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        軌道車(chē)輛給水衛(wèi)生系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)

        2020-10-20 06:04:07馬志會(huì)張國(guó)棟熊劍春欒健洋張?zhí)?/span>王超
        關(guān)鍵詞:給水軌道車(chē)輛發(fā)展趨勢(shì)

        馬志會(huì) 張國(guó)棟 熊劍春 欒健洋 張?zhí)? 王超

        摘? 要:軌道車(chē)輛給水衛(wèi)生系統(tǒng)主要為旅客和司乘人員提供衛(wèi)生服務(wù)設(shè)施、洗漱用水、飲用水,是軌道車(chē)輛不可或缺的重要組成部分。中國(guó)軌道車(chē)輛給水衛(wèi)生技術(shù)已經(jīng)比較成熟,可以較好地滿足使用和檢修維護(hù)要求。未來(lái)中國(guó)軌道車(chē)輛給水衛(wèi)生需積極研究新材料、新技術(shù)的應(yīng)用,爭(zhēng)取站到本領(lǐng)域的制高點(diǎn)。

        關(guān)鍵詞:軌道車(chē)輛;給水;衛(wèi)生;發(fā)展趨勢(shì)

        中圖分類(lèi)號(hào):U273 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

        軌道車(chē)輛給水衛(wèi)生系統(tǒng)主要為旅客和司乘人員提供衛(wèi)生服務(wù)設(shè)施、洗漱用水、飲用水,是軌道車(chē)輛不可或缺的重要組成部分。給水衛(wèi)生主要包括給水裝置和衛(wèi)生裝置。給水裝置的主要功能是提供各種用水,如飲用水、餐車(chē)用水、洗漱用水及便器沖洗用水,主要部件有凈水箱、凈水管路和注水裝置;衛(wèi)生裝置為旅客及司乘人員提供舒適的衛(wèi)生設(shè)施,并收集排泄污物,主要部件有衛(wèi)生間、盥洗室、集便裝置、污物管路和污物箱。

        1 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

        1.1 污物收集

        集便裝置用于接收和存儲(chǔ)車(chē)輛在運(yùn)行期間衛(wèi)生間內(nèi)便器的污物或來(lái)自盥洗設(shè)施的洗漱灰水。目前國(guó)內(nèi)外主要采用真空集便裝置,主要分為真空保持式、真空推拉式和中轉(zhuǎn)式等。

        真空集便裝置主要包括電氣控制盤(pán)、氣水控制盤(pán)、便器組成和污物箱。通過(guò)預(yù)設(shè)控制程序?qū)饴贰⑺芳芭盼酃苈飞系母鞣N閥門(mén)進(jìn)行控制,完成“加壓-沖洗-排空-恢復(fù)”循環(huán)過(guò)程,集便裝置的核心技術(shù)是過(guò)程控制和故障診斷。

        國(guó)外軌道車(chē)輛集便裝置主要由德國(guó)EVAC設(shè)計(jì)和生產(chǎn),其次丹麥的GLOVE和SEMVAC也占據(jù)一定的市場(chǎng)份額,技術(shù)都非常成熟穩(wěn)定。國(guó)內(nèi)集便裝置經(jīng)歷了技術(shù)引進(jìn)、消化吸收、再創(chuàng)新等階段,已形成了符合中國(guó)鐵路運(yùn)營(yíng)需求且深度統(tǒng)型集便裝置技術(shù),從功能、接口和子部件都進(jìn)行了定義,為未來(lái)的運(yùn)營(yíng)檢修打下了良好的基礎(chǔ)[1]。

        真空集便裝置在使用時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的瞬時(shí)噪聲,影響乘客舒適性。尤其對(duì)于臥鋪車(chē)來(lái)說(shuō),較大的噪聲會(huì)嚴(yán)重影響乘客休息,如何有效降低真空集便裝置的瞬時(shí)噪聲將成為改善旅客乘坐環(huán)境舒適性的一個(gè)重要研究方向。

        1.2 綠色環(huán)保

        1.2.1 微生物降解

        為了減少或消除污物的二次處理和污染,降低后處理費(fèi)用,國(guó)外已經(jīng)開(kāi)始研究從源頭降解和處理污物。德國(guó)、瑞士[2]、印度、印度尼西亞、越南和孟加拉等國(guó)家在部分車(chē)輛中采用了微生物降解污物技術(shù),即污物箱演變?yōu)槭占徒到馕畚锏目臻g。此種方式不需要吸污,污物在污物箱內(nèi)降解后可直排,但處理污物速度較慢,對(duì)微生物的生長(zhǎng)環(huán)境要求嚴(yán)格,一旦污物箱加熱系統(tǒng)損壞或列車(chē)需要斷電,微生物就會(huì)失去活性。

