时速160动力集中动车组气水控制盘防寒设计优化研究

时速160动力集中动车组气水控制盘防寒设计优化研究

Summary:防寒采暖性能是车辆重要的总体技术指标之一，本文结合160公里动力集中动车组项目中气水控制盘实际现状及生产过程中遇到的问题，通过对比和分析现有结构，阐述气水控制盘设计依据及设计要求，分析总结了适用于160公里动力集中动车组真空集便装置中重要组件气水控制盘防寒采暖的优化方案。Keys ：时速160动力集中动车组；防寒采暖；集便装置；气水控制盘；优化设计概述根据中国国家铁路集团有限公司运输和经营发展要求，由中国国家铁路集团有限公司和中国中车股份有限公司共同研制开发了时速160公里动力集中电动车组。该动车组集合了25T型客车与高铁的优点，在卫生间设计上做了很大改进，同时也出现了很多新的问题。本文针对160公里动力集中动车组（简称160公里）气水控制盘实际生产中的问题，研究气水控制盘防寒设计[1]方案。生产过程中遇到的问题及分析160公里在交车过程中有路局提出问题，气水控制盘内部水管路无防寒措施，有受冻风险。气水控制盘作为真空集便系统的重要部件，主要由真空发生器、电磁阀、水增压器、过滤减压阀、单向阀、冲洗阀、防反喷止回阀、接线盒等部件组成，主要用来过滤列车提供的压缩空气，调节其压力来满足集便系统部件的需要，控制集便系统气动元件动作。如图1所示。因为气水控制盘的主要功能是提供压力水源，水路在低温环境下有受冻风险。若没有保暖措施，环境温度较低，水增压装置受冻风险较大。气管路中为压缩气体，实际使用过程中可能会有少许水蒸气，也有受冻风险。但是25型客车和标准动车组都未对气水控制盘做防寒处理。因此需要对160公里卫生间气水控制盘是否需要防寒设计做出对比分析。图1气水控制盘2.1160公里与25型客车对比160公里与25型客车气水控制盘结构相同，均为统型结构[1]。160公里卫生间中气水控制盘在整车相对位置如图2所示。25型客车卫生间中气水控制盘在整车相对位置如图3所示。图2

160公里动力集中动车组气水控制盘在整车位置图325型客车气水控制盘在整车位置经比较，160公里气水控制盘安装在整车的相对位置位置与25型客车基本相同，160公里卫生间间壁采用采用铝蜂窝复合板，与卫生间一体，25型客车卫生间为手糊玻璃钢结构，外面安装内装间壁，

