Самостійна робота № 38

Водяне опалення пасажирських вагонів.

В системі водяного опалення вода є теплоносієм. Система водяного опалення вагону негерметична, вважається системою низького тиску. Температура води, що циркулює не повинна перевищувати 100⁰ С. Циркуляція води в системі опалення натуральна, але передбачено можливість її підсилення циркуляційним насосом.

Системи водяного опалення пасажирських вагонів умовно можна класифікувати по ознаках: по способу підводу гарячої води до нагрівальних батарей, по характеру горіння палива у котлі, по компонуванню розширювача.

По способу підводу води до нагрівальних батарей розрізняють системи опалення з верхнім та нижнім розведенням. Верхнє розведення (рис.1) характерне розташуванням труб, що підводять до батарей гарячу воду над підвісною стелею пасажирського приміщення. При нижньому розведенні(рис.2) гаряча вода з котла 1спочатку поступає у розширювач 2, з нього по стояку 3 опускається до опалювальних батарей 5 купейної сторони вагону і далі через з’єднувальну трубу6 переходить до опалювальної батареї 8 коридорної сторони, після чого циркуляційним насосом 9 повертається в котел для повторного нагрівання.

На відміну від рис. 1 показано калорифер 4 і кран 7 для випуску повітря. З’єднувальній трубі 6 надано П-подібна конфігурація в зв’язку з необхідністю обійти по верху коридорний прохід з не котлової сторони вагону.

Співставляючи рис.1 і 2, можна побачити, що при нижньому розведенні температура води в стояці 3, що вийшла з розширювача, вище ніж в трубах-стояках 2 при верхньому розведенні, де шлях води до стояків довший і вона встигає більше охолонути. Звідси в системах водяного опалення з натуральної циркуляцією води при нижні ньому розведенні труб статичний напір менше, ніж при верхній.

По характеру горіння розрізняють котли верхнього горіння, в яких паливо горить згори

вниз, і котли нижнього горіння, в яких паливо горить знизу вгору.

Котел з комбінованим (електровугільним) підігрівом води в нижній частині має розширену водяну “рубашку” 1 (рис.3) з розрахунку на встановлення електричних трубчастих нагрівальних елементів (ТЕН) 2. На фланцевому кінці в зоні топки розташовані три ізолятори 5 для під єднання дротів високої напруги. На нижній частині кожуха котла передбачено болт заземлення, до якого приєднана заземляючи шина. Нагрівальні елементи закриті захисним кожухом 4, який прикріплений до котла болтами. При огляді електричної частини котла кожух підвішується ланцюгами 3. На кожусі встановлене блокування для безпеки обслуговуючого персоналу.

Трубчасті електричні нагрівальні елементи встановлені навколо вогневої коробки в кількості 24 шт. Нормальна напруга одного елемента 500В, потужність 2 кВт, опір ізоляції не менше 100 Ом. Елемент має масу 4 кг.

Електричний нагрівальний елемент (рис.4) являє собою сталевий кожух 7, який відділений від кварцової трубки 8 шаром графітового порошку 6 і гумової прокладки 13. Конструкція забезпечує необхідну ізоляцію частин, що знаходяться під напругою 500В, добру теплопередачу і високу механічну міцність.

Теплова енергія від нагрівальної спіралі 9 відводиться до кварцової трубці променем пускання. Далі теплова енергія відводиться до сталевого кожуху до води. Спіраль 9 навита на керамічний стержень 10, нижній кінець її приварений до пружини 12, що компенсує здовження дроту при нагріванні. Підведення живлення до ТЕН здійснюється через затискач 1, що проходить крізь ніпель 2, і контакт 4, закріплений на керамічному ізоляторі 3.

Від корозії і нашарувань накипу сталевий кожух захищений водо- і термостійким лаком. Зверху лак у три шари покритий силіконовою фарбою. Для підвищення стійкості покриття кожух при виготовленні обпікають послідовно при 130 і 200⁰ С. При відгвинчуванні болтів 5 керамічний стержень 10 разом зі спіраллю 9 та ізолятором 11 легко видаляється із сталевого кожуху 7.

Опалювальний котел нижнього горіння типу НЕТН 40/1 використовується у вагонах міжнародного сполучення габариту 03-Т (РИЦ). Вугілля в топкову шахту завантажується через люк, розташований в середній частині по висоті котла і закривається дверцятами 12 (рис.5).

Низьке розташування колосників 3 утворює глибоку топкову шахту. Для покращення повітряної тяги передбачено додаткову щілини 13. Притік свіжого повітря під колосникову решітку здійснюється через нижній люк з двоствірчатими дверцями14 з фіксатором 1. Для зручності очищення від золи підлога зольника 2 виготовлена похилою.

Водяна “рубашка” 6 котла об’ємом 100 л вкрита шаром ізоляції 8. Похилі плоскі жарові труби 4, підвищують теплопродуктивність котла до 50 кВт. Для відведення продуктів згорання передбачена димохідна труба 5. Нагріта вода відводиться через патрубок 7, а холодна підводиться через патрубок 9. Температура води в котлі контролюється термометром 10, штуцер якого має роз’єднувальний кран11. Маса котла без води близько 520 кг.