        1.2.2 灰水

        由盥洗設(shè)施排出的廢水簡(jiǎn)稱(chēng)為灰水,灰水可直接排入軌道上,也可通過(guò)集便裝置收集存放于污物箱中。由于環(huán)境保護(hù)的需求,并考慮低溫時(shí)凍結(jié)的影響,灰水收集進(jìn)入污物箱已經(jīng)在國(guó)內(nèi)動(dòng)車(chē)組上廣泛實(shí)施,但污物箱的容積增加了約33%,這對(duì)整車(chē)的空間布置是不利的。

        受民用廢水回收利用的啟發(fā),德國(guó)已經(jīng)開(kāi)始研究將列車(chē)灰水進(jìn)行凈化,凈化后的灰水用于沖洗便器,這種方法既可以節(jié)省污物箱容積,還可以節(jié)省凈水箱容積、減輕列車(chē)重量;國(guó)內(nèi)也開(kāi)始了對(duì)灰水凈化再利用進(jìn)行了地面靜態(tài)研究,主要研究方向?yàn)槲锢磉^(guò)濾凈化。

        1.2.3 衛(wèi)生間異味

        衛(wèi)生間的空氣環(huán)境由空調(diào)系統(tǒng)集中送新風(fēng),并通過(guò)廢排系統(tǒng)進(jìn)行排廢氣。如廁產(chǎn)生的異味可通過(guò)空調(diào)系統(tǒng)消除。但衛(wèi)生間內(nèi)的清潔劑、消毒劑遺留的氣味,以及隱蔽角落潮濕的環(huán)境滋生細(xì)菌微生物而產(chǎn)生霉味,垃圾異味,空調(diào)系統(tǒng)無(wú)法完全消除。因此有效消除衛(wèi)生間異味的技術(shù)將成為改善旅客乘坐環(huán)境舒適性的又一個(gè)重要研究方向。

        1.3 輕量化

        1.3.1 水箱

        目前,國(guó)內(nèi)外列車(chē)的水箱通常采用不銹鋼材質(zhì),既可滿足強(qiáng)度、防腐、不污染水質(zhì)等各項(xiàng)要求,同時(shí)具有優(yōu)異的防火性能。為了降低重量,國(guó)外部分車(chē)輛的車(chē)內(nèi)小水箱采用了塑料材質(zhì),不僅重量輕,且防腐性能優(yōu)異,防火性能也滿足車(chē)輛要求,但是要滿足25~30年的壽命要求,還需結(jié)合運(yùn)用來(lái)驗(yàn)證。

        1.3.2 凈水管路

        凈水管路通常采用不銹鋼或銅材質(zhì),其中中國(guó)和大部分歐洲國(guó)家凈水管路主要采用不銹鋼,美國(guó)、加拿大主要采用銅材質(zhì)。由于不銹鋼或銅本身的材質(zhì)特性,安裝時(shí)調(diào)整量較小,對(duì)于更改量比較頻繁的管路來(lái)說(shuō)是不利的。CRH3型車(chē)及德國(guó)的動(dòng)車(chē)組少量采用了鋁塑管,這種鋁塑管成型好、調(diào)整量大、重量輕、成本低,裝配較容易。對(duì)于凈水管路來(lái)說(shuō),可嘗試采用此種鋁塑管,但是需重點(diǎn)關(guān)注防火和環(huán)保性能,滿足相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

        1.3.3 污物箱

        污物箱是儲(chǔ)存污物的裝置,材質(zhì)一般為不銹鋼材質(zhì)。日本新干線車(chē)輛的污物箱首次采用了FRP復(fù)合材料制造,其結(jié)構(gòu)為在FRP復(fù)合材料制橢圓形外殼周?chē)眉訜岱椒ㄕ辰泳勐纫蚁┡菽芰?,并在上面再手糊一層FRP復(fù)合材料的夾層結(jié)構(gòu)。FRP復(fù)合材料重量較小,不易被腐蝕,但是要滿足強(qiáng)度需求,就需要采用橢圓或圓形結(jié)構(gòu),不能充分利用列車(chē)空間,工藝較復(fù)雜,大面積應(yīng)用存在困難。

        1.3.4 衛(wèi)生間

        目前國(guó)內(nèi)外衛(wèi)生間殼體和地板主要采用玻璃鋼材質(zhì)[3],墻板主要采用鋁蜂窩,頂板和檢查門(mén)主要為高密度板。隨著新材料碳纖維、紙蜂窩等的出現(xiàn),國(guó)內(nèi)外已經(jīng)開(kāi)始探索這些輕型材料在衛(wèi)生間上的應(yīng)用,但也發(fā)現(xiàn)了紙蜂窩剛度不足、碳纖維與其他材料連接困難的問(wèn)題,且成本高昂,未大面積推廣。

