Судовая система отопления

Введение

Для обогрева судовых помещений может  применяться паровое, водяное, электрическое  и воздушное отопление.

Паровое отопление. В грелки, расположенные в помещениях, подводится свежий пар от главного или вспомогательного котла. Перед поступлением в систему отопления в автоматически действующих редукционных 
клапанах давление пара понижается до 0,2—0,3 МПа. За 
редукционным клапаном устанавливается предохранительный, который при аварийном повышении давления стравливает лишний пар. После понижения давления пар осушается в сепараторах. Осушенный пар через распределительную клапанную коробку направляется в отопительную магистраль, из которой по приемным отросткам поступает в грелки. Образовавшийся в грелках конденсат отводится в магистраль конденсационной воды, а затем в теплый ящик, перед которым устанавливают конденсатоотводчик (конденсационный горшок), пропускающий 
воду и задерживающий пар до полной конденсации. Паровое отопление может также выполняться по однопроводной системе. Эта система не имеет трубопровода конденсационной воды. При однопроводной системе уменьшается общая длина трубопроводов, а ее эффективность и равномерный нагрев всех грелок обеспечиваются применением клапанов специальной конструкции.

В качестве нагревательных приборов используются ребристые трубы и радиаторы.

Паровое отопление, как наименее гигиеничное, применяют только в хозяйственных  и бытовых помещениях.

Водяное отопление. Жилые и общественные помещения оборудуют системой водяного отопления. В этом случае грелки нагреваются горячей водой, имеющей температуру 80—90 °С. Водяное отопление может быть одно- и двухпроводным и выполняется по той же схеме, что и паровое, но в системе отсутствуют сепараторы, редукционные клапаны и конденсатоотводчики. Для обеспечения надежной циркуляции система снабжается циркуляционным насосом и расширительным баком, который компенсирует изменение объема воды при нагревании. Маркировка труб водяного отопления — зеленое 
и серебристо-серое кольца.

Электрическое отопление. Оно используется главным образом в помещениях, где необходимо поддерживать постоянную температуру и влажность (штурманская и рулевая рубки, радиорубка, гирокомпасная и др.). Несмотря на сравнительно низкую экономичность, электрическое отопление находит все более широкое применение ввиду его простоты и гигиеничности.

Воздушное отопление. Это одно из наиболее удобных и совершенных способов отопления судов. В этом случае в помещение подается воздух, подогретый в воздухонагревателях до температуры 40 °С. При небольших размерах помещения температура подаваемого воздуха не должна быть выше 25 °С. Подогретый воздух рекомендуется подводить в нижнюю часть помещения, чем обеспечиваются хорошая циркуляция воздуха и равномерный нагрев всего помещения.

Водяное отопление

Основным средством  обогрева помещений на современных  судах внутреннего плавания является водяное отопление. Теплоносителем системы служит вода с температурой не ниже 70 °С и не выше 95 °С. Только в закрытых системах отопления ее температура может достигать 115—120 °С.

Вода нагревается  в котлах-утилизаторах или вспомогательных  водогрейных котлах. Иногда для ее нагрева используют электрические  водонагреватели и камбузные  котлы-плиты. Нагретая вода прокачивается  через систему циркуляционным насосом  или циркулирует вследствие разности плотностей горячей и охлажденной  в грелках воды (естественная циркуляция). Систему с естественной циркуляцией  называют гравитационной.

Систему водяного отопления снабжают расширительным сосудом (баком), реагирующим на изменение  объема воды в зависимости от температуры. Если расширительный сосуд сообщается с атмосферой, система называется открытой, а если нет, — закрытой. В последнем случае изменение  объема воды в системе воспринимается «воздушной подушкой» в расширительном баке.

К основным достоинствам системы водяного отопления, обусловившим ее широкое применение, относят: гигиеничность; умеренную температуру теплоносителя (воды, t = 70-90 °С) при большой аккумуляции теплоты, обеспечивающей устойчивый тепловой режим в отапливаемом помещении; простоту устройства, изготовления и ремонта; бесшумность в работе; безопасность в пожарном отношении. Существенным недостатком системы водяного отопления является ее относительно большая масса.

Система водяного отопления может быть одно- и двухтрубной. В однотрубной системе подача воды к нагревательным приборам (грелкам) и отвод ее осуществляются по одному трубопроводу, а в двухтрубной  — по раздельным. Движение горячей и отработавшей воды может быть одно- и разностороннее, причем вода поступает в грелки сверху или снизу. Горячая вода к грелкам подводится по вертикальным и горизонтальным трубопроводам. Вертикальные магистральные трубопроводы называют стояками.

