鐵路站場(chǎng)真空式地面卸污系統(tǒng)介紹
國外地面卸污系統(tǒng)主要有 3 種形式: 第 1 種是應(yīng)用真空抽吸的原理在卸污線附近建設(shè)固定的真空中心 ,沿著卸污線在對(duì)應(yīng)于列車污物箱的位置設(shè)置吸污管 ,這些吸污管通過干管與真空中心相連 ,污水通過吸污管道被抽吸下來后再排到指定地點(diǎn) ,這種卸污方式抽吸效率和自動(dòng)化程度都比較高 , 在歐洲及一些發(fā)達(dá)地區(qū)得到廣泛應(yīng)用[ 1 ,2 ] ;第 2 種是利用污物箱中污水的重力讓其自然流入卸污主管道 ,這種卸污方式效率較低 ,只在日本有應(yīng)用;第 3 種是吸污車輛 ,吸污車因卸污能力有限 ,主要是對(duì)各種固定卸污裝置的一種補(bǔ)充和備用。地面接收系統(tǒng)的類型及比較詳見表1 。
鐵路站場(chǎng)真空地面卸污系統(tǒng)裝置是與旅客列車集便器配套使用的專用設(shè)備 ,用于迅速卸放車上污物箱的污水。主要技術(shù)原理是應(yīng)用真空抽吸的原理在卸污線上建設(shè)固定的真空中心 ,真空中心使系統(tǒng)產(chǎn)生真空形成負(fù)壓。沿卸污線在對(duì)應(yīng)于列車污物箱的位置設(shè)置一定密度的吸污管 ,這些吸污管通過一條干管與真空中心相連 ,污物的抽吸與輸送是通過外界與吸污管道系統(tǒng)內(nèi)的壓力差實(shí)現(xiàn)的 ,系統(tǒng)內(nèi)的真空度值一般設(shè)定為 - 40 kPa～60 kPa 之間。在列車到達(dá)卸污線時(shí) ,首先打開列車污物箱排空頭端蓋釋放真空 ,使用聯(lián)接裝置將吸污支管與排污口連接好 ,打開閥門 ,污物開始被吸人卸污管 ,吸入過程中污物箱有 215 cm 進(jìn)氣口使箱內(nèi)保持大氣狀態(tài)。污物被吸盡后聯(lián)接裝置自動(dòng)延時(shí)關(guān)閉 ,使得有一定量的空氣進(jìn)入系統(tǒng)才能保證污物被充分地送入真空中心。每次吸污作業(yè)后的進(jìn)氣量一般不少于污物量的2 倍。要求自動(dòng)或手動(dòng)控制進(jìn)氣時(shí)間。
卸污管道用來連接列車污物箱與真空中心 , 包括卸污干管和卸污支管 ,污物沿著卸污管道由列車污物箱進(jìn)入真空中心。卸污干管一般沿著整備線埋在地下 ,支管是從干管上分出來與列車污物箱連接的部分 ,包括 Y 型連接、閥門、耐真空軟管、與污物箱的連接裝置等。常用的連接裝置有2 種:一種是快速接頭加手動(dòng)閥門 ,另一種是帶自動(dòng)關(guān)閉真空閥的抽吸槍。卸污軟管管徑為 DN65 , 另一端配有DN65 球閥和快速接頭?？焖俳宇^能同列車廁所污物箱卸污口相配。
接收單元箱體主要是實(shí)現(xiàn)沖洗、排空自動(dòng)化等卸污操作。整套的卸污軟管及連接裝置存放在一個(gè)封閉的箱體里 ,箱體里也可以放沖洗水管,添加照明、電源插座等裝置。
系統(tǒng)真空的產(chǎn)生、污物的暫時(shí)貯存及排出在真空中心實(shí)現(xiàn),真空中心的工作原理和設(shè)備有不同的形式,以下列舉常見的3 種類型。
2.1 真空泵式真空中心
真空中心用真空泵形成真空。當(dāng)污水吸入后暫時(shí)貯存在1個(gè)罐里 ,當(dāng)污水在罐內(nèi)達(dá)到設(shè)計(jì)液位時(shí)用污水泵將水排走。真空中心需要根據(jù)卸污量和卸污工作密度的大小合理配置各泵和罐的數(shù)量。原理見圖 2 。這種真空中心能夠連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)不間斷吸排作業(yè) ,適用于各種卸污規(guī)模的客整所 ,系統(tǒng)全自動(dòng)控制 ,無需要專人值守。
