鐵路客車給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

聶云龍

摘 要：介紹鐵路客車給水系統(tǒng)原理、功能、結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用，重點(diǎn)介紹了客車給水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求和設(shè)計(jì)方法，對(duì)客車給水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和學(xué)習(xí)了解將有積極的幫助。

關(guān)鍵詞：鐵路客車，給水系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)

給水系統(tǒng)是客車設(shè)計(jì)的重要組成部分，是旅客旅途生活必不可少的基本條件之一，也是旅客列車人性化服務(wù)的重要方面。隨著鐵路客的發(fā)展，對(duì)給水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求不斷提高，要求系統(tǒng)合理、結(jié)構(gòu)可靠、集成度高、功能合理、使用維修方便。

綜觀鐵路客車的發(fā)展歷程，無論是普通客車還是高檔客車，無論是長(zhǎng)大編組客車還是動(dòng)車組，其給水系統(tǒng)從供水的形式來分只有兩種，即車上自然壓力式供水和車下壓力式供水，其中車下壓力式供水又分為氣壓式和電泵揚(yáng)程式兩種供水方式。

從車輛的運(yùn)行性能和車輛結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求考慮，無疑是車下供水方式是理想的供水方式，重心低，且不占用車上有限的空間，對(duì)于車體設(shè)計(jì)不斷降低的的高速客車和動(dòng)車組來說顯得尤為重要，所以目前200km/h以上的高速動(dòng)車組基本上都采用車下供水方式。

我國(guó)70年代以前的21型客車曾采用車下設(shè)置水箱，，采用手動(dòng)“五通閥”注水，利用列車制動(dòng)風(fēng)源，向水箱加壓供水，由于利用制動(dòng)風(fēng)源進(jìn)行供水會(huì)對(duì)制動(dòng)的可靠性產(chǎn)生影響，且這種供水方式可靠性差，操作不便，所以這種供水方式在后來的客車設(shè)計(jì)中已逐步淘汰。

所以從70 年代末的22 型車起開始采用車上自然壓力式供水，由于當(dāng)時(shí)22 型客車直至現(xiàn)在的25型客車上有足夠的空間進(jìn)行水箱設(shè)置，行車速度不高，重心的變化對(duì)客車的運(yùn)行性能的影響并不突出，且具有系統(tǒng)合理、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、成本較低的優(yōu)點(diǎn)，所以這種供水方式表現(xiàn)出較強(qiáng)的生命力，目前在25G/T型客車上被廣泛使用。

但技術(shù)進(jìn)步是永恒的，作為客車設(shè)計(jì)者總是為技術(shù)進(jìn)步在不懈努力。盡管車上供水方式對(duì)普通客車性能影響有限，但一定程度上制約了客車的發(fā)展，設(shè)計(jì)人員在80年代末到90年代初的日元貸款 “168”客車上（即早期的25G型客車），開始進(jìn)行車下供水方式的改革，使用水泵自動(dòng)打水方式向車上供水，但由于頻繁啟動(dòng)，加上水泵質(zhì)量不過關(guān)，故障頻發(fā)，影響使用，出于當(dāng)時(shí)技術(shù)水平的局限，這種供水方式未能成功。

“九五”國(guó)家重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目先鋒號(hào)動(dòng)車組“兩動(dòng)一拖”，對(duì)車下供水方式又進(jìn)行了改進(jìn)，采用雙保險(xiǎn)兩只水泵打水方式，實(shí)踐證明，這種改進(jìn)仍不理想。近年來隨著高速動(dòng)車組的發(fā)展，提供了高技術(shù)應(yīng)用的切機(jī)，車下供水系統(tǒng)開始進(jìn)口自動(dòng)“五通閥”或采用進(jìn)口日本鐵路專用變頻式電動(dòng)水泵，比較妥善解決了車下供水問題。總之，車下供水方式是客車給水系統(tǒng)發(fā)展的方向，隨著客車高技術(shù)的進(jìn)步，車下供水的技術(shù)難題一定會(huì)得到徹底解決。

下面就給水系統(tǒng)的系統(tǒng)原理、系統(tǒng)組成、模塊化設(shè)計(jì)進(jìn)行重點(diǎn)介紹。

1 系統(tǒng)原理

1.1 車上自然壓力供水系統(tǒng)原理

車上自然壓力供水系統(tǒng)系統(tǒng)原理就是把注水→儲(chǔ)水→用水→排水的功能通過管路、管接件和用水設(shè)備連接起來的系統(tǒng)，利用水箱與用水設(shè)備的高度差而產(chǎn)生的壓力實(shí)現(xiàn)供水（其原理見圖1所示）。

