王會(huì)娟

(中車北京二七機(jī)車有限公司 北京 100072)

淺談隧道清洗車高壓水系統(tǒng)

王會(huì)娟

(中車北京二七機(jī)車有限公司 北京 100072)

介紹了隧道清洗車采用的高壓水系統(tǒng)，從功能設(shè)計(jì)和系統(tǒng)保護(hù)設(shè)計(jì)2個(gè)方面闡述了高壓水系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題。

隧道清洗車；射流；高壓水

1 高壓水系統(tǒng)概況

隧道清洗車主要用于對地鐵線路運(yùn)行環(huán)境的維護(hù)。該車在其他動(dòng)力車牽引下，可雙向完成對地鐵線路(包括高架段和地下隧道)以下部位和設(shè)施的清洗。高壓水射流技術(shù)是利用高壓水發(fā)生裝置將水加壓至數(shù)百至上千個(gè)大氣壓以上，再通過不同形狀、直徑極小的噴射裝置轉(zhuǎn)換為高速的細(xì)微“水射流”。隧道清洗車采用高壓水射流技術(shù)，用于清洗混凝土整體道床、各型鋼軌及鋼軌扣件，線路兩側(cè)的各種管路，隧道墻壁，隧道內(nèi)的道口，線路兩側(cè)的排水槽，接觸軌絕緣支架及防護(hù)罩，從而保證地鐵清潔、安全的行車環(huán)境。

地鐵隧道道床路面的覆層主要是灰塵、垃圾以及金屬殘?jiān)w粒，這些垃圾覆層與基體路面的吸附力主要表現(xiàn)為:范得華力、靜電力和重力產(chǎn)生的摩擦力等。由于這類吸附力屬于機(jī)械吸附，因此只要選用合適的射流壓力就能有效清除這些垃圾覆層。

隧道清洗車水系統(tǒng)主要作用是利用高壓泵將常壓水轉(zhuǎn)化為高壓水，從而對隧道內(nèi)的軌道及隧道壁等進(jìn)行清洗。由于清洗軌道和隧道壁的壓力要求不同，因此隧道清洗車水系統(tǒng)分為高壓水系統(tǒng)和中壓水系統(tǒng)，其中高壓水系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)軌道的清洗[1]。2個(gè)系統(tǒng)原理相同，下面僅以高壓水系統(tǒng)為例進(jìn)行論述。

高壓水系統(tǒng)主要包括水箱、加壓泵、高壓水泵、過濾器、蓄能器、清洗裝置等[2]。高壓水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究主要考慮功能和系統(tǒng)保護(hù)2個(gè)方面。

2 功能設(shè)計(jì)

高壓水系統(tǒng)的主要功能是將水箱中的常壓水轉(zhuǎn)換為高壓水，通過清洗裝置將高壓水噴出，從而進(jìn)行軌道清洗工作。功能設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是各個(gè)功能部件的設(shè)計(jì)或選型工作。

(1)水箱的設(shè)計(jì)

作為高壓水系統(tǒng)的供水源，水箱的設(shè)計(jì)首先應(yīng)該滿足系統(tǒng)工作時(shí)間內(nèi)所需的充足儲(chǔ)水量；其次，結(jié)合整車布局，確定水箱的最大容積。為便于工作人員實(shí)時(shí)監(jiān)測水箱水量，水箱上設(shè)置了可視液位儀，可在司機(jī)室控制臺(tái)上遠(yuǎn)程觀看。低液位報(bào)警開關(guān)，在水箱水位低時(shí)發(fā)出報(bào)警信號，提醒工作人員及時(shí)加水。水箱設(shè)計(jì)時(shí)內(nèi)部需增加隔板，可以起到穩(wěn)流及加固作用。水箱頂部需設(shè)置檢查蓋，方便工作人員進(jìn)行檢修和維護(hù)工作。此外，上水口、溢流口、出水口也是水箱設(shè)計(jì)中必不可少的。

(2)高壓水泵的選型

由于國內(nèi)對高壓水射流清洗技術(shù)的應(yīng)用目前還沒有合理的理論依據(jù)進(jìn)行相關(guān)參數(shù)的配置，因此，高壓水泵參數(shù)的確定大多還是依據(jù)已有設(shè)備的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)或現(xiàn)場試驗(yàn)所得。對于高壓水泵的選型，主要從壓力和流量2個(gè)方面確定。

當(dāng)高壓水射流作用于污垢上的應(yīng)力大于污垢本身的耐壓強(qiáng)度限應(yīng)力時(shí)，污垢就會(huì)破裂，進(jìn)而脫離物體表面，達(dá)到除垢目的。在進(jìn)行清洗系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)被清洗污垢的性質(zhì)、清潔度的要求等合理地確定工作壓力。并不是清洗系統(tǒng)壓力越大越好，系統(tǒng)壓力的增高對密封件、連接件、管路等材料和制造性能的要求也相應(yīng)提高，從而增加了系統(tǒng)的成本。而且，壓力過高還可能會(huì)將被清洗物體本身打白打亮，使金屬承受較高的交變應(yīng)力，降低使用壽命。若系統(tǒng)壓力與噴射裝置配置不合理，還很容易發(fā)生“霧化”現(xiàn)象，從而大大降低清洗效果。資料表明，考慮到壓力損失，射流工作壓力一般選取抗壓強(qiáng)度的一倍，即可達(dá)到良好的清洗效果。

