铁路站场真空式地面卸污系统介绍

国外地面卸污系统主要有 3 种形式: 第 1 种是应用真空抽吸的原理在卸污线附近建设固定的真空中心 ,沿着卸污线在对应于列车污物箱的位置设置吸污管 ,这些吸污管通过干管与真空中心相连 ,污水通过吸污管道被抽吸下来后再排到指定地点 ,这种卸污方式抽吸效率和自动化程度都比较高 , 在欧洲及一些发达地区得到广泛应用[ 1 ,2 ] ;第 2 种是利用污物箱中污水的重力让其自然流入卸污主管道 ,这种卸污方式效率较低 ,只在日本有应用;第 3 种是吸污车辆 ,吸污车因卸污能力有限 ,主要是对各种固定卸污装置的一种补充和备用。地面接收系统的类型及比较详见表1 。

1真空卸污系统工作原理与工艺过程

铁路站场真空地面卸污系统装置是与旅客列车集便器配套使用的专用设备 ,用于迅速卸放车上污物箱的污水。主要技术原理是应用真空抽吸的原理在卸污线上建设固定的真空中心 ,真空中心使系统产生真空形成负压。沿卸污线在对应于列车污物箱的位置设置一定密度的吸污管 ,这些吸污管通过一条干管与真空中心相连 ,污物的抽吸与输送是通过外界与吸污管道系统内的压力差实现的 ,系统内的真空度值一般设定为 -  40 kPa～60 kPa 之间。在列车到达卸污线时 ,首先打开列车污物箱排空头端盖释放真空 ,使用联接装置将吸污支管与排污口连接好 ,打开阀门 ,污物开始被吸人卸污管 ,吸入过程中污物箱有 215 cm 进气口使箱内保持大气状态。污物被吸尽后联接装置自动延时关闭 ,使得有一定量的空气进入系统才能保证污物被充分地送入真空中心。每次吸污作业后的进气量一般不少于污物量的2 倍。要求自动或手动控制进气时间。

卸污管道用来连接列车污物箱与真空中心 , 包括卸污干管和卸污支管 ,污物沿着卸污管道由列车污物箱进入真空中心。卸污干管一般沿着整备线埋在地下 ,支管是从干管上分出来与列车污物箱连接的部分 ,包括 Y 型连接、阀门、耐真空软管、与污物箱的连接装置等。常用的连接装置有2 种:一种是快速接头加手动阀门 ,另一种是带自动关闭真空阀的抽吸枪。卸污软管管径为 DN65 , 另一端配有DN65 球阀和快速接头。快速接头能同列车厕所污物箱卸污口相配。

接收单元箱体主要是实现冲洗、排空自动化等卸污操作。整套的卸污软管及连接装置存放在一个封闭的箱体里 ,箱体里也可以放冲洗水管,添加照明、电源插座等装置。

2真空中心主要技术型式

系统真空的产生、污物的暂时贮存及排出在真空中心实现,真空中心的工作原理和设备有不同的形式,以下列举常见的3 种类型。

2.1 真空泵式真空中心

真空中心用真空泵形成真空。当污水吸入后暂时贮存在1个罐里 ,当污水在罐内达到设计液位时用污水泵将水排走。真空中心需要根据卸污量和卸污工作密度的大小合理配置各泵和罐的数量。原理见图 2 。这种真空中心能够连续运转不间断吸排作业 ,适用于各种卸污规模的客整所 ,系统全自动控制 ,无需要专人值守。

                                            图 2 真空泵式真空中心

      2.2 喷射器收集机组真空中心

中央真空喷射机组卸污系统由喷射器收集机组形成真空 ,工作原理如图 3 所示[ 3 ] ,利用泵将污水通过喷射器高速喷出 ,喷射器喷嘴出口区域形成真空 ,该区域与卸污管线连接。此系统的真空状态由一组压力开关控制 ,当系统的真空值低于设定的标准时 ,压力开关会启动排放泵 ,若真空值持续下降 ,另一机组的排放泵会自动启动运行 ,系统真空度一般设在 40 kPa～60 kPa 之间 ,最佳真空值的设定可根据地面接收管道的不同而有所不同。收集槽内还设有高、低水位开关 ,用来控制污水排出管线的开闭或警告系统。机组至少有 2 套喷射器交替使用 ,其数量可依据抽卸管路和卸污量的情况相应增加 ,喷射器机组最佳的工作条件是吸污管最远端在 400 m 范围 ,同时吸污操作可按 2 人操作考虑。该系统已有 30 年成熟运用的经验 ,广泛应用于瑞典、德国、芬兰等欧洲国家的铁路列车卸污线。具有能耗低、占地少、自动化程度高、可靠性好等特点。

