Водогрейный котел твердотопливный для использования на подвижном составе железнодорожного транспорта

Заявленная полезная модель относится к области железнодорожного транспорта, а именно к вспомогательному оборудованию пассажирских вагонов, и может быть использована в системах жидкостного отопления пассажирских вагонов.
Из патента RU 82176 U1 известна котельная установка для систем жидкостного отопления железнодорожного вагона, которая содержит блок котла, бункер для хранения топлива, включающий шнек топливоподачи с приводом для подачи топлива к топочному устройству и блок управления котлом в автоматическом режиме, выполненный с возможностью расположения в котельном отделении вагона.
Из патента RU 7389 U1 известна установка отопления железнодорожного вагона, содержащая корпус теплоносителя с зоной нагрева, устройства нагрева теплоносителя, использующие различные виды энергии, например горелку с системой жидкого топлива, включающей расходные баки, арматуру и трубопроводы, локальные блоки управления нагревом теплоносителя и датчики параметров, при этом в систему жидкого топлива введены резервные баки, расположенные под вагоном, а расходные баки выполнены в виде заправочно-расходных расположенных в верхней части вагона и соединенных по принципу сообщающихся сосудов, причем заправочные горловины баков выведены наружу вагона по обеим его сторонам, при этом резервные баки соединены с заправочно-расходными с помощью трубопровода, снабженного электрическим и ручным насосами.
Из патента RU 144546 U1 известен водогрейный котел, содержащий корпус с топочной камерой и размещенным в нем колосником, теплообменными секциями, при этом по углам топочной камеры размещены прямоугольные пластины, образующие теплообменные каналы, сообщаемые с газоотводными колодцами, причем стенка выходного газоотводного колодца размещена выше стенки входного колодца на размер, равный или больше проходной секции колодца, то есть h≥t, где t - ширина колодца, a h - расстояние размещения стенки выходного колодца.
Заявленный водогрейный твердотопливный котел для использования на подвижном составе железнодорожного транспорта содержит блок котла, бункер для хранения топлива, топливоподающее устройство, конвективный блок щелевого типа с дополнительными ребрами теплоотдачи с увеличенным углом между блоками каналов, при этом загрузочная горловина топливного бункера имеет скос под углом 47° для загрузки топлива из котельного помещения, а разгрузочная горловина топливного бункера выполнена с боковой разгрузкой для удаления топлива из котельного помещения, при этом удаление топлива производится из котельного помещения.
При этом ТЭН розжига топливной горелки универсальный для всех типов вагонов на 24 В и выполнен с открытой спиралью, смонтированной в сопло с продувочными воздушными каналами. Также водогрейный твердотопливный котел содержит блок питания универсального типа на 24 В, а пульт управления пеллетным котлом выполнен на основе LED-дисплея.
Водогрейный котел твердотопливный предназначен для применения как источник тепловой энергии в системе водяного отопления железнодорожных пассажирских вагонов общего пользования с максимальной температурой теплоносителя 95°С. Конструкцией котла водогрейного предусмотрена возможность использования в качестве топлива: древесные гранулы (пеллеты), каменный уголь, дрова, брикеты древесные и угольные, а также высоковольтная электрическая энергия. При использовании в качестве топлива древесных гранул или электрической энергии котел может работать в автоматическом режиме, поддерживая в вагоне заданную температуру. При использовании твердого топлива, в том числе угля, котел работает в ручном режиме.
Основными режимами работы котла водогрейного являются:
работа в автоматическом режиме с твердотопливной горелкой на древесных гранулах,
работа в режиме электрообогрева от напряжения контактной сети.
В качестве теплоносителя может применяться вода, отвечающая требованиям РД 34.37.504-83 или специальные жидкости.
На представленных чертежах обозначено следующее:
Фиг. 1. Котел водогрейный КВ-3СМ в сборе.
Фиг. 2. Котел водогрейный КВ-3СМ в сборе.
Фиг. 3. Котел водогрейный КВ-3СМ в сборе.
Фиг. 4. Котел водогрейный КВ-3СМ в сборе.
Фиг. 5. Блок котла водогрейного КВ-3СМ.
Фиг. 6. Блок котла водогрейного КВ-3СМ.
Фиг. 7. Бункер топлива.
Фиг. 8. Бункер топлива.
Фиг. 9. Шнек топливоподачи с приводом.
Фиг. 10. Горелка твердотопливная котла водогрейного КВ-3СМ.
Фиг. 11. Горелка твердотопливная котла водогрейного КВ-3СМ.
Фиг. 12. Горелка твердотопливная котла водогрейного КВ-3СМ.
