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        一種隧道清洗車真空吸污系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

        2021-07-28 03:25:32趙俊杰時(shí)洪光張保福
        鐵道運(yùn)營技術(shù) 2021年3期
        關(guān)鍵詞:系統(tǒng)

        趙俊杰,時(shí)洪光,張保福

        (中車山東機(jī)車車輛有限公司,1、3,工程師,2、高級工程師,山東 濟(jì)南 250000)

        隨著地鐵軌道交通運(yùn)營速度提高,車輛的高速穿行將在地鐵隧道內(nèi)產(chǎn)生活塞風(fēng),在其作用下隧道內(nèi)鐵路道床及排水溝將沉積大量污物,如不及時(shí)清理將影響行車安全及人員健康,由于作業(yè)天窗期的限制,傳統(tǒng)的人工清掃方式已無法滿足長線路高效作業(yè)的需求[1]。隧道清洗車應(yīng)運(yùn)而生,該車主要由高壓水系統(tǒng)、毛刷滾刷系統(tǒng)和真空吸污系統(tǒng)組成。真空吸污系統(tǒng)的性能對作業(yè)效果起到關(guān)鍵性作用。

        1 真空吸污系統(tǒng)原理

        真空吸污系統(tǒng)主要由吸污單元、過濾器室、污物箱和真空風(fēng)機(jī)組成(見圖1)。該系統(tǒng)可將污水及污物收集,并用真空風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的負(fù)壓進(jìn)行抽吸,固體污物存放在污物箱內(nèi),液體則存放在污水箱內(nèi),在污物箱和真空風(fēng)機(jī)間設(shè)置有過濾器系統(tǒng),可將空氣內(nèi)的微小顆粒進(jìn)行有效過濾。

        圖1 真空吸污系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

        在清掃過程中,只有當(dāng)真空風(fēng)機(jī)形成的負(fù)壓在吸塵口進(jìn)口處產(chǎn)生的氣流流速大于顆粒的起動(dòng)風(fēng)速時(shí),垃圾顆粒才有可能脫離地面進(jìn)入氣流被吸塵口吸起[2]。傳統(tǒng)通過增加真空風(fēng)機(jī)功率的方式來增加真空吸污能力,但此方式吸污能力增幅有限且功耗噪音也隨之增大。查閱相關(guān)資料顯示當(dāng)真空系統(tǒng)要求的風(fēng)量特別大時(shí)可采用并聯(lián)或串聯(lián)真空風(fēng)機(jī)滿足要求。由于真空吸污系統(tǒng)空間結(jié)構(gòu)限制本文選用真空風(fēng)機(jī)并聯(lián)方式進(jìn)行研究。