Калорифер (повітропідігрвач) є теплообмінним апаратом, в якому підігрівається повітря, що подається системою вентиляції у вагон.

Водяні калорифери вагонів типів 47Д, 47К і габариту 03-Т призначені для підігріву в зимовий час свіжого вентиляційного повітря. Каркас 1 (рис.6)калорифера забезпечує потрібну жорсткість конструкції. На його боках зроблені два колектори 2, на дні яких впаяні 24 труби 7 з ребрами. Колектор з патрубками 3 і 5 має всередині перегородку 4, що обмежує потік гарячої води на вхідний та вихідний. Крім патрубків 3 і 5, калорифер має один допоміжний патрубок 6 для випуску повітря при заповненні системи опалення водою. Теплопродуктивність калорифера при 90⁰ Складає 17500 ккал/год.

На вагонах типу 47 К до установок кондиціювання повітря є другий калорифер – електричний, який призначений для підігрівання свіжого повітря, що поступає у вагон в перехідні періоди року.

Електричний калорифер являє собою металевий корпус, зварений з листової сталі у вигляді прямокутного коробу 1 (рис.7) прохідним січенням для потоку повітря 1150х400 мм. По периметру корпус забезпечений фланцем 4 під болти. Всередині корпусу на ізоляторах закріплено шість трубчастих нагрівальних елементів (ТЕН) 3 потужністю по 1 кВт. Між собою елементи з’єднані паралельно і розраховані на живлення струмом напругою 125 В.

Вузол плавкого запобіжника являє собою металеву кришку 2 (рис.8) з ручкою 1 і двома циліндричними стійками ізоляторами 3. Висота стійок вибрана з розрахунком, щоб плавка вставка 4 знаходилася в самому теплому місці повітряного потоку. Плавка вставка, виготовлена із сплаву вісмуту, кобальту, олова та інших металів, має температуру плавлення 70⁰ С. Із зовнішньої сторони кришки зроблені затискачі 5, до яких підводиться електричний струм.

До обігрівальних приладів пасажирських вагонів відносяться опалювальні батареї, що розташовані в туалеті. Кожна батарея складається з двох секцій: верхньої 2 (рис.9) і нижньої 5, з’єднаних трубою 6. Секції відлиті із сірого чавуну. До стіни 7 вагону прикріплені спеціальними кронштейнами 8. Для приєднання магістральних труб 4 з теплоносієм секції мають литі бобики з різьбовими отворами. На верхній секції передбачений регулювальний вентиль1. Для зливання залишків води при консервуванні на зиму в нижніх точках обох секцій передбачені курки 3.

До допоміжного обладнання відносяться насоси. Ручний поршневий насос складається з чавунного корпусу 1 (рис.10) з клапанною коробкою, клапанів 3 і 2 і поршня 10 з шатунами 6 і 8.У клапанній коробці, що з’єднана зі всмоктувальним та нагнітальним каналами корпусу, є 4 отвори, де розташовані два нагнітальні 3 і два всмоктувальні 2 клапани. Клапани насосу тарілчасті бронзові; сідла клапанів латунні. Зверху клапанна коробка закрита кришкою, закріпленою болтами. Ручка 5 насосу насаджена на рукоятку, що сидить на хвостовику 4 вала. Другий кінець валу за допомогою шатунів 6 і 8 і пальця 9 з’єднаний з поршнем 10. Ущільнення поршня в циліндрі здійснено поршневими кільцями, що розташовані в канавках поршня. Нанос

приводиться в дію ручкою 5. В нижній частині корпусу насосу є курок 7 на випадок зливання залишків води при консервації вагону на зимній час.

Система опалення вагону типу 47Кк і вагону-ресторану СКк (рис.11) з комбінованим підігрівом теплоносія має котел 19 з поверхнею нагрівання 2,92 м², площею колосникової решітки 0,245 м² і теплопродуктивністю 45 кВт. Котел вміщує близько 171 л води. Маса котла без води і електронагрівальних елементів 20 близько 450 кг. Загальна маса 725 кг. Розрахунковий тиск у водяній “рубашці” 49,05 МПа.

Система складається з трьох взаємодіючих контурів. Перший контур (опалювальний) має котел 19 з електронагрівачами20, розширювач 6, верхні розвідні труби 8, стояки 9 з повітровипускними трубами 10, опалювальні батареї 11, розташовані в туалетах. І трубу-перемичку 24, насоси ручний 27 і відцентровий 16 з електроприводом. При використанні ручного насосу циркуляція води виконується по трубопроводу з відкритими вентилями 25 і 28. При включенні відцентрового насосу заслінки 17 і 21 закривають. Теплоносій по трубі 15 перекачується в обхід вентиля 17 і, виходячи з труби 18, нагнітається в котел. Рівень води в системі контролюється по гідрометру 26, а температура – по дистанційному термометру 5 манометричного типу. На випадок зливання води з системи при консервації вагону для зимного відстою передбачені спеціальні вентилі 14, 23 та ряд інших, встановлених в нижніх точках системи. Для видалення із системи осаду і шламу є трудовики 22.

