимости от условий эксплуатации железнодорожного вагона отдельно или в подвижном составе - в движении, при стоянках, в том числе длительных.