        2 并聯(lián)真空系統(tǒng)特性研究

        可將吸污單元、過濾器室、污物箱視為一個(gè)管網(wǎng)系統(tǒng),與真空風(fēng)機(jī)組成真空系統(tǒng)。通常所說的真空風(fēng)機(jī)性能點(diǎn),即為真空風(fēng)機(jī)的性能曲線與管網(wǎng)特性曲線的交點(diǎn),稱之為運(yùn)行工況點(diǎn)。對于管網(wǎng)系統(tǒng),管網(wǎng)特性曲線符合△P=KQ2關(guān)系式,其中P為壓強(qiáng),Q為風(fēng)量,管網(wǎng)系統(tǒng)一定時(shí),K為常數(shù)。并聯(lián)真空風(fēng)機(jī)要克服的是同一系統(tǒng)的管網(wǎng)阻力,而管網(wǎng)中通過的風(fēng)量則是并聯(lián)各臺真空風(fēng)機(jī)產(chǎn)生風(fēng)量的疊加[3]。圖2為兩臺特性曲線相同的真空風(fēng)機(jī)并聯(lián)合成特性曲線。由圖1可知,兩臺真空風(fēng)機(jī)并聯(lián)運(yùn)行時(shí)管網(wǎng)中輸出的總風(fēng)量,小于兩臺真空風(fēng)機(jī)在該管網(wǎng)中單獨(dú)運(yùn)行時(shí)輸出的風(fēng)量的代數(shù)和。管網(wǎng)特性曲線R與單臺真空風(fēng)機(jī)特性曲線交于A1,與兩臺并聯(lián)真空風(fēng)機(jī)的合成特性曲線交于A。此時(shí)如果僅啟用一臺真空風(fēng)機(jī),則系統(tǒng)吸風(fēng)量為qvA1;如果兩臺真空風(fēng)機(jī)同時(shí)開啟,系統(tǒng)吸風(fēng)量則為q;從圖1可發(fā)現(xiàn)q<2q。vAvAvA1然而,兩臺真空風(fēng)機(jī)同時(shí)開啟后,對兩臺真空風(fēng)機(jī)單獨(dú)測量,發(fā)現(xiàn)它們各自工作在A1'點(diǎn)上,此時(shí)真空風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的壓力將克服管網(wǎng)阻力,即相當(dāng)于它們各自工作在特性曲線為R的管網(wǎng)中。此時(shí)單臺真空風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的風(fēng)量由qvA1降至qvA1,發(fā)現(xiàn)管網(wǎng)中系統(tǒng)產(chǎn)生的總風(fēng)量為qvA=2qvA1'??雌饋硎莾膳_真空風(fēng)機(jī)并聯(lián)運(yùn)行時(shí),其中一臺真空風(fēng)機(jī)給另一臺真空風(fēng)機(jī)制造了阻力。這是因?yàn)閮膳_真空風(fēng)機(jī)并聯(lián)工作時(shí),其中一臺真空風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的風(fēng)量已經(jīng)占據(jù)了管網(wǎng)系統(tǒng)一部分容積,所以對另一臺真空風(fēng)機(jī)而言相當(dāng)于其有效流通容積相對縮小了,故阻力也就相對增大了,二者互為因果。

        圖2 兩臺特性曲線相同的真空風(fēng)機(jī)并聯(lián)合成特性曲線

        圖3為兩臺特性曲線不同的真空風(fēng)機(jī)并聯(lián)合成特性曲線,從圖3也可得出上述相同結(jié)論。只是產(chǎn)生的總風(fēng)量比兩臺真空風(fēng)機(jī)在該管網(wǎng)中單獨(dú)運(yùn)行產(chǎn)生風(fēng)量之和更小,即qvA<qvA1+qvA2。

        圖3 兩臺特性曲線不同的真空風(fēng)機(jī)并聯(lián)合成特性曲線

        圖4為特性曲線有峰值的兩臺不同真空風(fēng)機(jī)并聯(lián)曲線,當(dāng)管網(wǎng)特性曲線為R1時(shí),在此管網(wǎng)系統(tǒng)中,單獨(dú)啟用小、大真空風(fēng)機(jī)所產(chǎn)生的風(fēng)量分別為qvA1和qVa2,兩臺真空風(fēng)機(jī)同時(shí)啟用產(chǎn)生風(fēng)量為qvA,但qvA<qvA1+qvA2。如果管網(wǎng)特性曲線為R2,它與大真空風(fēng)機(jī)和與并聯(lián)合成的特性曲線交點(diǎn)都為B;這時(shí)單獨(dú)啟用大真空風(fēng)機(jī)時(shí)管網(wǎng)系統(tǒng)產(chǎn)生的風(fēng)量為qvB,兩臺真空風(fēng)機(jī)同時(shí)啟用時(shí)管網(wǎng)系統(tǒng)產(chǎn)生風(fēng)量仍為qvB,此時(shí)小真空風(fēng)機(jī)不起作用。如果管網(wǎng)特性曲線為R3,單獨(dú)啟用大真空風(fēng)機(jī)時(shí)管網(wǎng)中輸出風(fēng)量為qVc2,兩臺真空風(fēng)機(jī)同時(shí)啟用后管網(wǎng)系統(tǒng)中產(chǎn)生的風(fēng)量不增反降至qVc,此時(shí)小真空風(fēng)機(jī)在管網(wǎng)系統(tǒng)中起負(fù)作用。可見只有當(dāng)管網(wǎng)阻力比較小,其特性曲線與風(fēng)機(jī)的并聯(lián)合成特性曲線交于B點(diǎn)右側(cè)時(shí),并聯(lián)運(yùn)行才起到增加風(fēng)量作用,離B點(diǎn)越遠(yuǎn)效果越顯著,這里稱B點(diǎn)為并聯(lián)運(yùn)行的臨界點(diǎn)。