        2 給水衛(wèi)生系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)

        2.1 污物收集

        集便裝置噪聲主要來(lái)自噴射器和抽吸污物時(shí)便盆處的噪聲,可以高達(dá)93 dB~96 dB,對(duì)鄰近的客室乘客產(chǎn)生影響,尤其是對(duì)臥鋪車(chē)的乘客產(chǎn)生較大影響。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)于集便裝置的隔音降噪研究不足,并無(wú)有效的措施。基于旅客舒適性需求,未來(lái)可從2個(gè)方面進(jìn)行研究。1)對(duì)噴射器產(chǎn)生的噪聲,可以在噴射器外圍設(shè)置隔音裝置,減少噪聲的傳遞。2)便盆處的噪聲可以可通過(guò)便盆底部管路的變徑降低噪聲;衛(wèi)生間區(qū)域可以整體進(jìn)行隔離降噪,使噪聲不能傳遞到客室區(qū)域。

        2.2 綠色環(huán)保

        2.2.1 微生物降解

        深入研究微生物降解技術(shù),減少外界環(huán)境對(duì)微生物的影響,提高微生物降解的效率,達(dá)到直排水的標(biāo)準(zhǔn)是未來(lái)研究的重點(diǎn)[4]。另外,為了提高污物降解的效率,也可以采用電化學(xué)方法降解污物,但是需要考慮周期性添加試劑產(chǎn)生的成本,選擇相對(duì)低廉且效果好的試劑是非常重要的。

        2.2.2 灰水再利用

        國(guó)外學(xué)者Robert E Eden等曾提出:在長(zhǎng)途旅行列車(chē)上,旅客使用過(guò)的洗漱水,污染雜質(zhì)只占0.1%左右,比海水的3.5%還少,經(jīng)過(guò)適當(dāng)處理可再重復(fù)利用?;宜倮眉夹g(shù)可將洗盆的灰水經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單處理后沖洗便器,一方面節(jié)省水箱用水,緩解列車(chē)上用水緊張的局面;另一方面大大降低污物箱的容積負(fù)荷;水箱和污物箱容積變小,同時(shí)也會(huì)降低重量,可謂一舉三得。

        灰水再利用裝置需兼顧以下3點(diǎn)。1)列車(chē)是一個(gè)狹長(zhǎng)體,大部分空間用來(lái)承載旅客,裝置安裝空間很小,因此必須采用處理空間小、質(zhì)量輕的設(shè)備。2)列車(chē)運(yùn)行時(shí)間有限,要選用速率快、最好能實(shí)現(xiàn)即開(kāi)即停的處理技術(shù)手段。3)應(yīng)平衡處理效果和制造費(fèi)用的矛盾,達(dá)到處理效益和成本的平衡。

        目前國(guó)內(nèi)外灰水再利用技術(shù)處于靜態(tài)研究階段,主要通過(guò)過(guò)濾的方式處理洗盆灰水,出水基本可以達(dá)到中水回用的標(biāo)準(zhǔn)。不過(guò)暫未經(jīng)過(guò)實(shí)際運(yùn)營(yíng)的驗(yàn)證,濾料的更換周期、成本和可靠性等有待驗(yàn)證,并繼續(xù)優(yōu)化。

        2.2.3 除異味措施

        衛(wèi)生間內(nèi)的清潔劑、消毒劑氣味以及隱蔽角落潮濕的環(huán)境滋生細(xì)菌微生物而產(chǎn)生霉味,垃圾異味,可通過(guò)加裝除菌除味小設(shè)備或環(huán)保健康版來(lái)解決。

        除菌除味小設(shè)備主要通過(guò)高電壓擊穿氣體,產(chǎn)生一定濃度的臭氧,通過(guò)臭氧的氧化作用達(dá)到除菌除味的目的。日本在這方面的技術(shù)領(lǐng)先,并具有國(guó)際專(zhuān)利,核心技術(shù)是控制臭氧濃度在一定范圍內(nèi),不對(duì)人體造成危害,且將列車(chē)提供的低壓轉(zhuǎn)化成高壓的電控設(shè)備安全可靠。日本的這種設(shè)備已在機(jī)場(chǎng)等大型公共場(chǎng)所應(yīng)用,正逐步在軌道車(chē)輛上推廣。

