鐵路工務(wù)工程列車給水一體化改造設(shè)計(jì)

李長錦

（中國鐵路南寧局集團(tuán)有限公司 柳州機(jī)車車輛有限公司，助理工程師，廣西 柳州 545007）

近年來，通過將鐵路普通客車改造成鐵路工務(wù)工程列車（以下簡稱工程車）的需求增大，而鐵路普通客車是采用單節(jié)車廂獨(dú)立給水的給水方式，這種方式用在耗水量大、各車廂用水量不一的工程車上易造成一列工程車中有的車廂水源充足，有的車廂缺水的現(xiàn)象，給車上洗漱、廁所沖洗、餐飲用水等生活用水帶來很大不便。針對(duì)以上問題，本文介紹通過對(duì)鐵路普通客車現(xiàn)有的給水方式進(jìn)行分析以及結(jié)合工程車的需求，提出工程車給水一體化方案，并在工程車改造中進(jìn)行升級(jí)改造，使車廂之間共享用水，有效解決了工程車生活用水不便的問題。

1 給水方式分析

1.1鐵路普通客車給水方式原理鐵路普通客車的給水是采用單節(jié)車廂獨(dú)立給水方式，主要由車上水箱、注水管、用水管、溢水管等部件組成給水系統(tǒng)，由車輛兩側(cè)的注水口通過注水管給車上水箱進(jìn)行注水，溢水管溢水時(shí)車上水箱充滿水。當(dāng)車上用水時(shí)，通過用水管到達(dá)電茶爐、廁所、洗臉間、餐飲用水等位置。給水原理圖見圖1。

1.2獨(dú)立給水存在的問題工程車是為需要較長時(shí)間在相對(duì)固定區(qū)段進(jìn)行線路維修施工作業(yè)的職工提供住宿和辦公的列車，一般由宿營車、辦公車、工具車、餐車、淋浴車、發(fā)電車等車廂編組而成。車上水箱的水需要滿足職工一段時(shí)間的生活用水，工程車采用鐵路普通客車的單節(jié)車廂獨(dú)立給水的方式時(shí)，存在以下問題：

1）日常生活中每節(jié)車廂用水量不一樣，易造成一列工程車中有的車廂水源充足，有的車廂缺水的現(xiàn)象，存在無法洗漱、廁所沖洗、餐飲用水等生活用水問題，給職工帶來生活上的不便。

2）在給車上水箱注水時(shí)，需要分別給每節(jié)車廂進(jìn)行注水，工作相對(duì)繁瑣，耗時(shí)長。

3）工程車作為生活和辦公的列車，用水量較大，原車上水箱容量偏小，易導(dǎo)致水源不足。

圖1 給水原理圖

2 工程車給水一體化改造設(shè)計(jì)

2.1改造總體方案工程車給水一體化系統(tǒng)主要由車上水箱、車下水箱、注水管、用水管、溢水管、車下貫通水管、抽水泵、管道泵、單向閥、球芯截?cái)嗳T、列車軟管等組成。工程車給水一體化原理見圖2。

圖2 工程車給水一體化原理圖

1）管路改造。車下貫通管路布置見圖3。保留圖3中3位角原車注水結(jié)構(gòu)，通過注水口直接給車上水箱加水,加裝車下貫通管路，通過與4位角注水管和車下水箱注水管連接，其兩端通過列車軟管實(shí)現(xiàn)車廂之間的水箱連通，在4位角注水口注水時(shí)，通過控制球芯截?cái)嗳T的開閉，可實(shí)現(xiàn)給整列車的車上、車下水箱同時(shí)注水或者單獨(dú)注水，車上用水時(shí)，通過用水管到達(dá)電茶爐、集便器、洗臉間、洗衣機(jī)、沐浴熱水器等位置，并在用水管路增加管道泵保證用水壓力。

2）加裝車下水箱作為補(bǔ)給水箱。當(dāng)車上水箱的水到達(dá)低液位時(shí)，抽水泵工作，從車下水箱抽水補(bǔ)給，當(dāng)車上水箱到達(dá)高液位或車下水箱到達(dá)低液位，抽水泵停止工作。

3）改造車上水箱。加裝液位儀，給出信號(hào)控制抽水泵工作，從車下水箱抽水補(bǔ)給，降低水箱注水管口的高度，使水箱的水能通過車下貫通管到達(dá)各節(jié)車廂的水箱，實(shí)現(xiàn)共享用水。

2.2車下貫通管路改造在車底加裝貫通全車的連通水管，線管過中梁、橫梁和枕梁開孔需加焊補(bǔ)強(qiáng)板，車下管卡、吊卡、管卡吊板、管卡吊、卡鐵與車底架滿焊連接，3位角注水按原車獨(dú)立注水方式安裝，4位角注水與車上水箱及車下貫通水管相通，貫通水管兩端加裝球芯截?cái)嗳T，通過列車軟管連通車廂之間的車下貫通水管，實(shí)現(xiàn)共享用水。

圖3 車下貫通管路布置圖

2.3水箱改造

2.3.1車上水箱改造 在鐵路普通客車水箱的基礎(chǔ)上進(jìn)行局部改造，加裝1個(gè)液位儀，能在車上觀察到水箱缺水，給出信號(hào)，讓抽水泵工作，從車下水箱抽水進(jìn)行補(bǔ)給，水箱加滿時(shí)給出信號(hào)，讓抽水泵停止工作，連接4位角的注水管口的長度降低至與用水管口長度一致，使水箱的水能通過車下貫通管到達(dá)各節(jié)車的水箱，實(shí)現(xiàn)共享用水。車上水箱結(jié)構(gòu)見圖4。

