КОТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ СИСТЕМ ЖИДКОСТНОГО ОТОПЛЕНИЯ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ВАГОНА

Техническое решение относится к области железнодорожного транспорта, а именно, к вспомогательному оборудованию пассажирских вагонов и может быть использовано в системах жидкостного отопления пассажирских вагонов.
Известен (RU, патент 45124) котел комбинированный пассажирского вагона, содержащий наружную рубашку, внутри которой расположены газоход, топочная камера, зольник с крышкой, фланец и электронагревательные элементы в нижней части водяной рубашки, причем электронагревательные элементы установлены с наклоном к оси котла.
Известна (RU, патент 2233757) система отопления пассажирского железнодорожного вагона, содержащая замкнутый контур отопления, состоящий из радиаторов водяного отопления, устройства для нагрева воды и водяного насоса, и систему электропитания, причем в качестве устройства для нагрева воды использован теплогенератор, работающий по принципу прямого преобразования кинетической энергии потока жидкости в тепловую, причем выход теплогенератора соединен байпасной линией со входом водяного насоса, а на байпасной линии по ходу движения воды установлен эжектор низкого давления.
Известно также (RU, патент 2236641) средство отопления пассажирского вагона. Указанное средство содержит корпус камеры сгорания, колосники со щелью, зольник для приема шлака, каналы для подачи воздуха, люк для загрузки топлива, совмещенный с
поддоном, над которым размещен бункер с топливом. Колосники и поддон снабжены установленными с возможностью перемещения относительно них лопатками для передвижки топлива. Между корпусом топки и верхним колосником выполнен паз для перевода топлива из верхней в нижнюю часть зоны горения.
Недостатком всех выше приведенных систем обогрева пассажирского вагона следует признать отсутствие системы контроля и управления процессом отопления, которое может привести, с одной стороны, к созданию пожароопасной ситуации, и, с другой стороны, к созданию некомфортной обстановки в вагоне.
Техническая задача, решаемая посредством использования котла разработанной конструкции, состоит в обеспечении возможности использования на железнодорожном пассажирском транспорте современной, надежной и экономичной системы теплоснабжения.
Технический результат, получаемый при реализации разработанной конструкции отопительного котла, состоит в обеспечении возможности автоматизации процесса отопления вагона.
Для достижения указанного технического результата предложено использовать разработанную котельную установку для систем жидкостного отопления железнодорожных вагонов. Разработанная котельная установка содержит блок котла, бункер для хранения топлива, содержащий шнек топливоподачи с приводом для подачи топлива к топочному устройству, предпочтительно, горловину для ручной загрузки топлива, выполненную с возможностью размещения в тамбуре, предпочтительно, горловину для механической загрузки топлива, выполненную с возможностью размещения на внешней стороне вагона, и блок управления котлом в автоматическом режиме, выполненный с возможностью
расположения в котельном отделении вагона. В предпочтительном, но не исключительном варианте реализации, блок управления котлом выполнен с возможностью приема и обработки информации от, по меньшей мере, датчиков температуры теплоносителя в жидкостной рубашке и отопительной системе, датчиков температуры воздуха в обогреваемом помещении (вагоне), датчика уровня топлива в бункере. Преимущественно блок управления котлом выполнен на базе микропроцессора, с возможностью воздействия, по меньшей мере, на тэн, служащий для розжига котла (установлен в топочном устройстве-горелке), на вентилятор принудительной подачи воздуха при управлении процессом горения (установлен в топочном устройстве-горелке), на привод шнека, управляя процессом подачи топлива. Кроме того, блок управления котлом выполнен с возможностью отключения электропитания на котел, тем самым, останавливая работу котла в автоматическом режиме, при превышении температур теплоносителя и воздуха, при падении до низшего уровня топлива в бункере, при падении напряжения в электрической сети, при выходе из строя тэна для розжига котла, вентилятора, привода топливоподачи, датчиков температур и уровня топлива. Предпочтительно на передней стенке блока котла расположены четыре люка с дверцами, предназначенные для очистки внутренних поверхностей двухходовой конвективной части, для ручной загрузки твердого топлива, для установки топочного устройства для сжигания пеллет и для удаления золы. Как альтернативный вариант нагрева жидкости в жидкостную рубашку блока котла вмонтированы электрические нагреватели, выполненные из нержавеющей стали. Для расширения возможностей разработанного устройства топочное устройство и конвективная часть блока котла могут быть выполнены с возможностью сжигания, с высоким КПД древесных и торфяных
пеллет, древесных и торфяных брикетов, а также каменного угля и дров. Обычно конструкция и расположение конвективной части бывают выполнены с возможностью осуществления ее очистки в эксплуатационных условиях. Для обеспечения возможности работы в автоматическом режиме подачи топлива бункер может быть оснащен датчиком уровня топлива, который посылает сигнал на блок управления котельной установкой, световой и звуковой сигнал, оповещающий проводника о низком уровне топлива в бункере. Преимущественно бункер оснащен системой пожаротушения.