        另外一種可降解異味的設(shè)備是環(huán)保健康板,它采用無(wú)臭氧、無(wú)放射性、不插電、免維護(hù)的負(fù)離子發(fā)生技術(shù),不需要通電就能釋放大量對(duì)人體有益的負(fù)氧離子,能消煙除塵、殺菌防霉、去除甲醛氨氣、凈化空氣,創(chuàng)造健康舒適的局域空氣環(huán)境,并且具有耐高溫、防火、綠色環(huán)保、絕熱、隔音和無(wú)有害物質(zhì)等特性。這種健康板可直接粘接在衛(wèi)生間內(nèi)部的墻板上,目前在輪船的衛(wèi)生間中廣泛應(yīng)用,后續(xù)可以推廣到軌道車(chē)輛衛(wèi)生間。

        2.3 輕量化

        2.3.1 水箱

        重力式供水的水箱一般位于車(chē)內(nèi)較高位置,通過(guò)高度差給用水部件供水。此種水箱重心較高,且采用不銹鋼板拼焊而成,為了保證強(qiáng)度,通常會(huì)設(shè)置筋板,重量較大,對(duì)于整個(gè)車(chē)輛的設(shè)計(jì)不利。盡管法國(guó)部分車(chē)輛和我國(guó)CRH1前期車(chē)型的車(chē)內(nèi)小水箱采用過(guò)密度較小的塑料材質(zhì),但是技術(shù)并不成熟,拼縫及管路接口等采用何種方式連接,如何保證強(qiáng)度等都需要研究。隨著新型材料研究的進(jìn)步,各種性能優(yōu)異的塑料也源源不斷地出現(xiàn),基于減重需求的塑料材質(zhì)的水箱發(fā)展前景廣闊。車(chē)內(nèi)容積較小的水箱可優(yōu)先考慮采用塑料材質(zhì),并針對(duì)軌道車(chē)輛的特殊需求,研究滿足使用和強(qiáng)度要求的輕型水箱。

        2.3.2 凈水管路

        鋁塑管是一種由中間縱焊鋁管、內(nèi)外層聚乙烯塑料以及層與層之間熱熔膠共擠復(fù)合而成的新型管道。聚乙烯是一種無(wú)毒、無(wú)異味的塑料,具有良好的耐撞擊、耐腐蝕和抗天候性能。中間層縱焊鋁合金使管子具有金屬的耐壓強(qiáng)度,耐沖擊能力使管子易彎曲不反彈,鋁塑復(fù)合管具有金屬管堅(jiān)固耐壓和塑料管抗酸堿耐腐蝕2個(gè)特點(diǎn)。鋁塑復(fù)合管內(nèi)部平滑、不腐蝕,不結(jié)水垢,彎曲容易,最可貴的是鋁塑管不易結(jié)霜,保溫性好,非常適合使用于水管路系統(tǒng)中使用。

        2.3.3 衛(wèi)生間

        隨著減重需求越來(lái)越迫切,新型輕質(zhì)材料逐漸開(kāi)始在衛(wèi)生間中使用,最主要的就是用碳纖維代替玻璃鋼,紙蜂窩代替鋁蜂窩。目前,碳纖維和紙蜂窩并未大面積使用在衛(wèi)生間中,僅在減重要求非常高的車(chē)輛中進(jìn)行嘗試,主要原因是這2種材質(zhì)的成本較高。隨著碳纖維和紙蜂窩材料的發(fā)展,相信未來(lái)可以突破成本的枷鎖,大面積應(yīng)用在衛(wèi)生間中。

        3 結(jié)語(yǔ)

        我國(guó)的給水衛(wèi)生技術(shù)經(jīng)過(guò)了引進(jìn)消化再吸收的過(guò)程,已經(jīng)比較成熟可靠,可滿足運(yùn)營(yíng)維護(hù)需求。未來(lái)可以在中國(guó)軌道車(chē)輛給水衛(wèi)生系統(tǒng)中,積極研究新材料、新技術(shù),在舒適性、綠色環(huán)保和輕量化等方面實(shí)現(xiàn)給水衛(wèi)生新一輪的變革。

        參考文獻(xiàn)

        [1]岳文志,王衛(wèi),董德洪,等. 鐵路客車(chē)統(tǒng)型真空集便裝置的設(shè)計(jì).設(shè)計(jì)制造,2015,53(2):20-22.

        [2]王興華,繆峰,葛會(huì)超.旅客列車(chē)自處理式衛(wèi)生間新技術(shù)發(fā)展探討[J].鐵道車(chē)輛,2015,53(11):31-34.

        [3]崔婧美,李瑞淳.國(guó)外鐵路車(chē)輛衛(wèi)生間設(shè)計(jì)[J].科技創(chuàng)新,2014(3):13-14.

        [4]范青楊.集便器在中國(guó)軌道車(chē)輛上的應(yīng)用[J].城市軌道交通研究,2008(5):15-17.

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