任剛，閆凱，付立艷，劉有

(1.中國北車唐山軌道客車有限責任公司，河北 唐山 063000; 2.中國鐵道科學研究院節(jié)能環(huán)保勞衛(wèi)研究所，北京 100081)

1 概述

目前國內(nèi)共有鐵路客車約4萬多輛，25G、25K、25T等25型車為主要車型，共約2萬多輛。為解決糞便直排污染問題，自上世紀末期，陸續(xù)有近4 000輛客車安裝集便裝置，各類車型裝用的集便裝置主要有壓力沖水重力排放式和真空式兩種［1～4］。

按照鐵道部統(tǒng)一規(guī)劃部署，在未來一段時間內(nèi)，對全路既有旅客列車逐步加裝集便裝置，為完善并驗證改造方案，2011年底，部安排樣板車改造工作。我公司針對25G型的硬座、軟臥進行了試加裝真空式集便裝置，采用保持式真空集便系統(tǒng)，總體方案見表1。

表1 車輛試加裝真空集便系統(tǒng)總體方案

2 真空集便器產(chǎn)品技術(shù)要求

2.1 產(chǎn)品介紹

此次加裝采用保持式真空集便器，系統(tǒng)在污物箱及抽吸管路中始終保持一定真空度。按下沖洗按鈕，立即進行便盆沖洗和污物抽吸排空作業(yè)。系統(tǒng)主要部件包括便器、污物箱、真空發(fā)生裝置、水增壓裝置、電控裝置及連接管路等［5］。

列車氣源接入，經(jīng)過濾減壓后分兩路，一路進入真空發(fā)生裝置，真空發(fā)生器利用文丘里管原理，為污物箱及系統(tǒng)管路提供真空;另一路進入水增壓裝置，通過壓力空氣為沖洗水加壓。

待機時，氣水組件盤上的真空發(fā)生器將污物箱抽至一定真空度，并保持在一定范圍內(nèi)。便器沖洗時，按下沖洗按鈕，系統(tǒng)進入便器沖洗循環(huán)過程。首先水增壓器內(nèi)的水被壓縮空氣加壓，沖洗閥打開，對便盆進行沖洗，在沖洗動作將要結(jié)束時，便器排泄閥打開，便盆內(nèi)糞便污水在真空抽吸作用下，被抽至污物箱內(nèi)。排污結(jié)束后，排泄閥關(guān)閉，之后水增壓器補水，真空發(fā)生器補真空，直至水增壓器內(nèi)液位和系統(tǒng)真空度達到設(shè)定值，系統(tǒng)進入待機狀態(tài)。

2.2 接口條件

真空集便器所用水、電、壓縮空氣均由車輛提供，因此應滿足相應接口條件。具體見表2。

表2 真空集便器車輛接口條件

2.3 污物箱容積確定

污物箱作用是收集和儲存列車在運行期間衛(wèi)生間便器內(nèi)污物，正常情況下，僅在列車停靠指定卸污地點時卸污排空。因此，污物箱必須滿足列車在運行期間的使用，其容積需考慮運行期間使用人數(shù)、使用次數(shù)、單次使用產(chǎn)生污水量和列車運行時間等因素［5］。

按照污物箱容積估算經(jīng)驗公式，同時考慮車輛安裝條件，最終確定此次加裝污物箱容量，硬座車在枕內(nèi)、枕外各設(shè)置一污物箱，容積為2×550 L (1 100 L)，單個箱體重量約為470 kg;軟臥車在車輛兩端枕外各設(shè)置一個污物箱，容積為2× 400 L(800 L)，單個箱體重量約為400 kg。

3 樣車集便系統(tǒng)加裝改造方案

3.1 車下改造

3.1.1 污物箱吊裝

以硬座車為例說明，吊裝采用目前主流的吊鉤形式，此吊裝方式安全可靠，不容易產(chǎn)生應力集中，經(jīng)測算枕內(nèi)、外吊裝強度均滿足要求。對車底鋼結(jié)構(gòu)進行相應改造，增設(shè)污物箱、風缸吊梁及吊座，污物箱管路、供風管路及電源線路吊、卡等。其中對于枕內(nèi)污物箱，需在枕梁上開孔并加補強，其余橫梁相應開孔，用于排污管連接。硬座車車下污物箱枕內(nèi)、枕外吊裝，以及車輛界限如圖1、2所示。

圖1 車下污物箱吊裝圖

3.1.2 供風系統(tǒng)改造及氣源接入

所加裝改造25G型車原車為單管供風系統(tǒng)，需要改造為雙管供風系統(tǒng)，并加裝相應風缸。改造后供風原理圖如圖3。

3.1.3 真空集便器系統(tǒng)管路連接

系統(tǒng)連接管路包括真空管路和排污管路。對于枕外污物箱，位于衛(wèi)生間正下方真空集便系統(tǒng)，連接管路較短。而枕內(nèi)污物箱連接距離較遠，需在車底吊梁預留相應穿孔。所有連接管路內(nèi)鋪伴熱線，包裹防寒保溫材料，外層用薄鋼板封裝，如圖4所示。

