軌道車燃油采暖系統(tǒng)的研制

張俊東

(西安鐵路局,陜西 西安　710054)

1　燃油采暖系統(tǒng)研制的必要性

軌道車是工務設備修理、防洪、檢查等工作的主要運輸設備，也是軌道車司機工作、生活的主要場所。冬季駕駛室內(nèi)溫度基本與外界環(huán)境溫度持平，如無采暖設備會給司機的工作和生活帶來極大不便，同時給軌道車的行車安全帶來嚴重安全隱患。司乘人員若采用燃煤采暖方法不僅存在較大的人身安全和火災隱患，而且對鐵路沿線環(huán)境污染較大，總公司、地方政府已禁止使用。若采用空調(diào)取暖存在3個問題:①因沿線各站基本未設置工務軌道車專用停留線、停車庫，無法為軌道車冬季采暖接入外接電源；②隨車生活發(fā)電機發(fā)電，發(fā)電機難以長時間連續(xù)工作且發(fā)電時噪聲較大，影響工作人員休息、待乘；③軌道車車體不具備保溫功能，當室外溫度低于-10 ℃ 時空調(diào)制熱功能降低，車內(nèi)總體取暖效果一般。因此研制新的采暖系統(tǒng)勢在必行。

2　設計要求

軌道車燃油采暖系統(tǒng)須滿足：①外形尺寸的設計符合GB 146.1—83《標準軌距鐵路機車車輛限界》[1]、鐵運[2007]22號《軌道車管理規(guī)則》[2]、GB/T 10082—2010《重型軌道車技術(shù)條件》[3]、鐵運[2006]177號《鐵路工務安全規(guī)則》[4]的要求，保證車輛連掛運行時不侵入鐵路限界，確保運輸安全。②軌道車采暖裝置符合TB/T 2742—1996《內(nèi)燃機車司機室取暖一般規(guī)范》[5]的要求，即采暖功率應保證軌道車(樣車)在室外溫度 -40 ℃、速度65 km/h運行時，司機室座椅及床鋪中心距地面1.2 m高處溫度不低于 10 ℃。③取暖裝置的安裝位置應保證熱空氣傳遞到整個軌道車空間，不留死角。④采暖裝置及其附件(電線、電纜、燃油管及防護材料)安裝牢靠，能承受軌道車運行時帶來的機械振動和沖擊，并符合GB/T 21414—2008《鐵路應用機車車輛電氣隱患防護的規(guī)定》[6]的要求。⑤軌道車采暖所使用的電器元件均采用進口或鐵路設備專用產(chǎn)品，性能可靠，并具有良好的抗拉強度和良好的阻燃及絕緣性能，符合GB/T 21413—2008《鐵路應用機車車輛電氣設備》[7]的要求。⑥軌道車安裝的加熱器主要部件(包括燃油加熱器)使用壽命≥10年。⑦平均噪聲限值滿足GB/T 12816—2006《鐵道客車內(nèi)部噪聲限值及測量辦法》[8]中規(guī)定的軟臥車標準，為車內(nèi)工作人員提供最高的舒適度。

3　技術(shù)方案

在現(xiàn)有軌道車的基礎上安裝燃油加熱器3臺，增設加熱器燃油箱、24 V獨立電源及控制線路，不改變車輛現(xiàn)有結(jié)構(gòu)[9]和配重比例，滿足車輛限界要求。軌道車燃油采暖系統(tǒng)主要由燃油加熱器、燃油箱、24 V電源、電源箱、電瓶充電機、油泵(主副油箱燃油互補)、控制盒、控制電路等組成。設計方案見圖1。

1-柴油、電池箱;2-油路接管;3-充電機;4-燃油加熱器(共2～3個); 5-加熱器控制盒(2～3個);6-充電器控制盒;7-電子泵;8-加油泵圖1　軌道車燃油采暖系統(tǒng)設計方案

系統(tǒng)于2015年10月份通過西安鐵路局科學技術(shù)成果鑒定。

3.1　主要技術(shù)參數(shù)(見表1)

表1　主要技術(shù)參數(shù)

