鐵路動(dòng)車組密閉式集便器真空卸污系統(tǒng)設(shè)計(jì)

鐵路動(dòng)車組密閉式集便器真空卸污系統(tǒng)設(shè)計(jì)

真空洗脫技術(shù)在歐洲和一些發(fā)達(dá)地區(qū)已經(jīng)發(fā)展了30多年。在國(guó)外，真空洗脫液廣泛應(yīng)用于汽車維修部門、大型車站和海外港口的檢測(cè)系統(tǒng)。例如，德國(guó)慕尼黑、漢書修復(fù)部門、波特和漢諾威客人等。通過設(shè)置真空卸污系統(tǒng),極大地提高了客車整備效率、改善了整備作業(yè)條件,具有安全可靠、衛(wèi)生條件好等特點(diǎn)。目前隨著我國(guó)鐵路動(dòng)車組的發(fā)展,已有70多處動(dòng)車所和大型客站設(shè)置了真空卸污系統(tǒng),投入使用年限超過6年。真空卸污系統(tǒng)作為列車整備的關(guān)鍵設(shè)備,其可靠安全性直接影響著列車整備運(yùn)營(yíng)。在真空卸污系統(tǒng)中,真空管道設(shè)計(jì)是決定系統(tǒng)能否實(shí)現(xiàn)真空的關(guān)鍵。筆者以上海南動(dòng)車所真空管道為研究對(duì)象,在借鑒國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上,結(jié)合國(guó)內(nèi)大量的實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn),分析真空管道特點(diǎn)及系統(tǒng)要求,探討其關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì),對(duì)真空管道設(shè)計(jì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行檢驗(yàn)。1最小停時(shí)要求針對(duì)管道內(nèi)氣、液、固三相混合流的介質(zhì),真空管道設(shè)計(jì)主要影響因素如下:①峰值卸污量高峰時(shí)需要卸污的列車數(shù)量,即同時(shí)卸污的污物箱數(shù)量。鐵路卸污系統(tǒng)通常按照每套機(jī)組4個(gè)污物箱同時(shí)卸污設(shè)計(jì),真空管道也按照1條卸污線4口同時(shí)卸污設(shè)計(jì)計(jì)算。②卸污停時(shí)要求對(duì)于動(dòng)車檢修庫(kù)庫(kù)內(nèi)卸污,檢修停時(shí)要求一般為1.5h;對(duì)于鐵路車站卸污,整備停時(shí)要求一般為15~30min。真空卸污系統(tǒng)要滿足最小停時(shí)要求。③氣水比氣水比是真空管道設(shè)計(jì)的主要參數(shù),如果氣水比過低,進(jìn)入管道氣體少,當(dāng)下一次排污時(shí),阻力增大,流速減慢。如果氣水比過大則耗能過大,所以選擇合適的氣水比是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。氣水比一般按照(4∶1)~(6∶1)計(jì)算。④工作真空度真空管道工作真空值為35~70kPa,管道末端穩(wěn)定時(shí)真空度≥30kPa。⑤坡度真空管道設(shè)計(jì)坡度一般要求大于0.1%,在特殊情況下水平鋪設(shè)。⑥關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)在真空管道設(shè)計(jì)中需設(shè)置一定的傳輸關(guān)鍵節(jié)點(diǎn),并根據(jù)管道的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)數(shù)量估算真空損失。真空管道控制點(diǎn)為距離真空中心最遠(yuǎn)的卸污點(diǎn),真空管道設(shè)計(jì)首先要保證真空損失不能超過最不利點(diǎn)的要求。2真空機(jī)組國(guó)外鋼上海南動(dòng)車所為四線檢查庫(kù),峰值卸污量為4列16編組動(dòng)車同時(shí)進(jìn)行卸污;檢修停時(shí)為1.5h;氣水比按照4∶1設(shè)計(jì);真空度范圍為35~65kPa;管道坡度約0.1%。根據(jù)以上參數(shù)確定真空機(jī)組采用EVAC186-184QM,可滿足4口同時(shí)卸污要求,同時(shí)配套的真空管道采用外徑為de160的高密度聚乙烯管材,PE100,PN1.0MPa。在真空管道設(shè)計(jì)中共設(shè)置了3個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。真空管道系統(tǒng)原理如圖1所示。2.1關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的設(shè)置真空管道設(shè)計(jì)要保證整個(gè)系統(tǒng)中氣水不能發(fā)生分離。當(dāng)管道繞行障礙物時(shí)易發(fā)生氣水分離,如何設(shè)計(jì)這些關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)以阻止氣水分離是管道設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。