Разработанная конструкция котла для систем отопления пассажирских железнодорожных вагонов представляет собой цельносварную конструкцию, содержащую наружную жидкостную рубашку, внутри которой в нижней части расположены топочная камера и сверху двухходовая конвективная часть в виде дымогарных труб. В нижней части топочной камеры расположены чугунные колосники и зольник. Для нагрева жидкости (вода, тосол, антифриз) в жидкостную рубашку разработанного устройства вмонтированы электрические трубчатые нагреватели (ТЭНы). Закрывающий их кожух представляет собой коробчатую конструкцию, полностью изолирующую область установки ТЭНов от внешнего пространства, исключая тем самым возможность контакта ТЭНов с обслуживающим персоналом или пассажирами. На передней стенке выполнены четыре люка с дверцами, предназначенными для обеспечения возможности очистки внутренних поверхностей устройства от сажи, для загрузки угля, для установки устройства для сжигания пеллет и для удаления золы. В нижней части устройства установлены патрубки для подвода воды и ее слива, в верхней части установлен патрубок отвода воды.
В случае использования в качестве топлива пеллет в топочное устройство дополнительно устанавливают устройство, облегчающее
их сжигание. Указанное устройство представляет собой горелку с электротеном для розжига топлива и вентилятора для принудительной подачи воздуха. Регулирование нагрузки производится по заданию температуры воды в подающем трубопроводе в зависимости от температуры наружного воздуха. Диапазон регулирования нагрузки 10-100°С автоматической остановкой котла при погасании факела в горелке. Горелка работает в полном автоматическом режиме, простая по своему устройству и удобна в эксплуатации. Посредством гибкого рукава, выполненного из негорючего материала, указанное устройство соединяют со шнеком подачи пеллет из бункера. Бункер топлива в предпочтительном варианте имеет объем 0,5 м и размещен возле блока котла. Для обеспечения пожарной безопасности разработанного устройства предусмотрена подача воды из системы пожаротушения в бункер топливоподачи.
На графическом материале приведены внешний вид и отдельные элементы разработанного устройства. На фиг.1-фиг.6 использованы следующие обозначения: блок 1 котла, горловина 2 для ручной загрузки топлива в бункер, бункер 3 для хранения топлива, мотор-редуктор 4 топливоподачи, шнек 5 топливоподачи, рукав 6 топливоподачи, устройство 7 топочное, люк 8 доступа к конвективной части, дополнительный люк 9 топки котла, основной люк 10 топки котла, люк 11 зольника, горловина 12 сброса топлива из бункера, люк 13 горловины 12 сброса топлива из бункера 3, насос 14 системы пожаротушения, резервуар 15 жидкости системы пожаротушения, насос 16 ручной подкачки, ящик 17 зольника, электротены 18, кожух 19 защиты блока электротенов 18, конвективная часть 20, горловина 21 для механизированной загрузки топлива в бункер 3, окно 22 загрузки топлива, лаз 23 к бункеру, дверь 24 в котельное отделение, блок 25 управления котельной установкой.
Разработанное устройство устанавливают в котельном отделении железнодорожного пассажирского вагона, имеющем дымоход. Естественная вентиляция должна обеспечивать троекратный воздухообмен в течение часа, не считая воздуха, необходимого для горения. Дымоход должен обеспечивать стабильную тягу вне зависимости от температуры и направления ветра за пределами вагона.