气水控制盘具体安装位置有所不同。25型客车气水控制盘安装在手糊玻璃钢围板的内部即在卫生间内部，因为25型客车气水控制盘在卫生间内部，环境温度即为车内温度，所以车辆未增加防寒保暖措施。160公里卫生间气水控制盘在卫生间玻璃和车体侧墙的夹层里，车门关闭状态，环境温度应该也为车内温度；塞拉门在打开状态下，卫生间气水控制盘与室外环境相通，气水控制盘环境温度即为室外温度，如图3。若没有保暖措施，环境温度较低，水增压装置受冻风险较大。气管路中为压缩气体，实际使用过程中可能会有少许水蒸气，也有受冻风险。图4160公里动力集中动车组气水控制盘在整车位置图5塞拉门打开状态2.2160公里与标准动车组气水控制盘在整车相对位置对比160公里与标准动车组气水控制盘相比较，标准动车组无气水控制盘，标准动车组用气动控制面板和水增压器来实现便盆冲洗和污物抽吸排空作业。以M02车为例，该车采用1拖2的中转式真空集便系统（紧凑型真空集便器）[2]，即一个气动控制面板控制两个水增压器。气动控制面板是集便系统的压缩空气分配单元，由消音器、截止阀、过滤调压阀、管夹阀用压缩空气调压阀、两位两通电磁阀、电磁阀块、系统压力开关、中转箱压力开关和中转箱用压缩空气调压阀组成，主要用于气路的控制。水增压器组成是集便系统的供水单元，主要由电磁阀块，气控阀，水增压罐组成。水增压器采用压缩空气进行增压，保证便器冲洗的良好效果。标准动车组气动控制面板在整车相对如图6所示，整车位置与160公里大致相同。标准动车组卫生间也为手糊玻璃钢结构，外面安装内装间壁，与25型客车结构类似。标准动车组气动控制面板安装在卫生间玻璃和车体侧墙的夹层里，气动控制面板为气体通路，现有车辆未增加防寒保暖措施。水增压器在洗池台面下方，与25型客车位置相似，环境温度即为室内温度所以也未采取防寒措施。如图7所示。图6标准动车组气动控制面板在整车位置图7气动控制面板安装位置经对比得出结论，160动车组在运行过程中，若列车到达站点，车门处于打开状态，气水控制盘有一段水管路裸露在室外环境中没有保暖措施，需要对其采取防寒措施。优化方案铁路客车管路保温及防冻一般采用自控温伴热带。伴热带由导体、发热体、绝缘层、屏蔽层、外护套组成[3]。如图8所示。导体由多股绞合或编制的镀锡或镀镍的铜线组成，绝缘层和外护套材质采用耐腐蚀、阻燃和强度良好的塑料材料，屏蔽层采用镀锡铜丝或其他金属丝编织，并均匀覆盖于绝缘层表面。在每根伴热线内部，母线之间的电路随着温度的变化而变化，当伴热带外界的环境温度下降时，导热塑料产生微分子层的收缩，使碳粒连接形成的电路电阻变小，从而使电伴热的功率上升，发热量变大，当电伴热周围的温度升高时，导电塑料才生分子层的膨胀，使得碳粒间的距离变大，碳粒逐渐分离，从而引起由碳粒连接而形成的电路断开，从而电阻上升，发热量也随之减少。相比较于其他的伴热设施，自限温伴热带最大的优点是，他的温度比较适中，不会太高也不会太低，这源于它的自动调温特性。图8伴热带结构示意图现有车辆的水路防寒设计一般将伴热线直接缠绕在钢管上。伴热带为扁平状结构，在安装时将伴热线直接缠绕在钢管上，同时为了减少电伴热的热量损失，在伴热带外包扎缠绕防寒材料的保温层。对于钢管、电伴热带以及保温层组成的系统而言，热源为电伴热带，热源发出的热量通过钢管和保温层以不同的形式向外散发。热量通过保温层向外散失的方式主要为热传导，因为保温层传热系数小，故该途径散失热量少。而钢管的传热性能优良，能够在很短的时间内达到与之接触的电伴热线的表面温度，所以伴热带发出的热量主要通过管壁向管内散失，达到保温防寒的目的。电伴热具有温度梯度小，有较长的热稳定时间。比较适合长时间使用以及电热转化率远高于电加热等特性。电伴热的工作原理就是通过伴热装置散发热量，以热交换的方式弥补伴热管道的热量损失，从而达到升温、保温以及防冻的要求，满足管道装置的正常工作。气水控制盘水路通路为水增压器组成、冲水阀组成、水源接口和防冻排空接口。若达到气水控制盘水管路防寒、保温的目的，需对气水控制盘做防寒设计改造。现有两种保温方案对实际车辆做出防寒改造，现对两种方案对比分析。

3.1方案一：在水管路处敷设电伴热带[4]。根据现有管路伴热线防寒保温设计经验，一般是在水管路表面敷设自控温伴热线。如图9所示。此方案改动量小。但是水管路未PU管，管路较细，且管子长度比较短，而且结构复杂，自控温电伴热带对管路的走向、弯曲半径都有一定要求，伴热带难以服贴；管路也需要用防寒材料做保温处理，空间难以满足外部加防寒材需求；管路中还阀体，需要拆装检修，后期气水控制盘维修也有困难。图9气水控制盘伴热线示意（方案一）3.2方案二：做出保温腔，隔断热桥。将需要防寒管路设计在保温腔内部。将气水控制盘安装支架上部及左右两侧封堵（因下部管路较多，下部未做封堵），并在内壁贴10mm厚防寒材，形成保温腔。伴热线沿防寒材内表面缠绕2圈，缠绕方式见图10。此设计对气路和水路都做到了防寒保温。图10气水控制盘伴热线示意（方案二）两种设计方案对比：方案一不用更改气水控制盘结构，更改方便，但是水增压器组成和冲水阀组成为异形结构，且空间较小、还有可能磨损伴热线，所有经过伴热线管路需做防护，伴热线不好做保温处理，防寒效果有限，不适合批量更改。方案二加热效果相对较好，既能做到水路防寒也能兼顾气路防寒；气水控制盘支架左右两侧和顶部均需加补板固定，现车更改有一定难度。考虑到防寒效果，最终选择方案二。气水控制盘增加保温措施前后对比如图11所示。优化前（无保温设计）

优化后（方案二保温设计）图11气水控制盘增加保温措施前后对比结论目前160公里动力集中动车组气水控制盘防寒已完成批量改造，改造效果良好。本文定性分析了160公里动力集中动车组气水控制盘防寒设计原因，提供了气水控制盘防寒设计优化方案，为气水控制盘防寒、保温设计提供了新的设计思路，具有一定的借鉴性。Reference