車站或車輛段將2.5～3kg/cm3 壓力的自來水通過列車下的注水口注到車上水箱內(nèi)，同時(shí)水箱內(nèi)原空氣通過設(shè)置在車水箱上的溢水管排出車外，當(dāng)水箱水注滿時(shí)，水從溢水管中溢出，水箱的水通過供水管路送到車上廁所、洗臉間、茶爐等各用水部位。

其優(yōu)點(diǎn)：供水原理簡(jiǎn)單、可靠，不受車上其他設(shè)備或能源的限制，組裝工藝簡(jiǎn)單、制造費(fèi)用低。其缺點(diǎn)；影響車上空間，全車重心高，高速行車有影響，安裝位置限制了水箱的容積。

2 系統(tǒng)組成

給水系統(tǒng)主要由注水裝置、排水裝置、管系、用水裝置等部分組成。

2.1注水裝置

按鐵道部《技術(shù)規(guī)范》規(guī)定，旅客列車必須在車體兩側(cè)設(shè)置注水裝置，每側(cè)均可向車內(nèi)水箱進(jìn)行注水。

多年來，客車注水裝置一般都按標(biāo)準(zhǔn)TB/T 112-1974《客車用注水口（A、B型）型式與尺寸》設(shè)置注水口，安裝于車體下部，這種注水口結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，但在高寒地區(qū)容易結(jié)冰，影響使用，另一方面，隨著客車運(yùn)行速度的提高，注水口污染嚴(yán)重，設(shè)計(jì)人員曾進(jìn)行改革，加裝帶蓋橡膠注水盒，來解決以上問題，但因使用不便而取消。后來在客車兩側(cè)側(cè)墻上設(shè)計(jì)隱藏式注水裝置，這種方式被鐵道部認(rèn)可并得到廣泛應(yīng)用。

注水是用2.5～3kg/cm3 壓力的將自來水通過注水口壓到水箱的過程。

目前使用的注水口有普通的鑄鐵注水口和不銹鋼電熱注水口兩種。

25G、25T 型非高寒車采用普通鑄鐵注水口，沒有特殊要求的高寒車也是采用的普通鑄鐵注水口；車下水箱和有特殊要求的車種注水口采用不銹鋼電熱注水口。兩種注水口的接口關(guān)系都是一致的與Dg25 的注水管相匹配。

2.2排水裝置

鐵道部《技術(shù)規(guī)范》規(guī)定，各排水口下方應(yīng)避開轉(zhuǎn)向架，防止水撒在轉(zhuǎn)向架軸箱、制動(dòng)盤、制動(dòng)缸及車輪踏面上，洗臉間、廁所地面最低處設(shè)有帶蓋的排水口，這是排水設(shè)計(jì)的基本原則。

排水就是將車上的生活污水排放在車外，隨著我國(guó)鐵路客車運(yùn)行速度及環(huán)保要求的提高，要求我們的鐵路客車具有很高的密封性、環(huán)保性。一些老型客車直排方式污染鐵路環(huán)境，青藏鐵路及200 公里的動(dòng)車組都具有污水收集裝置，我們公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)的200 公里軌道檢查車也具有污水收集裝置，這也是現(xiàn)在鐵路的發(fā)展方向。

2.3管系設(shè)計(jì)

常規(guī)客車給水系統(tǒng)管路材質(zhì)由《技術(shù)規(guī)范》規(guī)定的，如25G型客車給水管路采用鍍鋅鋼管，25T型客車采用不銹鋼管。 管系組成按其使用性質(zhì)可分為：注水管路、供水管路、連通管路、空氣管路。

水管路就是位于車體的兩側(cè)用于向車上水箱注水的管路；供水管路即從水箱引出送到車內(nèi)各用水部位的水管路；連通管路就是用于一個(gè)車上有多個(gè)水箱，水箱與水箱之間連通的管路；空氣管路包括水箱之間空氣連通以及水箱的溢水管路也就是注水時(shí)充當(dāng)溢水，各部件用水時(shí)充當(dāng)進(jìn)氣的管路。

管系的設(shè)計(jì)應(yīng)盡量設(shè)計(jì)成暗管、水管路的走向一定要利于排盡余水、按要求設(shè)置管路防寒、盡量減少管接件的數(shù)量等基本要求。

注水管路：注水管一般采用Dg25，在靠近水箱處的水平注水管路中一般加設(shè)不銹鋼單向閥以防止注水時(shí)從另一側(cè)注水管溢水。

供水管路：供水管一般采用Dg20或Dg15，從水箱上的管座引出經(jīng)合理的路徑到達(dá)需要用水的部件位置。供水管路過長(zhǎng)時(shí)要求在2-3m的距離內(nèi)一定要加固定管卡或管吊以防止供水管因震動(dòng)而導(dǎo)致接頭松動(dòng)漏水。為了便于檢修更換，供水管路在適當(dāng)?shù)奈恢靡惭b控制閥門。