主要技术参数:

系统工作真空度为 40 kPa～60 kPa ;有效抽吸32距离为 ≤400 m ;400 L 污物箱抽吸时间为 30 s～ 60 s ;真空喷射机组抽吸速率为 250～300 LΠmin ;真空喷射机组容积为 215～16m³ ; 吸污干管公称通径为 100～200 mm ;编组为 12 辆的列车双人作业时间为 20～30 min。

2.3 压力排放真空中心

这是一种较小型真空中心的形式 ,系统用真空泵形成真空 ,将真空泵的吸入口和排气口用 1

个四通阀连接起来。吸污作业时四通阀处于 1 位 ,真空泵将罐内抽成真空 ,污物被吸入罐中;排污作业时四通阀处于 2 位 ,真空泵将大气注入罐内形成正压 ,将污物排出。工作原理如图 4 所示。

                                                                        图 4 压力排放真空中心

3    真空卸污系统设计内容

设计主要相关的因素有:系统真空度、卸污总量及作业密度、卸污管道布置、真空中心的位置及布置情况。以真空泵式真空中心形式为例 ,说明主要设计参数、计算方法。

3.1 系统真空度确定

根据整个系统对输送列车污物速度的要求 ,设计采用低真空系统 ,系统工作压强在 -  40 kPa～ - 60 kPa 。

3.2 卸污总量及作业密度

列车卸污顺序一般是从距离真空中心较近的一端开始顺次向另一端推进 ,每条卸污线作业人员不超过 2 人。400 L 污物箱每箱平均抽吸时间不超过 60 s ,辅助时间按 2 min 计算 ,以 1 列编组16 辆、污物箱容积为 400 L 的列车为例 ,卸污总量为 5112m³ ,单人作业完成卸污需要 48 min ,双人作业完成卸污需 24 min。

3.3 管材选择

卸污主管与支管采用不锈钢管或 HDPE 管 ,PN10 。

3.4 设计流速

根据不可压缩流体能量守恒定律计算初始流速在 3 m/ s 左右 , 单个污物箱卸污时间约 40 ～ 60 s。

3.5 卸污管道布置方式

集中真空系统线间管路包括真空卸污管、冲洗水管 2 条管道。卸污干管采用带局部提升的“锯齿形”倾斜布管方式 ,管路由下降段和局部提升段交替组成 ,提升段设置线间距为 2 节车长。下降段敷设坡度 < 012 %。提升段下端设置清扫口满足管路清通的需要 ,保证管路通畅。设置冲洗水管满足列车污物箱、卸污管道的冲洗需要。卸污井、冲洗栓井组合建造 ,客车上水栓井分室合建 ,采用地下式钢砼结构井室 ,井内设重力流排水管。

卸污支管的设置密度 ,卸污干管长度和位置按每隔 1 个车辆长度的位置设 1 处吸污点考虑 , 使卸污支管的服务半径达到 5～6 m ,则能满足 25 型车和其它车型的需要。

3.6 卸污设备的能力

集中真空系统设计最大能力按每条卸污线 2 节车同时进行卸污计 ,卸污能力约为每个吸污口250～400 LΠmin 。

3.7 真空系统压力损失计算

卸污干管、主干管管径及设计坡度经计算确定 ,选择损失最小的布管方案。整个真空系统管道损失是沿程损失和静损失之和。静损失等于高度差减管径。真空管道沿程压力损失计算流体力学公式推导采用公式[ 4 ] :

式中: h_f ———每个下降段的沿程损失 ;

l ———每个下降段的长度 ;

i ———下降段的个数 ;

d ———下降段的管径 ;

q ———流量。

3.8 真空中心

设置集中式真空中心一般在检查库边跨中部或端部 ,由真空泵、真空罐、排污泵、电控系统及除臭设施等组成。真空泵、排污泵均应考虑检备系统满足卸污作业连续不间断进行。

真空罐内分气、水两部分 ,汽水比约为 2∶1 ,容积根据卸污量及卸污密度合理确定。

真空泵的吸气量应满足最高卸污密度时作业情况的需求。

真空卸污系统由 PLC 集中控制运行。自控设备对整个卸污系统进行状态自动检测、显示 ,并且有故障报警功能。

真空泵排放臭味气体可设生物或活性炭装置处理。

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