Используемая совместно с разработанным устройством система отопления должна включать, кроме разработанного устройства, коллектор, расширитель, дефлектор дымовой трубы, разводящие и отопительные трубопроводы, трубопроводы спуска воздуха и слива, ручной насос, электронасос и арматуру для регулирования и управления.
Отопление вагона осуществляют посредством нагрева воды путем сжигания топлива или работы ТЭНов. Нагретая вода поступает через коллектор в верхние разводящие трубы отопительной системы и стояки, а затем в нижние обогревательные оребренные трубы, где, отдавая тепло окружающему воздуху, охлаждается и возвращается обратно в котел. Образующийся пар отводят по трубопроводам через коллектор в расширитель.
Разработанное устройство, коллектор, расширитель, ручной насос, электронасос, часть трубопроводов и арматуры, а также блок управления размещены в котельном отделении вагона. Коллектор предназначен для присоединения трубопроводов и установки приборов. Расширитель предназначен для сбора расширяющейся при нагреве жидкости и образующегося пара. Насос ручной (поршневой) предназначен для пополнения системы отопления жидкостью из внешнего источника (в случае использования в системе отопления воды насос предназначен для перекачивания воды в систему
отопления из системы водоснабжения). Электронасос предназначен для усиления циркуляции жидкости по системе отопления при низких температурах наружного воздуха. Дефлектор служит противопожарным устройством и установлен на дымовой трубе. Блок управления котлом выполнен с возможностью приема и обработки информации от, по меньшей мере, датчиков температуры теплоносителя в жидкостной рубашке и отопительной системе, датчиков температуры воздуха в обогреваемом помещении (вагоне), датчика уровня топлива в бункере. Блок управления котлом, предпочтительно, выполненный на базе микропроцессора, воздействует, по меньшей мере, на тэн, служащий для розжига котла (установлен в топочном устройстве-горелке), на вентилятор принудительной подачи воздуха при управлении процессом горения (установлен в топочном устройстве-горелке), на привод шнека, управляя процессом подачи топлива. Кроме того, блок управления котлом отключает электропитание на котел, тем самым останавливая работу котла в автоматическом режиме, при превышении температур теплоносителя и воздуха, при падении до низшего уровня топлива в бункере, при падении напряжения в электрической сети, при выходе из строя тэна для розжига котла, вентилятора, привода топливоподачи, датчиков температур и уровня топлива. Перечень указанных датчиков и исполнительных систем не исчерпывает возможные варианты реализации блока управления. При автоматизированной работе разработанной конструкции с использованием указанного блока управления проводник проверяет визуально наличие топлива в бункере, выставляет, путем переключения тумблера, качество топлива (калорийность), включает запуск. После этого шнек топливоподачи наполняется топливом, включается тэн розжига, подается топливо, включается вентилятор,
который гонит горячий воздух на гранулы, гранулы воспламеняются, и котел заработал (тэн розжига выключается).
В любом варианте использования перед началом эксплуатации необходимо заполнить систему отопления, а также жидкостную рубашку разработанного устройства жидкостью - теплоносителем. Желательно удалить из элементов котла золу и сажу.
При использовании в качестве топлива каменного угля на колосники помещают растопочные дрова и поджигают их. Люк зольника должен быть открыт. На горящие дрова постепенно загружают каменный уголь, предпочтительно, мелкозернистый. После возгорания мелкозернистого угля загружают крупные куски смоченного водой угля. Контроль за температурой нагреваемой жидкости осуществляют с использованием дистанционного термометра. При необходимости для усиления полноты сгорания регулируют тягу люком зольника. После окончания работы убирают из топочного отделения шлак, а из зольника - золу.
При использовании в качестве топлива пеллет в топочное устройство устанавливают указанное устройство, облегчающее сгорание пеллет. Подключают его к бункеру топлива и заполняют бункер пеллетами. Блок управления позволяет осуществлять их сжигание в автоматическом режиме.
Применение разработанного устройства обеспечивает возможность автоматизации отопления железнодорожного пассажирского вагона.