圖 2 真空泵式真空中心
2.2 噴射器收集機(jī)組真空中心
中央真空噴射機(jī)組卸污系統(tǒng)由噴射器收集機(jī)組形成真空 ,工作原理如圖 3 所示[ 3 ] ,利用泵將污水通過噴射器高速噴出 ,噴射器噴嘴出口區(qū)域形成真空 ,該區(qū)域與卸污管線連接。此系統(tǒng)的真空狀態(tài)由一組壓力開關(guān)控制 ,當(dāng)系統(tǒng)的真空值低于設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)時(shí) ,壓力開關(guān)會(huì)啟動(dòng)排放泵 ,若真空值持續(xù)下降 ,另一機(jī)組的排放泵會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)運(yùn)行 ,系統(tǒng)真空度一般設(shè)在 40 kPa～60 kPa 之間 ,最佳真空值的設(shè)定可根據(jù)地面接收管道的不同而有所不同。收集槽內(nèi)還設(shè)有高、低水位開關(guān) ,用來控制污水排出管線的開閉或警告系統(tǒng)。機(jī)組至少有 2 套噴射器交替使用 ,其數(shù)量可依據(jù)抽卸管路和卸污量的情況相應(yīng)增加 ,噴射器機(jī)組最佳的工作條件是吸污管最遠(yuǎn)端在 400 m 范圍 ,同時(shí)吸污操作可按 2 人操作考慮。該系統(tǒng)已有 30 年成熟運(yùn)用的經(jīng)驗(yàn) ,廣泛應(yīng)用于瑞典、德國、芬蘭等歐洲國家的鐵路列車卸污線。具有能耗低、占地少、自動(dòng)化程度高、可靠性好等特點(diǎn)。
主要技術(shù)參數(shù):
系統(tǒng)工作真空度為 40 kPa～60 kPa ;有效抽吸32距離為 ≤400 m ;400 L 污物箱抽吸時(shí)間為 30 s～ 60 s ;真空噴射機(jī)組抽吸速率為 250～300 LΠmin ;真空噴射機(jī)組容積為 215～16m3 ; 吸污干管公稱通徑為 100～200 mm ;編組為 12 輛的列車雙人作業(yè)時(shí)間為 20～30 min。
2.3 壓力排放真空中心
這是一種較小型真空中心的形式 ,系統(tǒng)用真空泵形成真空 ,將真空泵的吸入口和排氣口用 1
個(gè)四通閥連接起來。吸污作業(yè)時(shí)四通閥處于 1 位 ,真空泵將罐內(nèi)抽成真空 ,污物被吸入罐中;排污作業(yè)時(shí)四通閥處于 2 位 ,真空泵將大氣注入罐內(nèi)形成正壓 ,將污物排出。工作原理如圖 4 所示。
圖 4 壓力排放真空中心
3 真空卸污系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容
設(shè)計(jì)主要相關(guān)的因素有:系統(tǒng)真空度、卸污總量及作業(yè)密度、卸污管道布置、真空中心的位置及布置情況。以真空泵式真空中心形式為例 ,說明主要設(shè)計(jì)參數(shù)、計(jì)算方法。
3.1 系統(tǒng)真空度確定
根據(jù)整個(gè)系統(tǒng)對(duì)輸送列車污物速度的要求 ,設(shè)計(jì)采用低真空系統(tǒng) ,系統(tǒng)工作壓強(qiáng)在 - 40 kPa～ - 60 kPa 。
3.2 卸污總量及作業(yè)密度