При этом под позициями обозначено следующее:
1 - Блок котла;
2 - Бункер топлива;
3 - Топливоподающее устройство;
4 - Горелка твердотопливная;
5 - Жгут бункера;
6 - Датчик переполнения рукава пеллетами;
7 - Датчик низкого уровня пеллет в бункере;
8 - Пульт управления котлом;
9 - Блок автоматики;
10 - Трубка тягонапоромера;
11 - Датчик температуры теплоносителя блока котла;
12 - Датчик избыточного давления;
13 - Датчик температуры в бункере топлива;
14 - Выключатель концевой;
15 - Шланг гибкий (рукав подачи пеллет);
16 - Клапан пожаротушения электрический;
17 - Жгут пульта управления.
18 - Выход газов;
19 - Выход воды;
20 - Вход воды первого контура;
21 - Вход воды второго контура;
22 - К циркуляционному насосу вагона;
23 - Выключатель концевой;
24 - Ввод для питания ТЭНов;
25 - Люк для прочистки бункера.
26 - Зольник;
27 - Дверка топки;
28 - Загрузочная дверка;
29 - Дверка конвективного блока;
30 - Опора;
31 - Ниша для хранения горелки;
32 - Крышка ТЭНов;
33 - Выходной водяной патрубок;
34 - Патрубок для частичного слива воды;
35 - Входной водяной патрубок;
36 - Дымовая труба;
37 - Подвеска;
38 - Конвективный блок;
39 - Крышка;
40 - Патрубок полного слива воды.
41 - Горловина загрузочная;
42 - Корпус датчика;
43 - Кронштейн;
44 - Патрубок;
45 - Скоба;
46 - Крышка люка;
47 - Корпус для датчика температуры;
48 - Горловина разгрузочная;
49 - Дверка заправочной горловины;
50 - Горловина с фланцем топливоподающего устройства;
51 - Плита для установки блоков автоматики;
52 - Крышка люка.
53 - Труба транспортная;
54 - Шнек;
55 - Фланец соединительный;
56 - Патрубок выгрузной;
57 - Корпус датчика переполнения рукава пеллетами;
58 - Кожух;
59 - Мотор-редуктор.
60 - Блок управления;
61 - Камера сгорания;
62 - Плита защитная;
63 - Загрузочный отвод;
64 - Вентилятор;
65 - Запальная свеча;
66 - Датчик пламени;
67 - Разъем подключения вентилятора и блока контроля пламени;
68 - Разъем подключения запальной свечи;
69 - Диффузор;
70 - Ручка;
71 - Колосник;
72 - Уплотнительная прокладка.
Котел водогрейный состоит из блока котла 1, справа от которого расположен бункер топлива 2 для экипировки древесными гранулами. В бункер топлива вмонтировано топливоподающее устройство 3, патрубок которого посредством гибкого шланга 15, изготовленного из негорючего материала, соединен со съемной твердотопливной горелкой 4. На лицевой стороне котла размещен электронный пульт управления 8.
С правой стороны бункера топлива расположен датчик низкого уровня пеллет 7, подающий сигнал на блок сигнализации проводника при достижении предельно низкого уровня пеллет в бункере. В верхней части установлен датчик температуры в бункере топлива 13, предназначенный для включения системы пожаротушения 16, при достижении во внутренней полости бункера температуры выше критической (более 90°С).
Для контроля температуры и давление теплоносителя, водогрейный котел оборудован датчиком температуры 11 и датчиком избыточного давления 12, которые смонтированы в верхней части блока котла.
На патрубке топливоподающего устройства смонтирован датчик переполнения рукава пеллетами 6, при срабатывании которого происходит остановка работы котла водогрейного и подается аварийный сигнал на блок сигнализации проводника.
Приборы контроля и управления соединены между собой электропроводкой, которая сформирована в жгут 5 и закреплена скобами. Жгут крепится к бункеру. На верхней части топливного бункера расположена плита с блоками управления и блоком питания 9.
Дополнительно в вагоне установлены: датчик уровня воды в баке, датчик температуры воздуха в салоне вагона и блок сигнализации проводника, которые соединяются с оборудованием котла через соответствующие кабели электропроводки вагона.
Блок котла является цельносварной конструкцией, включающей в себя наружную водяную рубашку, внутри которой в нижней части расположена топочная камера 27, а сверху - двухходовая конвективная часть 38 щелевого типа. Отвод газообразных продуктов сгорания производится через дымовую трубу 36, расположенную в верхней части блока.
В нижней части топочной камеры расположены чугунные колосники и зольник. На передней стенке блока имеется дверка с люком 29 для прочистки отложений в конвективном блоке, а также люк с дверкой 28 для загрузки топочной камеры блока углем, дровами или брикетами при работе котла в ручном режиме.
На задней стенке блока имеется ниша 31 для размещения твердотопливной горелки при отоплении вагона с использованием каменного угля, дров, брикетов древесных и угольных.
При применении в качестве топлива древесных гранул дверца 27 снимается, а в топочное отверстие котла с помощью крепежных устройств устанавливается твердотопливная горелка. Дверка топки 27 соответственно устанавливается на нишу 31.
В нижней части блока котла расположен зольник 26, выполненный в виде короба для сбора золы.