Другий контур – калориферний – складається з калорифера 3, через який вентиляторами 2 продувається свіже повітря, і систем труб, що з’єднують через магнітний вентиль 4 з розширювачем і насосом 16. Рівень води в розширювачі контролюється за допомогою двох труб 7, що вказують на максимальний і мінімальний рівні.

Третій контур – бойлерний. Вода в бойлері 1 для туалету нагрівається за рахунок тепла, що розноситься по системі опалення теплоносієм.

Система має декілька вузлів, в тому числі трубу-перемичку (перехід) 24, тепловий компенсатор 13, магнітний клапан 4, реле мінімального рівня води і реле максимальної температури.

Труба-перемичка з’єднує купейну і не купейну частини системи опалення, знаходиться в підлозі. Труба 2 (рис. 12) обернена в ізоляцію 1 і укладена в металевий кожух 5. Труба має плоску форму. Ззовні дільниця підлоги над кожухом виготовлений у вигляді зйомного люка 3 з металевим огородженням 4 (порогом).

Тепловий компенсатор (рис.13) утворює з’єднання труб із збереженням герметичності. Одна труба залишається нерухомою, а інша 9 – рухомою. Для цього до фланця 8 рухомої труби через прокладку 7 кріпиться фланець 6 рухомої втулки 5. Протилежний кінець рухомої втулки входить у втулку 1, а зазор між ними заповнений сальникової набивкою 2. При підтіканні води набивка ущільнюється втулкою 3 за рахунок підтягування болтів 4.

Реле мінімального рівня води складається з верхньої 7 (рис.14) і нижньої 9 частин, стягнутих болтами. Між цими деталями затиснена еластична діаграма 6 металевої вставкою 3. Замкнена порожнина нижньої частини через штуцер 8 заповнюється водою з розширювача 12 котла опалення, а через штуцер 10 з’єднується з атмосферою. Під дією напору водяного стовпа діафрагма вигинається вгору. Цьому запобігає пружина 5, яка регулюється різьбовою втулкою2. Якщо тиск води під діафрагмою перевищує жорсткість пружини, то діафрагма вигинається горбом вгору і за допомогою штока 11 встановить контакти мікро вимикача 1 в замкнене положення.

Якщо рівень води у розширювачі 12 опуститься на 200±20 мм нижче встановленої норми, то пружина 5 осадить діафрагму вниз до упора в обмежувач 4. При цьому шток 11 також опуститься і контакти мікро вимикача розірвуть ланцюг системи автоматичного включення високої напруги на контакти ТЕН.

Реле з поплавковим магнітом (рис.15) складається з алюмінієвої головки 1 і корпусу 2. В головці укріплена скляна колба 3 з парою контактів 5. При переміщенні поплавка 7 по направляючій втулці 4 з латуні нижче рівня контактів останнє під дією магнітного поля розмикаються, розриваючи відповідні ланцюги в системі подачі напруги на ТЕН. При підвищенні рівня води поплавок 7 спливає і магнітне поле, що випромінюється магнітом 6, замкне контакти 5, поновивши раніше розірваний ланцюг.

Магнітний клапан встановлений на трубі подачі гарячої води в калорифер. Корпус клапана має прохідне січення 52 мм. Котушка електромагніта живиться постійним струмом 52 або 110 В в залежності від типу вагону.

Клапан (рис.16) складається з чавунного корпусу 1, феромагнітної втулки 7 з котушкою 2 і кришки 3. Всередині кришки знаходиться кульковий клапан 5 із корозійної сталі. Між торцем стержня і кришкою закріплена феромагнітна шайба 4, в яку запресоване латунне кільце 6 з сідлом.

Корпус, феромагнітний стержень, шайба і кульковий клапан утворюють магнітний ланцюг. При наявності в котушці електричного струму кульковий клапан під дією магнітної сили притягається до шайби і закриває клапан, завдяки чому циркуляція води через калорифер припиняється. В стані знеструмлення котушка кульковий клапан відпадає від шайби, відкриває хід воді. Включення клапану виконується автоматично під контролем ртутних контактних термометрів.

Теплове реле (рис.17) складається з датчика і контактної частини. При підвищенні температури в системі контролю до заданій величині рідина з високим коефіцієнтом об’ємного розширення, що заповнює порожнину датчика 3, стискає сильфон 6, який працює подібно пружині на розтяг та стиснення. Стискаючись, сильфон через пружину 2 натискає на шток 7, який діє на важіль, притискає рухомий контакт 1 до нерухомого - реле включається і забезпечує ТЕН котла. При пониженні температури води тиск рідини в датчику падає, сильфон розтягується і замикає контакти. Температура уставки регулюється зміною затягнення пружини.

Датчик реле встановлений вертикально і з’єднаний з привареним до труби 4 патрубком 5. Корпус реле заземлений. Дроти до реле підвішені через спеціальний патрубок і ущільнені затискним карболіт ним штуцером. Простір між дротом і штуцером заповнено мастикою.