Различные схемы  включения грелок в системе водяного отопления при горизонтальном расположении магистральных трубопроводов показаны на  рис.1. В двухтрубной системе (рис. 1,а) греющая вода поступает к грелкам сверху вниз. Как видно из рисунка, в данной схеме горячая вода в подводящем и отработавшая вода в отводящем трубопроводах движутся в одном направлении, что послужило основанием называть такие системы попутными, или прямоточными. Двухтрубные системы, в которых горячая и отработавшая вода движется в трубопроводах в противоположных направлениях, называют противоточными. Поступление воды в грелки регулируется кранами 1. 

Рис. 1. Принципиальная схема  установки грелок водяного отопления 

Греющая вода в  двухтрубной попутной системе (рис. 1, б) поступает в грелки снизу вверх. Поскольку в системе грелки расположены выше магистралей горячей и отработавшей воды, то они снабжены пробками 2 для выпуска воздуха. Так же, как и в предыдущей схеме, на входе воды в грелки установлены регулировочные краны 1. Часто их размещают не на входе в грелку, а на выходе из нее. Это улучшает условия работы крана, так как через него в данном случае проходит охлажденная вода, и облегчает обслуживание системы, когда грелки расположены высоко над полом помещения. В однотрубных системах (рис. 1, в, е) греющая вода движется снизу вниз. Эти системы не имеют регулировочных кранов. Воздух из грелок выпускается через пробки 2. Горячая вода в системе, показанной на рис. 1, б, проходит через все грелки. В системе, изображенной на рис.1, г, из-за наличия замыкающих участков через каждую грелку протекает только часть ее. 

На  рис.2 приведена принципиальная схема водяного отопления. Вода, нагреваясь в котле до 80—95° С, поступает по трубе 9 в расширительный бак 8. Расширительный бак принимает часть воды и обеспечивает отвод пара при нагреве через атмосферную трубу 7, 
предотвращая образование в системе паровых мешков. Из расширительного бака вода поступает к клапанной коробке 6 и к грелкам 5, откуда направляется по трубопроводу 2 к насосу 3. Рис.2. Принципиальная схема водяного отопления

, который подает воду в котел 1. Для отопления естественной циркуляцией (при выключенном моторе), возникающей вследствие разности температур нагретой в котле и охлажденной в грелках воды, изготовлен отводной канал. Убыль воды в системе пополняется из запасных цистерн насосом 13, подающим воду в бак 11. Из бака вода поступает в котел через клапан 10, автоматически действующий от поплавка расширительной цистерны. В случае необходимости вода может отбираться из расширительного бака на хозяйственные нужды по трубопроводу 12.

     Общее расположение однотрубной системы  водяного отопления с принудительной циркуляцией изображено на рис. 3. Вода в системе движется по замкнутому кольцу. Направление ее движения показано стрелками. Стояк, идущий от расширительного бака, имеет отвод к водоподогревателю. Горячая вода из последнего поступает к потребителю по автономному трубопроводу (на рисунке не показан). Для осуществления естественной циркуляции в системе при остановленном насосе предусмотрена обводная труба. По ней отработавшая вода из грелок может поступать в котел помимо насоса. Система оборудована необходимой арматурой и приборами.  В двухтрубной системе водяного отопления с естественной циркуляцией нагретая в котле вода поднимается по стояку в расширительный бак, от которого отходят воздушная и переливная трубы. Из бака горячая вода по магистральным трубопроводам подводится к грелкам, расположенным в носу и корме. Отработавшая вода из грелок опускается по трубам вниз и поступает обратно в котел. Для создания циркуляции в системе во время ее прогрева служит ручной насос

Рис. 3. Общее расположение водяного отопления на судне:

1— переливная труба; 2 — водоподогреватель; 3 — воздушная труба:

4 — расширительный бак; 5 -грелка; 6 — циркуляционный насос; 7 — водогрейный котел; 8— обводная труба 

Обычно в системе  водяного отопления применяют водогазопроводные трубы. Для судов на подводных крыльях и воздушной подушке используют трубы из алюминиевого сплава.

Трубы водяного отопления необходимо прокладывать с уклоном не менее 5—10 мм на 1 м  их длины от места разводки (от стояка к водогрейному котлу). Несоблюдение этого требования приводит к застою воды и промерзанию труб, что может  быть причиной аварии системы.

В системах водяного отопления обычно применяют крановую арматуру (чугунную, стальную, бронзовую  и алюминиевую). Это объясняется  тем, что при полном открытии краны  оказывают наименьшее сопротивление  движению воды. 