Для нагрева воды при помощи электроэнергии в задней части блока котла в водяную рубашку вертикально вмонтированы 24 высоковольтных трубчатых электронагревателя (ВВЭН 500/2000). Выводы нагревателей защищены металлическим сварным кожухом 32 с автоматическим устройством (выключатель концевой (поз. 23), предотвращающим возможность работы котла без кожуха. На боковой стенке блока котла предусмотрен патрубок 34 для слива воды при замене высоковольтных нагревателей в случае выхода их из строя и крышка 39, служащая для очистки от накипи водяной полости блока котла во время проведения ремонтных работ.
В нижней части блока котла расположены патрубки 35 для подвода и 40 для слива теплоносителя. В верхней части котла имеется патрубок 33 для присоединения к системе отопления вагона.
Дополнительно блок котла оснащен патрубками 20 и 21 для подсоединения к системе отопления пассажирского вагона.
Блок котла крепится к поддону пола котельного отделения посредством пяти опор 30, приваренных к нижней части корпуса блока. Для монтажа и демонтажа блока в верхней части приварены две подвески 37.
Бункер для древесных гранул является цельносварной металлической емкостью, выполненной из листовой стали марки Ст3пс толщиной 1,5 мм. В конструкции бункера имеется горловина 41 с крышкой 49 для загрузки гранул в бункер, горловина с фланцем 50 для установки топливоподающего устройства, горловина 48 для прочистки бункера, место установки датчика (температуры в бункере 47 и уровня заполнения бункера 42), штуцер подключения системы пожаротушения 44 и монтажный люк с крышкой 46.
Для установки в вагон, а также демонтажа во время ремонтных работ, предусмотрена скоба 45, приваренная в верхней части бункера.
К корпусу бункера приварены кронштейны 43, предназначенные для крепления его к блоку котла.
-1
Шнек топливоподачи предназначен для подачи древесных гранул из бункера через гибкий шланг (рукав подачи пеллет) в твердотопливную горелку. Устройство состоит из безосевого шнека 54, размещенного в транспортной трубе 53. Шнек соединен с мотор-редуктором 59 с напряжением питания 24 В и частотой вращения 36 мин. Мотор-редуктор закреплен на торце транспортной трубы и защищен кожухом 58. В верхней части топливоподающего устройства приварен выгрузной патрубок 56, на котором смонтирован корпус датчика переполнения рукава пеллетами 57. Для крепления топливоподающего устройства к топливному бункеру на транспортной трубе приварен фланец 55.
В нижней части транспортной трубы имеется вырез длиной 130 мм для захвата шнеком древесных гранул.
Горелка твердотопливная предназначена для качественного сжигания древесных гранул ∅ 6 мм и длиной не более 30 мм с зольностью не выше 0,5% в топочном пространстве блока котла.
В конструкцию горелки входят блок управления 60 с камерой сгорания 61 и загрузочным отводом 63, центробежный вентилятор 64 с диффузором 69, устройство розжига (запальная свеча) 65, датчик контроля пламени 66 и плита защитная 62. Внутри камеры сгорания размещен съемный колосник 71. Для удобства демонтажа и монтажа горелка оборудована ручкой 70 и разъемами 67, 68 для отключения питания вентилятора, датчика контроля пламени и устройства розжига (запальной свечи). Плоскость соединения корпуса горелки с блоком изолируется от проникновения продуктов сгорания термостойкой уплотнительной прокладкой 72.
Горелка крепится к фланцу горловины топки блока котла. Перед установкой горелки на блок котла для предотвращения попадания недогоревших гранул в зольник на колосники укладывается сетка жаропрочная.
Блок управления пеллетным котлом (далее БУПК), выполненный на базе программируемого логического контроллера, предназначен для управления работой отопительного аппарата с твердотопливной горелкой. БУПК состоит из программируемого контроллера с установленным программным обеспечением и пульта управления с панелью индикации.
Блок управления обеспечивает:
автоматический пуск и останов котла водогрейного;
представление информации о текущем цикле работы котла водогрейного;
представление информации о ходе выполнения программы розжига котла водогрейного;
представление информации о текущих значениях аналоговых датчиков, подключенных к прибору;
выполняет функции автоматики безопасности с запоминанием первопричины аварийного останова, индикации цикла работы котла водогрейного.
Пульт управления (далее ПУ) представляет собой законченное устройство, состоящее из 4-строчного жидкокристаллического дисплея.
ПУ позволяет осуществлять
индикацию текущего цикла работы контроллера;
вывод оперативной информации и информации об аварийных ситуациях (в случае аварийной остановки котла водогрейного);
изменение значений переменных (уставок) для настройки необходимых режимов работы котла водогрейного, времен циклов, фильтров и т.д.
Индикация на ПУ контроллера представлена свечением светодиодов и сообщениями на ЖКИ.
Технический результат, получаемый при реализации разработанной конструкции отопительного котла, состоит в снижении трудозатрат при техническом обслуживании.