系統(tǒng)設(shè)置的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)越多則水頭損失越大,因此應(yīng)盡量減少真空管道的轉(zhuǎn)彎及縱向提升。上海南動(dòng)車所的真空管道共有3個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn),即節(jié)點(diǎn)2、節(jié)點(diǎn)3和節(jié)點(diǎn)6(見圖2)。在實(shí)際工程中,關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)也常常被設(shè)計(jì)成鋸齒形狀。2.2縱向提升高度對(duì)于真空卸污管道系統(tǒng),其提升段累計(jì)高度不宜大于3m,以保證最遠(yuǎn)點(diǎn)真空值達(dá)到30kPa。節(jié)點(diǎn)2、節(jié)點(diǎn)3、節(jié)點(diǎn)6均為縱向提升高度,三者之和為0.40+1.45+0.90=2.85m<3m,滿足提升高度要求。當(dāng)縱向提升彎為鋸齒形狀時(shí),同樣要求提升高度總和<3m。2.3管道順?biāo)鞣较虻綑C(jī)房上海南動(dòng)車所真空管道的坡度約為0.1%,管道順?biāo)鞣较虻綑C(jī)房。在設(shè)計(jì)中根據(jù)實(shí)際情況,當(dāng)有難度無法設(shè)置坡度時(shí),可以考慮管道局部水平,但是嚴(yán)禁逆坡。2.4特殊配件連接當(dāng)管道連接時(shí),如支管接入、兩條管道合并、管道轉(zhuǎn)彎處,均需采用特殊配件連接。當(dāng)管材采用工程塑料時(shí)要求采用2個(gè)45°彎頭組成90°彎頭,彎頭角度必須小于45°,嚴(yán)禁使用90°彎頭。對(duì)于鋼管則最小半徑為3D(見圖3)。2.5干法管接入支管接入主干管必須采用小于45°的斜三通,以減少管道紊流及真空損失,降低氣水分離。支管沿著水流方向從主干管上方以小于45°接入主干管,嚴(yán)禁從主干管下方接入。上海南動(dòng)車所的設(shè)計(jì)中節(jié)點(diǎn)1為支管接入干管的連接,采用45°異徑斜三通連接。節(jié)點(diǎn)4和節(jié)點(diǎn)5為管道合并時(shí)采用的等徑斜三通,具體方式如圖4所示。在實(shí)際工程中當(dāng)單元井中的支管與干管相連時(shí),受空間限制,必須采用電熔連接才能保證焊接質(zhì)量,而且所需的電熔套筒、彎頭等管件比較多,所以真空管道的造價(jià)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于同等材質(zhì)的給水、燃?xì)夤艿?。支管接入干管連接形式如圖5所示。2.6污水直排系統(tǒng)處理工藝真空卸污系統(tǒng)輸送氣、液、固三相流,很難從理論上找到一個(gè)準(zhǔn)確的計(jì)算公式。目前主要結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)及試驗(yàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)。也可以參考如下經(jīng)驗(yàn)公式:ΔP=ΔP1+ΔP2(1)ΔP1=0.00521LQ1.75/d4.75(2)式中ΔP——總壓力降,kPaΔP1——摩擦阻力壓力降,kPaΔP2——靜提升損失壓力降,kPaL——管道長(zhǎng)度,mQ——污水設(shè)計(jì)流量,m3/sd——管道內(nèi)徑,m根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)及計(jì)算,當(dāng)4個(gè)污物箱同時(shí)卸污時(shí),真空管道管徑為DN150,流速為8~15L/s;當(dāng)6~8個(gè)污物箱同時(shí)卸污時(shí),管徑為DN200,流速為13~28L/s,當(dāng)流速<5L/s時(shí),取5L/s。從公式可以看出,真空管道的長(zhǎng)度對(duì)卸污效率有一定的影響,所以設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量減少真空管道末端到真空機(jī)房的總長(zhǎng)度,機(jī)房可以考慮設(shè)置在中部,這樣可以減少卸污時(shí)間,提高卸污效率。2.7確定排污管規(guī)格真空卸污系統(tǒng)的排污管道指從真空機(jī)組到化糞池的管道。與一般壓力管道計(jì)算一樣,根據(jù)靜揚(yáng)程、沿程水頭損失、局部水頭損失確定總揚(yáng)程,根據(jù)排污流量確定排污管管徑?？偹^損失=靜揚(yáng)程+沿程水頭損失+局部水頭損失(3)沿程水頭損失:Hi=λ?LD?v22g(4)Ηi=λ?LD?v22g(4)局部水頭損失:Hf=ξ?v22g(5)Ηf=ξ?v22g(5)式中L——管道長(zhǎng)度,mD——管徑,mmv——流速,m/sλ——沿程阻力系數(shù)ξ——局部阻力系數(shù)3保證真空損失通過對(duì)上海動(dòng)車所真空管道設(shè)計(jì)要素及關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的分析,可以得出以下結(jié)論:對(duì)于真空管道設(shè)計(jì),首先要保證真空損失不