3.2 車上改造與車上組件安裝

衛(wèi)生間玻璃鋼水盤、便器(包括蹲、座便器)更新，洗手柜改造，將檢查門加大利于氣水組件盤安裝及日后維護。根據(jù)車型不同，氣水組件盤也可安裝在側(cè)墻板上。衛(wèi)生間底板安裝便器排泄閥防護箱，排泄閥采取必要的電伴熱加熱保溫措施。洗手臺側(cè)面安裝集便裝置沖洗按鈕，預留相應安裝孔位及線路連接。

圖2 污物箱的吊裝及限界(枕外污物箱)

圖3 單管供風改雙管供風原理圖

圖4 管路連接及伴熱保溫防護

3.3 水、電接入改造與連接

給水系統(tǒng)做相應管路改造，為集便裝置提供水源。

真空集便控制電源為AC220V。車下供電為AC380V三相四線，伴熱電源 AC220V，電加熱及伴熱線均受溫控器控制，當污物箱內(nèi)溫度低于3℃ 左右時加熱管及伴熱線開始加熱，當溫度達到8℃左右時停止加熱。

真空集便器電源從原車的電源轉(zhuǎn)換箱內(nèi)取用，并增設(shè)電氣控制元件，電器控制原理圖如圖5所示。電氣控制盤安裝在乘務員室。

4 系統(tǒng)試驗檢驗與驗收

為確保車輛出廠質(zhì)量，同時保證集便系統(tǒng)正常、安全、可靠工作，在集便器系統(tǒng)組裝完畢，排污管及抽真空管進行防寒封裝前，需檢查集便器系統(tǒng)的功能及關(guān)鍵性能。試驗檢驗前，車輛給排水系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、供風系統(tǒng)均已完成改造，并試驗合格，確保向集便器系統(tǒng)提供必要的水源、電源、氣源。

圖5 電器控制原理圖

根據(jù)保持式真空集便器技術(shù)及產(chǎn)品特點，結(jié)合車輛檢驗與驗收要求，系統(tǒng)試驗檢驗至少應包括如下:

4.1 外觀檢查

外觀尺寸、安裝位置、管路連接應符合圖紙要求，配件組裝牢固，毛刺飛邊應清除，配線、配管符合要求且進行適當固定。

4.2 壓縮空氣及水泄漏檢查

打開氣源閥門、水源閥門，仔細檢查，看是否有壓縮空氣及水泄漏。

檢查氣水組件盤盤上的壓縮空氣過濾減壓閥壓力值是否設(shè)置在0.45 MPa左右。

4.3 上電檢查

再次按接線圖檢查電氣接線，接通電源，檢查系統(tǒng)顯示面板，查看顯示是否正常。正常情況下，電源指示燈應亮起，其它指示燈應處于熄滅狀態(tài)(氣溫低時，加熱指示燈也有可能亮起)。上電后，系統(tǒng)噴射器應自動工作，將污物箱內(nèi)的真空度抽至工作真空度(－27 kPa)后停止。

4.4 沖洗功能檢驗

按下沖洗按鈕，檢查系統(tǒng)是否能進行正常沖洗、排空;連續(xù)進行3～4次沖洗循環(huán)，直到?jīng)_洗效果穩(wěn)定。檢查沖洗時沖洗水壓力是否足夠大，流型是否正確，是否能覆蓋主要區(qū)域;往便盆內(nèi)放入適量衛(wèi)生紙等模擬物，檢查能否沖洗干凈。檢查結(jié)束后，再次檢查水路，看有無泄漏。

4.5 系統(tǒng)真空密閉性檢驗

保持式真空集便器對系統(tǒng)密閉性要求較高，是否漏氣對系統(tǒng)正常工作至關(guān)重要。污物箱組件在安裝前必須進行必要的保壓、承壓試驗，但由于系統(tǒng)安裝完成后，管路連接處較多，因此，在系統(tǒng)安裝連接完成后，必須進行真空密閉性檢驗。

手動控制噴射器工作，將系統(tǒng)真空度抽至工作真空度(－27 kPa)后停止，保持30 min，真空度下降應不超過3 kPa。

5 結(jié)論與建議

普通旅客列車加裝改造真空集便器需根據(jù)具體車型、具體車輛實際條件進行安裝圖設(shè)計。建議盡快形成真空集便器產(chǎn)品及檢驗相關(guān)標準規(guī)范，在大規(guī)模加裝改造的方案設(shè)計、加裝改造、調(diào)試驗收等過程實現(xiàn)標準化、規(guī)范化。

［1］ 任大慶.鐵路客車真空式集便系統(tǒng)淺析［J］.鐵道車輛，2001(2):23－25，39.

［2］ 梁君海，張明.集便裝置在我國鐵路客車的開發(fā)運用［J］.鐵道車輛，2002(8):33－35.

［3］ 于志光，孫維余.鐵路客車真空集便器［M］，北京:中國鐵道出版社，2008.

［4］ 程相輝，夏旸.真空污物收集系統(tǒng)在25K型改造車上的應用［J］.鐵道機車車輛工人，2009(8):13－16.

［5］ 邱慧，閆凱，曾鳳柳，等.TKH－ZKWC保持式真空集便器系統(tǒng)研制及關(guān)鍵技術(shù)［J］.鐵路節(jié)能環(huán)保與安全衛(wèi)生，2012，2 (3):112～116.