由于無法掌握軌道上各種污垢耐壓強(qiáng)度限應(yīng)力值，因此只能通過大量試驗(yàn)和已有設(shè)備設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行選型。從已有案例的使用經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)果看，10MPa左右的系統(tǒng)壓力足以滿足清洗軌道垃圾的需求。試驗(yàn)證明選用直徑為2.4mm的扇形噴嘴在12MPa的系統(tǒng)壓力下，1.5m以內(nèi)的噴射強(qiáng)度最佳。因此，可以通過清洗裝置上噴嘴的個(gè)數(shù)和廠家提供的相應(yīng)系統(tǒng)壓力下的噴嘴流量值進(jìn)行計(jì)算，確定高壓泵流量參數(shù)。

相對于齒輪泵和葉片泵來說，柱塞泵更適合高壓水射流清洗系統(tǒng)，因?yàn)樗軌蛟诟邏合路€(wěn)定工作，且泄漏小，容積效率高。

(3)清洗裝置的設(shè)計(jì)

清洗裝置主要用于清洗兩側(cè)排水槽、道床、各型鋼軌及扣件、接觸軌絕緣支架及防護(hù)罩等，為清洗車的主要清洗部位。根據(jù)清洗部位的要求，軌道外側(cè)(接觸軌一側(cè))設(shè)2個(gè)噴嘴(噴射角度40°)，底部設(shè)有10個(gè)噴嘴，共計(jì)12個(gè)(噴射角度40°)。每個(gè)噴嘴均設(shè)有手動(dòng)控制閥可實(shí)現(xiàn)單獨(dú)控制。噴嘴采用固定式安裝，位于均布安裝孔的鋼板上，因此可以實(shí)現(xiàn)安裝位置的調(diào)整，角度可根據(jù)沖洗效果任意調(diào)整。

(4)其他

由于柱塞泵的自吸能力較弱，在高壓水系統(tǒng)里還增加了一個(gè)加壓泵，用以給高壓柱塞泵提供充足的水源。系統(tǒng)中蓄能器的設(shè)置，用來穩(wěn)定整個(gè)系統(tǒng)壓力，減少波動(dòng)。為了高壓泵能夠順利降載啟動(dòng)，系統(tǒng)中還設(shè)置了卸載電磁閥,如圖1所示。

圖1 高壓水系統(tǒng)簡圖

3 系統(tǒng)保護(hù)設(shè)計(jì)

對于高壓水系統(tǒng)的系統(tǒng)保護(hù)設(shè)計(jì)，需要考慮水箱缺水、管路堵塞等對泵體造成的損壞。

首先是安全閥和溢流閥的設(shè)置，根據(jù)水系統(tǒng)工作壓力對安全閥和溢流閥的開啟壓力值進(jìn)行調(diào)定。

其次，高、低壓壓力開關(guān)可以在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)有效保護(hù)水泵，以免造成較大的財(cái)物損失。如圖1所示，低壓壓力開關(guān)1所傳輸?shù)拈_關(guān)信號可以在水箱缺水、粗濾器堵塞或者加壓泵出現(xiàn)故障時(shí)及時(shí)停止高壓泵，以免造成高壓泵干抽，損壞泵體。低壓壓力開關(guān)2和高壓壓力開關(guān)則是為了預(yù)防高壓泵故障，或者清洗裝置管路堵塞，起到及時(shí)報(bào)警，及時(shí)停機(jī)的作用。

4 結(jié)束語

綜上所述，利用高壓水系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，首先要考慮被清洗物體的材質(zhì)和耐受力，以及清洗裝置與被清洗物之間的距離，合理地匹配系統(tǒng)工作壓力與噴嘴參數(shù)。其次，要考慮整個(gè)系統(tǒng)的可靠性、安全性。最后，還要經(jīng)過大量試驗(yàn)對各個(gè)配件進(jìn)行調(diào)定，這樣才能獲得最佳的清洗效果。

[1] 鄭 威.地鐵隧道清洗裝備的研制[D].成都：西南交通大學(xué)，2014.

[2] 薛勝雄.高壓水射流技術(shù)工程[M]. 合肥：合肥工業(yè)大學(xué)出版社，2006.□

(編輯：李琳琳)

2095-5251(2016)02-0010-02

2015-06-04

王會(huì)娟(1983-)，女，本科學(xué)歷，工程師，從事軌道交通裝備設(shè)計(jì)工作。

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