圖4 車上水箱結(jié)構(gòu)示意圖

2.3.2車下水箱加裝 車下水箱通過吊座整體懸掛在車下，車下水箱結(jié)構(gòu)見圖5。通過加裝1個(gè)液位儀，能在車上觀察到水箱缺水，給出信號(hào)，讓水泵停止工作，加熱管停止加熱；安裝1個(gè)溫度傳感器，控制加熱管工作，當(dāng)水箱內(nèi)水的溫度低于3℃時(shí)，加熱管開始工作，水溫上升到8℃后，加熱管停止工作，而且須有防止傳感器失效時(shí)的保護(hù)功能；安裝加熱管，總功率3 kw～3.5 kw；檢查口及電控箱箱門內(nèi)加20 mm防寒材，其余部位加40 mm防寒材；抽水管、注水管及球閥規(guī)格為DN25，溢水管為DN20，各管及閥須采取防凍措施，保證能正常使用。

圖5 車下水箱結(jié)構(gòu)示意圖

3 計(jì)算及試驗(yàn)

3.1壓力計(jì)算

3.1.1注水壓力計(jì)算 根據(jù)水壓強(qiáng)計(jì)算公式即:P=ρgh（式中：ρ=液體密度，單位為kg/m3，g=重力加速度，單位為N/kg,h=水的深度,單位為m）可知，液體內(nèi)部的壓強(qiáng)只跟液體的密度和深度有關(guān)，而跟液體的質(zhì)量、重力、體積以及容器的形狀、底面積等無關(guān)。根據(jù)客車車上水箱與注水口的布置，車上水箱內(nèi)部溢水管上平面到注水口的距離差約為3.48 m,故所需的注水壓力為P=ρgh=1×103×9.8×3.48×10-6≈0.034MPa。因?yàn)檐囌拒囅伦⑺b置的壓力約為0.15 MPa～0.2 MPa大于0.034 MPa，故滿足注水要求。3.1.2使用水的各部位的注水壓力計(jì)算

1）電茶爐注水壓力：根據(jù)客車車上水箱與電茶爐的布置，車上水箱內(nèi)部出水管上平面到電茶爐最高水位的距離差約為1.16 m，故電茶爐注水壓力為P=ρgh=1×103×9.8×1.16×10-6≈0.011 MPa

2）洗臉間用水壓力：根據(jù)客車車上水箱與洗臉間水龍頭的布置，車上水箱內(nèi)部出水管上平面到水龍頭的距離差約為1.6 m，故洗臉間用水壓力為P=ρgh=1×103×9.8×1.6×10-6≈0.016 MPa

3）洗衣機(jī)注水壓力：根據(jù)客車車上水箱與洗衣機(jī)的布置，車上水箱內(nèi)部出水管上平面到洗衣機(jī)的注水口距離差約為1.6 m，故洗臉間用水壓力為P=ρgh=1×103×9.8×1.6×10-6≈0.016 MPa

4）熱水器注水壓力：根據(jù)客車車上水箱與熱水器的布置，車上水箱內(nèi)部出水管上平面到熱水器的最高水位距離差約為1.2 m，故洗臉間用水壓力為P=ρgh=1×103×9.8×1.2×10-6≈0.012 MPa。

據(jù)產(chǎn)品說明書介紹，本文所述電茶爐、洗衣機(jī)、熱水器的壓力值分別為0.04 MPa～0.8 MPa、0.03 MPa～1.0 MPa和0.05 MPa～0.8 MPa。

由上可知，依靠車上水箱與各部位的壓差，無法滿足電茶爐、洗衣機(jī)、熱水器的正常使用，集便器系統(tǒng)因自帶增壓器，故不受影響，洗臉間水龍頭出水壓力滿足0.3×10-6MPa即可正常使用，所以需要在連接電茶爐、洗衣機(jī)、熱水器的管道增加管道泵進(jìn)行增壓。

3.2管道泵選型管道泵的出水壓力與泵的揚(yáng)程有關(guān)，通過電茶爐、洗衣機(jī)、熱水器所需的注水壓力得出所需的最小揚(yáng)程來選擇管道泵的型號(hào)。泵的揚(yáng)程包括吸程在內(nèi)，近似于泵出口和入口的壓力差，H=P/ρg。（式中，H=揚(yáng)程，單位為m,P=壓強(qiáng)，單位為Pa，ρ=液體密度，單位為kg/m3）根據(jù)表1產(chǎn)品注水壓力值要求，考慮管道能量損耗及泵的機(jī)械效率，取P=0.05 MPa時(shí)，則所需的揚(yáng)程H=P/ρg/η=0.05×106/(103×9.8)/0.7≈7.3 m，故管道泵的揚(yáng)程H≥7.3m，便滿足設(shè)備的水壓要求。根據(jù)實(shí)際需求，一般選擇揚(yáng)程為8～10 m的管道泵。

3.3給水性能試驗(yàn)依據(jù)《鐵路客車廠修規(guī)程》有關(guān)規(guī)定對(duì)工程車編組連掛進(jìn)行生活用水注水和車上用水試驗(yàn)，其結(jié)果能滿足一體化注水，車上用水設(shè)施能正常運(yùn)轉(zhuǎn)使用。

4 結(jié)束語

通過對(duì)鐵路普通客車現(xiàn)有的給水方式進(jìn)行分析以及結(jié)合工程車的需求，提出的車上水箱改造、加裝車下水箱以及車下貫通管路的給水一體化方案，在公司的工程車改造中得到了有效應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了工程車給水一體化。經(jīng)改造的工程車交付段方使用后，效果良好，無不良反饋。該方案有效解決了工程車單獨(dú)給水存在的問題，同時(shí)能夠?yàn)楝F(xiàn)有鐵路普通客車給水改造提供參考。