3.2　關(guān)鍵技術(shù)及難點

軌道車燃油采暖系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)及難點：①根據(jù)軌道車供熱面積、供熱容量、功率對取暖設備選型。②對軌道車燃油供給系統(tǒng)進行改造。增配燃油副油箱及相關(guān)油路，為采暖設備獨立供油。采暖油路與軌道車柴油機工作油路相互獨立，互不影響，不改變原車設計原則[10]。同時，加裝從軌道車主油箱到新增燃油箱的補油系統(tǒng)，當新增燃油箱燃油低于顯示油位時，可從主油箱為其補油。③新增電瓶為采暖系統(tǒng)獨立供電，該組電瓶充滿電后，可連續(xù)19 h為燃油加熱器供電。同時，系統(tǒng)設計有通過軌道車24 V直流發(fā)電機和生活發(fā)電機為新增電瓶充電的雙充電轉(zhuǎn)換電路，為新增采暖電瓶電量補給提供了保障。④燃油采暖所用器件均是鐵路上其他設備使用過的成熟配件，確保了軌道車冬季采暖的穩(wěn)定性和安全性。

3.3　工作流程

采暖工作需要通過燃油供給系統(tǒng)、電力供給系統(tǒng)和控制系統(tǒng)共同完成。燃油供給是軌道車主油箱燃油通過補充燃油泵進入新增燃油箱，再由供油電子泵通過控制裝置有規(guī)律地將新增燃油箱內(nèi)的燃油加壓并輸送到燃油加熱器。電力供給是軌道車柴油機直流發(fā)電機或生活發(fā)電機所發(fā)電量通過充電轉(zhuǎn)換裝置進入供電電瓶進行儲存，供電電瓶通過控制裝置給供油電子泵和燃油加熱器供電，燃油加熱器內(nèi)電子點火裝置將高壓燃油點燃，加熱空氣。工作流程見圖2。

圖2　燃油采暖系統(tǒng)工作流程

具體介紹如下：

1)燃油供給系統(tǒng)

采暖所需燃油由新增容積350 L燃油箱提供，燃油經(jīng)電子泵增壓后供給加熱器。新增燃油箱缺油時，由補充燃油泵從軌道車主油箱為其補油。

2)電力供給系統(tǒng)

燃油采暖所需電能由新增電瓶提供，電瓶供電電壓為24 V，容量為195 A·h。設計雙充電電路，可直接通過軌道車自帶24 V直流發(fā)電機或生活發(fā)電機為新增電瓶充電。

3)控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)由電瓶充電控制子系統(tǒng)、補油控制子系統(tǒng)和加熱器控制子系統(tǒng)組成。

①電瓶充電控制子系統(tǒng)主要由5 kW生活發(fā)電機、電瓶直流充電器、柴油機24 V直流發(fā)電機、電磁開關(guān)和充電控制盒組成。5 kW生活發(fā)電機、電瓶直流充電器構(gòu)成一路交直流轉(zhuǎn)換的電瓶充電電路；柴油機24 V 直流發(fā)電機、電磁開關(guān)構(gòu)成另外一路電瓶充電電路；兩路充電電路在充電控制盒內(nèi)控制開關(guān)和轉(zhuǎn)換繼電器的作用下，實現(xiàn)軌道車在不同工作狀態(tài)下為電瓶充電功能。

②補油控制子系統(tǒng)由補油控制盒、直流斷路器、燃油補油泵和電源組成。系統(tǒng)所需電能由新增電瓶直接提供，電流由新增電瓶進入補油控制盒，經(jīng)直流斷路器保護后，再經(jīng)控制開關(guān)進入燃油補油泵。在新增燃油箱缺油時，打開燃油泵控制開關(guān)，燃油補油泵得電后，即可從主油箱為新增燃油箱補油。

③加熱器控制子系統(tǒng)由控制盒、操作面板、供油電子泵(脈沖式電子泵)、加熱器和電源組成。操作控制面板通過控制盒控制供油電子泵和加熱器。

④所有控制系統(tǒng)中均設計了過載、過流、短路保護，從而使控制系統(tǒng)的可靠性和安全性大大提高，同時保證了加熱過程中設備和操作人員的安全。

3.4　燃油加熱器結(jié)構(gòu)及功能特點

1)燃油加熱器主要由燃燒室和加熱室構(gòu)成。車外助燃空氣與柴油在燃燒室內(nèi)混合、燃燒，并將廢氣排出軌道車外。軌道車駕駛室內(nèi)冷空氣通過吸風扇送入加熱室，被加熱室加熱后再次進入軌道車內(nèi)，通過多次循環(huán)提升車內(nèi)溫度。工作原理見圖3。