Паровое отопление

Система парового отопления. Систему парового отопления применяют на морских и речных судах. Основные ее преимущества, простота и сравнительно малый вес.

Теплоносителем  системы парового отопления является сухой насыщенный пар низкого давления(не более 0,3 МПа), получаемый от главных, вспомогательных или утилизационных котлов, проходя по грелкам, пар через их стенки отдает свою теплоту воздуху обогреваемого помещения и конденсируется.

Рис.4. Походной сепаратор.

Принцип действия системы  парового отопления  заключается 
в том, что пар по специальным трубопроводам поступает в грелки, установленные почти во всех жилых и служебных помещениях, кроме специальных, где отопление не предусматривается. Проходя по грелкам, пар конденсируется, отдавая теплоту парообразования окружающей среде, т. е. воздуху помещения. Образовавшаяся в результате конденсации пара в грелках вода отводится обратно в котел для его питания. Теплоотдача пара тем выше, чем меньше он 
содержит влаги. Поэтому для уменьшения влаги пар до входа в грелки пропускается через специальные влагоуловители (сепараторы). действующие на основе резкого изменения направления движения пара.

На рис. 4 показан проходной сепаратор. Пар, поступая в сепаратор через отверстие фланца 2, ударяется об отбойную перегородку с корытцем 4 и опускается вниз. Изменив свое направление и обойдя перегородку, пар поднимается в верхнюю полость 3 и уходит через отверстие фланца, а вода, отделившись от пара, стекает через решетку 5 в нижнюю полость . уходит через отверстие фланца, а вода, отделившись от пара, стекает через решетку 5 в нижнюю полость 1.

   В связи  с тем, что давление пара в паровых котлах высокое, а работа системы парового отопления осуществляется при давлении пара до 2—3 кгс/см², для понижения давления пар пропускается через специальный клапан, называемый редукционным (рис. 5).

   При прохождении  через клапан скорость пара увеличивается  и соответственно уменьшается давление. В случае повреждения редукционный клапан заменяют предохранительным, который при повышении давления в отопительной сети выше 2—3 кгс/см² травит излишний пар в теплый ящик. Проходя через грелки, пар, отдавая тепло окружающей среде, конденсируется в грелках, однако эта конденсация является неполной и часть пара проскакивает в трубопровод. Чтобы заставить конденсироваться весь пар, за грелкой устанавливают конденсационный горшок, а перед теплым ящиком — специальный конденсатоотводчик.

Рис. 5. Редукционный клапан.

1 — полость входа пара;

2 — направляюще втулки;

3 — тарелка; 4 — полость отвода пара: 5 — поршень; 6 — шток:

7 — направляющий цилиндр    

8 —пружина: 9 — шток для регулирования нажиия пружыны: 
10 — труба для удаление пара. 

Рас. 6. Конденсационный термостатический горшок. 
1 — корпус, 2 — сильфом, 3 — крышка, 
4 — прокладка: 5 — игольчатый клапан. 

   На  рис. 6 изображен конденсационный горшок. Когда в прибор (горшок) вместе с конденсатом поступает пар, сильфон под 
действием высокой температуры удлиняется и закрывает выход

среде в конденсатный трубопровод. Задержанный пар конденсируется, и по мере снижения температуры среды сильфон, укорачиваясь, поднимает игольчатый клапан, пропуская конденсат по трубопроводу в питательную цистерну и теплый ящик, или возвращает конденсат в парогенератор.

    В настоящее  время разработаны малогабаритные конденсационные горшки, которые для повышения эффективности системы

Рис. 7. Чугунная литая грелка.

1 — болт; 2 — гайка; 3 — штуцер; 4—фланец. 

Рис. 8. Стальная сварная грелка.

1 — ребро; 2 — труба. 

Рис. 10. Сварная вертикальная грелка.

1 — ребро, 2—кольцо, 3 — труба. 

Рис 9. Радиатор.

7 — заглушка, 2 —  переходная муфта; 
3 — клапан; 4 — секция батареи. 

можно устанавливать на выходе за каждой грелкой. Величина нагревательной поверхности грелок и их количество определяются тепловым расчетом. Грелки изготовляют из меди, чугуна и стали. Ребра грелок бывают круглые и прямоугольные.

   На  рис. 7—10 изображены применяемые на судах грелки.

    Ребристые грелки хорошо передают тепло, но недостаточно гигиеничны. Между ребрами грелок забивается пыль, которая пригорает и дает неприятный запах.

Рис. 11. Однопроводная система парового отопления.