列車卸污順序一般是從距離真空中心較近的一端開始順次向另一端推進(jìn) ,每條卸污線作業(yè)人員不超過 2 人。400 L 污物箱每箱平均抽吸時(shí)間不超過 60 s ,輔助時(shí)間按 2 min 計(jì)算 ,以 1 列編組16 輛、污物箱容積為 400 L 的列車為例 ,卸污總量為 5112m3 ,單人作業(yè)完成卸污需要 48 min ,雙人作業(yè)完成卸污需 24 min。
3.3 管材選擇
卸污主管與支管采用不銹鋼管或 HDPE 管 ,PN10 。
3.4 設(shè)計(jì)流速
根據(jù)不可壓縮流體能量守恒定律計(jì)算初始流速在 3 m/ s 左右 , 單個(gè)污物箱卸污時(shí)間約 40 ～ 60 s。
3.5 卸污管道布置方式
集中真空系統(tǒng)線間管路包括真空卸污管、沖洗水管 2 條管道。卸污干管采用帶局部提升的“鋸齒形”傾斜布管方式 ,管路由下降段和局部提升段交替組成 ,提升段設(shè)置線間距為 2 節(jié)車長(zhǎng)。下降段敷設(shè)坡度 < 012 %。提升段下端設(shè)置清掃口滿足管路清通的需要 ,保證管路通暢。設(shè)置沖洗水管滿足列車污物箱、卸污管道的沖洗需要。卸污井、沖洗栓井組合建造 ,客車上水栓井分室合建 ,采用地下式鋼砼結(jié)構(gòu)井室 ,井內(nèi)設(shè)重力流排水管。
卸污支管的設(shè)置密度 ,卸污干管長(zhǎng)度和位置按每隔 1 個(gè)車輛長(zhǎng)度的位置設(shè) 1 處吸污點(diǎn)考慮 , 使卸污支管的服務(wù)半徑達(dá)到 5～6 m ,則能滿足 25 型車和其它車型的需要。
3.6 卸污設(shè)備的能力
集中真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)最大能力按每條卸污線 2 節(jié)車同時(shí)進(jìn)行卸污計(jì) ,卸污能力約為每個(gè)吸污口250～400 LΠmin 。
3.7 真空系統(tǒng)壓力損失計(jì)算
卸污干管、主干管管徑及設(shè)計(jì)坡度經(jīng)計(jì)算確定 ,選擇損失最小的布管方案。整個(gè)真空系統(tǒng)管道損失是沿程損失和靜損失之和。靜損失等于高度差減管徑。真空管道沿程壓力損失計(jì)算流體力學(xué)公式推導(dǎo)采用公式[ 4 ] :
式中: hf ———每個(gè)下降段的沿程損失 ;
l ———每個(gè)下降段的長(zhǎng)度 ;
i ———下降段的個(gè)數(shù) ;
d ———下降段的管徑 ;
q ———流量。
3.8 真空中心
設(shè)置集中式真空中心一般在檢查庫邊跨中部或端部 ,由真空泵、真空罐、排污泵、電控系統(tǒng)及除臭設(shè)施等組成。真空泵、排污泵均應(yīng)考慮檢備系統(tǒng)滿足卸污作業(yè)連續(xù)不間斷進(jìn)行。
真空罐內(nèi)分氣、水兩部分 ,汽水比約為 2∶1 ,容積根據(jù)卸污量及卸污密度合理確定。
真空泵的吸氣量應(yīng)滿足最高卸污密度時(shí)作業(yè)情況的需求。
真空卸污系統(tǒng)由 PLC 集中控制運(yùn)行。自控設(shè)備對(duì)整個(gè)卸污系統(tǒng)進(jìn)行狀態(tài)自動(dòng)檢測(cè)、顯示 ,并且有故障報(bào)警功能。
真空泵排放臭味氣體可設(shè)生物或活性炭裝置處理。
推薦產(chǎn)品929 高航/民航專用真空卸污軟管
顏色：黃色，帶黑色塑筋
溫度范圍： -40℃/+60℃
結(jié)構(gòu)特性：抗碾壓，耐腐蝕，高真空，強(qiáng)力軟管
應(yīng)用：德國高鐵列車廁所真空卸污專用軟管。也可用于民航飛機(jī)廁所的真空卸污。
端口加工要求： 密封焊接的袖口兩端可配。單獨(dú)的袖口也可以替換。
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