圖3　燃油加熱器工作原理

2)加熱器為電噴燃油氣暖加熱器，具有體積小、功率大、升溫快、無噪聲的特點。同時，在軌道車上改裝時工作量較小。每臺軌道車安裝3臺加熱器，即可為軌道車提供3×5.5 kW的供暖功率。單臺加熱器主要參數(shù)見表2。

表2　單臺加熱器主要參數(shù)

4　測試樣車安裝

燃油采暖系統(tǒng)安裝后不改變車輛原有布局，利用車輛底部和內(nèi)部預留空間進行組合安裝。限界及配重比均滿足軌道車設計技術(shù)要求。測試樣車部分截圖見圖4。

圖4　燃油采暖系統(tǒng)測試樣車截圖

5　樣車運行測試數(shù)據(jù)及分析

分析首臺樣車安裝燃油采暖系統(tǒng)后室內(nèi)測試數(shù)據(jù)(見表3)可知：①燃油采暖系統(tǒng)工作時供電電壓為24 V，屬安全電壓?？偤碾娏繛?40 W/h，電能由新增電瓶提供。②燃油采暖電瓶虧電時充電電源可由軌道車柴油機自帶的DC24 V直流發(fā)電機或生活發(fā)電機提供，電瓶充滿電后可連續(xù)19 h為燃油加熱器供電，所需電量對生活發(fā)電機正常工作不造成影響。③采用燃油采暖時，軌道車室內(nèi)噪聲均值為58.65 dB，能為軌道車司乘人員提供更好的休息環(huán)境。④燃油采暖系統(tǒng)所提供的熱能能夠滿足軌道車冬季采暖需要。⑤燃油消耗量小，使用成本較低。

表3　室內(nèi)測試數(shù)據(jù)

6　結(jié)語

軌道車燃油取暖系統(tǒng)是利用燃油燃燒加熱空氣進行軌道車室內(nèi)采暖的重要裝置，它不僅有效解決了我國北方地區(qū)軌道車冬季采暖難的問題，而且不受地理條件、外界環(huán)境和車輛工作狀態(tài)的影響，實現(xiàn)了全天候、長時間不間斷為軌道車取暖，消除了以往燃煤取暖的次生危害，亦無電加熱取暖時受外接電源限制的問題。

該系統(tǒng)已分別于2014年冬和2015年冬在閻良工務段、延安工務段和綏德工務段進行了試驗和試用。2016年4月西安鐵路局組織對2015—2016年冬季在陜北先期推廣試用的18套軌道車燃油取暖設備進行了使用情況調(diào)研。結(jié)果顯示該系統(tǒng)滿足目前我國北方地區(qū)軌道車冬季采暖需要，符合設計要求，值得推廣。

[1]國家標準局.GB 146.1—83標準軌距鐵路機車車輛限界[S].北京：中國鐵道出版社，1996.

[2]中華人民共和國鐵道部.鐵運[2007]22號軌道車管理規(guī)則[S].北京：中國鐵道出版社，2007.

[3]國家標準局.GB/T 10082—2010重型軌道車技術(shù)條件[S].北京：中國鐵道出版社，2010.

[4]中華人民共和國鐵道部.鐵運[2006]177號鐵路工務安全規(guī)則[S].北京：中國鐵道出版社，2006.

[5]中華人民共和國鐵道部.TB/T 2742—1996內(nèi)燃機車司機室取暖一般規(guī)范[S].北京：中國鐵道出版社，1997.

[6]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會.GB/T 21414—2008鐵路應用機車車輛電氣隱患防護的規(guī)定[S].北京：中國鐵道出版社，2009.

[7]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會.GB/T 21413—2008鐵路應用機車車輛電氣設備[S].北京：中國鐵道出版社，2009.

[8]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會.GB/T 12816—2006鐵道客車內(nèi)部噪聲限值及測量辦法[S].北京：中國鐵道出版社，2007.

[9]馮牧，張翰芳.HGCZ-2000型換軌車及其應用[J].鐵道建筑，2017，57(12):119-121.

[10]周佳亮,徐濟松,高春雷,等.工務機械車安全檢測與監(jiān)測系統(tǒng)方案設計[J].鐵道建筑，2016，56(12):114-116.