1 — котел; 2 — редукционный  клапан; 3 — предохранительный 
клапан; 4— сепаратор пара (водоотводный); 5 — парораспределительная коробка;

6 — магистраль свежего пара; 7—отростки к грелкам; 8 — грелка; 9 — запорный конденсатный клапан; 10 — отростки конденсатного трубопровода;

11 — запорный игольчатый клапан; 12 — магистраль конденсатного трубопровода;

13 — сборная коробка  конденсата; 14 — отводная  труба 
конденсата; 15 — конденсатоотводчик; 16 — конденсатный трубопровод; 17 — теплый ящик. 

Конструктивно систему парового отопления можно  выполнять па судне по групповому или централизованному принципам.  

Рис. 12. Двухпроводная система парового отопления.

1 — котел; 2 — редукционный клапан; 3 — предохранительный клапан; 4 — сепаратор пара (водоотводный); 5 — парораспределительная коробка; 6 — магистраль свежего пара; 7 —отростки к грелкам; 5 — грелка; 9 — запорный конденсатный клапан; 
10 — отростки конденсатного трубопровода; 11 — запорный игольчатый клапан;

12 — магистраль конденсатного трубопровода, 13 — сборная коробка конденсата;

14 — отводная труба конденсата; 15 — конденсатоотводчик; 16 — конденсатный трубопровод; 17 — теплый ящик. 

На судах малого водоизмещения применяют обычно централизованный принцип построения, во всех остальных случаях — групповой. При групповом принципе вся система разбивается на отдельные участки, обслуживающие палубы, платформы, надстройки и т. д. В зависимости от способа подвода пара к грелкам и отвода от них конденсата системы выполняют двухпроводными и однопроводными. На рис. 11 и 12 даны принципиальные схемы устройства одно- и двухпроводной систем парового отопления.

   Из  схем видно, что при двухпроводной системе все грелки данной группы помещений включаются между трубопроводом свежего пара и магистралью отработавшего пара параллельно, в то время как при однопроводной системе — последовательно. При однопроводной системе отопления не нужен трубопровод отработавшего пара (конденсата), в результате чего количество труб для его монтажа потребуется значительно меньшее, чем при двухпроводной системе. Конструктивно однопроводная система проще, однако клапаны у нее более сложной конструкции, чем устанавливаемые перед грелками, которые должны пропускать пар в грелку, а из неё выпускать конденсат.

При паровом  отоплении обеспечивается более  быстрый прогрев помещения, чем  при водяном, однако аккумуляция  теплоты в системе значительно  меньше. К основным недостаткам системы, ограничивающим ее применение на судах, относят возможность пригорания пыли на грелках вследствие высокой  температуры пара и создаваемый  при работе шум, оказывающий неприятное воздействие на людей.

Системы парового отопления, выполненные по однопроводной  схеме, по массе легче двухпроводных  на 25—30% . Однако нагревательная способность  их грелок ниже, чем двухпроводных, из-за увлажнения пара движущимся вместе с ним конденсатом.

Нагревательные  элементы размещают на расстоянии не менее 50 мм от изолированных и не менее 30 мм от негорючих поверхностей помещения. Это необходимо для противопожарных  целей и создания возможности  циркуляции воздуха у прибора. Как грелки, так и трубы системы крепят на подвесках и кронштейнах.

В местах прохода  трубопроводов парового отопления  через деревянные переборки или  переборки, облицованные сгораемыми материалами, должны быть предусмотрены разделки не менее 50 мм на сторону, облицованные кровельной сталью по слою асбеста  толщиной 2 мм.

Трубы свежего  пара покрывают изоляцией. Как правило, трубы конденсата не изолируют, а  для предохранения людей от ожогов закрывают металлическими кожухами. На трубопроводах не должно быть «мешков», т. е. местного понижения. При неизбежности такого мешка в данном месте устанавливают  спускную пробку.

Воздушное отопление

Рассматриваемая система предназначается для  подачи в обогреваемые помещения  предварительно подогретого воздуха, который одновременно используется и для их вентиляции. Воздух подогревают в специальных теплообменных аппаратах, называемых воздухонагревателями (калориферами).

Воздушное отопление  выполняется без рециркуляции и  с рециркуляцией воздуха. В первом случае подогревают только свежий воздух, с помощью которого вентилируют  помещения. Во втором случае осуществляется дополнительная внутренняя циркуляция воздуха помещений через воздухонагреватели. Вследствие меньших затрат теплоты  на нагревание воздуха системы с  рециркуляцией более экономичны. Системой воздушного отопления оборудуют  жилые, служебные и общественные помещения.

Одна из принципиальных схем системы воздушного отопления  крупного судна изображена на рис.13, а. 