連通管路：連通管一般采用Dg25或Dg20，當(dāng)水箱較多時(shí)也可采用Dg40。連通管路要求有一定的坡度以滿足能夠排凈水箱內(nèi)的存水。

空氣管路：空氣管一般采用Dg20，當(dāng)水箱較多時(shí)應(yīng)采用Dg25以保證水箱注水時(shí)能夠全部注滿，不產(chǎn)生憋氣的現(xiàn)象。

給水系統(tǒng)常用鋼管規(guī)格見表1。

2.4用水裝置

用水裝置一般是由《技術(shù)規(guī)范》規(guī)定的，餐車主要用水集中在廚房（如洗池、電茶爐等），硬座車、硬臥車和軟臥車用水裝置基本相同，如廁所（便器沖洗、洗手器）、洗臉間（洗手器、溫水箱）和電茶爐。在設(shè)計(jì)時(shí)電茶爐用水必須優(yōu)先得到保證，也就是茶爐用水要從水箱的最低位引出。

3 系統(tǒng)防寒

3.1防寒設(shè)計(jì)原則

對(duì)于適用于高寒地區(qū)的客車鐵道部在《技術(shù)規(guī)范》中明確要求，水箱及水管路采取防凍、防寒措施，在最低環(huán)境溫度下能正常使用，這是客車給水系統(tǒng)防寒設(shè)計(jì)的原則。給水系統(tǒng)防寒，關(guān)鍵要對(duì)水箱、供水管路、注水口（排水套）采取有效的防寒措施，確保給水系統(tǒng)

在最低環(huán)境溫度下能正常使用。目前采用的電伴熱設(shè)計(jì)是解決客車給水系統(tǒng)防寒的關(guān)鍵措施。

一個(gè)完整的電伴熱系統(tǒng)包括：電源接線盒、自控溫電伴熱線、三通接線盒、尾端接線盒。 伴熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本原則是電源接線盒要求放置在易于檢修的部位，伴熱線的走向要合理全面，系

統(tǒng)復(fù)雜時(shí)三通接線盒的位置盡可能考慮到接線合理，容易檢修。所謂高寒客車就是在非限定運(yùn)行區(qū)間（環(huán)境溫度-40℃～+40℃）運(yùn)行的客車；在限定運(yùn)行區(qū)間（環(huán)境溫度-20℃～+40℃）運(yùn)行的客車我們稱之為非高寒車。

3.2管路防寒

非高寒車：一般車上平頂上及夾層內(nèi)的管路采用6mm厚的聚乙稀鋁箔管外包防寒，車下廁所及洗臉間內(nèi)的管路一般不做防寒處理。

高寒車：一般車上平頂上及夾層內(nèi)的管路纏繞自控電伴熱線（AC220V，26W/m）加熱并外包6mm厚的聚乙稀鋁箔管防寒，車下廁所及洗臉間內(nèi)的管路一般不做防寒處理。

3.3注水口（排水套）防寒

非高寒車：一般采用普通注水口，排水套采用橡膠排水套或不銹鋼排水套。

高寒車：一般采用電熱注水口，排水套采用電熱排水套。

4 給水系統(tǒng)的模塊化設(shè)計(jì)

模塊化是鐵路客車設(shè)計(jì)的發(fā)展方向。鐵路客車給水系統(tǒng)也應(yīng)按照模塊化方向設(shè)計(jì)，更好、更快地與國(guó)際接軌。滿足大鐵路客車快速生產(chǎn)發(fā)展的需要。

給水系統(tǒng)采用模塊化集成化設(shè)計(jì)，不僅可以把給水系統(tǒng)各部分先按小塊集成，然后再把集成的小塊組合成給水裝置模塊，同時(shí)，水箱要利用車體模塊梁固定，但也要把水箱體作為一個(gè)剛體，有效地利用水箱體固定車體部件。

對(duì)于全車來講，使給水裝置模塊化集成化成為你中有我，我中有你的新設(shè)計(jì)思路。

給水系統(tǒng)可分為如下幾個(gè)集成塊：

a.按部位可分為廁所給水集成塊、洗臉間給水集成塊、茶爐室給水集成塊、廚房給水集成塊等。

b.按大部件可分為水箱集成塊、供水主管集成塊等。

5 結(jié)語

客車給水系統(tǒng)在為旅客提供服務(wù)的同時(shí)，更加注重方便性和舒適性，充分考慮了人機(jī)工程學(xué)方面的要求。由于各種車型布局的不同，客車給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)，具體到每個(gè)車種給水系統(tǒng)的模塊化設(shè)計(jì)應(yīng)視《技術(shù)規(guī)范》、總體要求、環(huán)境條件、使用條件來綜合決定。

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