        圖4 特性曲線有峰值的兩臺不同真空風(fēng)機(jī)并聯(lián)曲線

        經(jīng)過以上分析可以得出,對于在長時(shí)間大風(fēng)量工況條件下運(yùn)行偶爾由于載荷降低需要臨時(shí)停用一臺真空風(fēng)機(jī)時(shí),應(yīng)按圖1選用兩臺相同的通風(fēng)機(jī)并聯(lián)運(yùn)行。對于經(jīng)常在小風(fēng)量工況條件下運(yùn)行偶爾由于載荷增加需要臨時(shí)增開一臺真空風(fēng)機(jī)時(shí)應(yīng)按圖2或圖3選用兩臺不同的真空風(fēng)機(jī)并聯(lián)。

        3 新型真空吸污系統(tǒng)

        經(jīng)過對真空風(fēng)機(jī)并聯(lián)管網(wǎng)特性分析可知,選用相同管網(wǎng)特性的真空風(fēng)機(jī)并聯(lián)工作是提升真空吸污系統(tǒng)風(fēng)量的有效途徑。由此提出一種新型真空吸污系統(tǒng),該系統(tǒng)在真空系統(tǒng)基礎(chǔ)上增加風(fēng)能回收裝置和并聯(lián)扇葉實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)并聯(lián)工作以增強(qiáng)真空吸污系統(tǒng)吸污能力。其工作原理是在真空風(fēng)機(jī)出風(fēng)口裝有導(dǎo)風(fēng)管,導(dǎo)風(fēng)管另一端與風(fēng)能回收裝置連接,真空風(fēng)機(jī)出風(fēng)口產(chǎn)生的風(fēng)能通過導(dǎo)風(fēng)管驅(qū)動(dòng)風(fēng)能回收裝置內(nèi)渦輪高速旋轉(zhuǎn)[4],高速旋轉(zhuǎn)的渦輪通過帶傳動(dòng)用以驅(qū)動(dòng)安裝在過濾器室上的并聯(lián)真空葉輪與真空風(fēng)機(jī)一同并聯(lián)工作。為了使并聯(lián)真空葉輪產(chǎn)生的風(fēng)量與真空風(fēng)機(jī)風(fēng)量匹配方便,采用與真空風(fēng)機(jī)尺寸相同的葉輪。隨后只需通過調(diào)整帶傳動(dòng)裝置的傳動(dòng)比以及風(fēng)能回收裝置中渦輪參數(shù)即可達(dá)到真空風(fēng)機(jī)的同等工況。

        4 結(jié)語

        本文通過對真空風(fēng)機(jī)并聯(lián)條件下管網(wǎng)特性曲線分析得出相同真空風(fēng)機(jī)并聯(lián)工作方式為優(yōu);在此基礎(chǔ)上提出基于氣動(dòng)渦輪傳動(dòng)原理的新型真空吸污系統(tǒng),即在原系統(tǒng)中通過增加風(fēng)能回收裝置即可實(shí)現(xiàn)兩臺風(fēng)機(jī)的并聯(lián)真空抽吸功能,為增強(qiáng)隧道清洗車真空吸污能力提供一種新的思路。

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