Рис. 13. Система воздушного отопления:

а — принципиальная схема системы; б  — схема местного воздухонагревателя;

1 — вентиляционная головка; 2 — заслонка (шибер); 3 — электровентилятор;

4 — воздухонагреватель; 5 —подвод горячей воды: в — отвод отработавшей воды;

7 — трубопровод рециркуляционного воздуха; 8 — каютный воздухораспределитель;

9 — нагреватель  воздуха; 10 — воздухораспределительный шкафчик;

11—регулировочный клапан; 12— эжекционная головка; 13— подвод воздуха от электровентилятора. 

При данной схеме  для отопления можно применять  наружный, а также рециркуляционный воздух или их смесь. При работе системы наружный воздух через грибовидную вентиляционную головку направляется по трубопроводу в электровентилятор и нагнетается им в воздухонагреватель, по трубкам которого циркулирует горячая вода, Нагретый в нагревателе воздух подводится к трубам и каютам и попадает в них через воздухораспределители. Во время работы системы с рециркуляцией воздуха некоторое количество его поступает в электровентилятор непосредственно из кают, благодаря чему экономится теплота. Поступление в него наружного и рециркуляционного воздуха регулируют с помощью шиберов (заслонок), установленных на приемных воздухопроводах. Для увлажнения воздуха, нагнетаемого вентилятором, используют увлажнитель (на схеме не показан). Воздух увлажняется распыленной водой или паром.

Иногда в системах воздушного отопления дополнительно  к групповому воздухонагревателю размещают  местные воздухонагреватели, располагаемые  в обогреваемых помещениях (рис. 13, б). В местный нагреватель воздух поступает из обогреваемого помещения и после подогрева вновь возвращается в него. Воздух из помещения в шкафчик нагревателя подсасывается эжекционной головкой, в которую свежий воздух нагнетается электровентилятором. Количество воды, протекающее через воздухонагреватель, а значит, и температуру воздуха в помещении можно регулировать посредством регулировочного клапана. Греющей средой в воздухонагревателях на теплоходах обычно служит горячая вода.

Электрическое отопление

Данное отопление  основано на преобразовании электрической  энергии в тепловую, которая грелками передается воздуху помещения. Оно гигиенично и удобно в эксплуатации. Однако такое отопление связано с большими эксплуатационными расходами.

Если теплопотери в помещении составляют Qпом (Вт), то суммарную потребную мощность электрогрелок (кВт) находят по формуле

N = Q_пом/1000

Необходимое число  электрогорелок для данного помещения n_эгр = N/N₁,

где N₁ — мощность электрогрелки, кВт.

Отечественная промышленность выпускает грелки стационарные типа ГС и переносного типа ГП с  мощностью, потребляемой ими, 0,5; 1; 1,5; 2; 2,5 и 3 кВт.

Электрогрелки в зависимости от мощности и напряжения компонуют из отдельных нагревательных элементов. Каждый такой элемент  состоит из стальной трубки, заполненной  кварцевым песком, и пропущенной  через нее спирали, изготовленной  из нихрома. Концы элементов заделывают кремнийорганическим клеем с керамическим изолятором. Срок службы электрогрелки при нормальных условиях ее эксплуатации составляет 6000 рабочих часов.

   Система электрического отопления имеет следующие преимущества: отсутствует пригорание пыли; проста по своему устройству и допускает свободное перемещение грелок с одного места на другое. Однако ввиду высокой стоимости эксплуатации эта система до сих пор не находит широкого применения на судах. 

Вывод

      Для понижения давления, в паровом отоплении, пара до 0,3 МПа на трубопроводе, подводящем пар от котла в систему отопления, устанавливают редукционный клапан. За ним размещают манометр и предохранительный клапан, служащий для предохранения системы от возможного повышения давления пара в случае неисправности редукционного клапана. При повышении давления пара в системе сверх установленного предохранительный клапан стравливает излишний пар в атмосферу.

     Жилые и общественные помещения устанавливается водяное отопление оборудуют системой водяного отопления. В этом случае грелки нагреваются горячей водой, имеющей температуру 80—90 °С. Водяное отопление может быть одно- и двухпроводным, (по массе однопроводное легче на 25—30%) и выполняется по той же схеме, что и паровое, но в системе отсутствуют сепараторы, редукционные клапаны и конденсатоотводчики.

Воздушное отопление  выполняется без рециркуляции , при котором происходит подогревание только свежего воздуха, и с рециркуляцией воздуха, в котором осуществляется дополнительная внутренняя циркуляция воздуха помещений через воздухонагреватели