機(jī)車淋雨架系統(tǒng)設(shè)計(jì)及改造

謝慶想 王新權(quán)

中車株洲電力機(jī)車有限公司 湖南 株洲 412001

正文：

1 設(shè)計(jì)背景

機(jī)車事業(yè)部原有的淋雨架頂部噴頭水壓、噴頭布局方式以及噴淋到機(jī)車表面的雨量都無法達(dá)到新鐵標(biāo)要求。原淋雨架設(shè)計(jì)為均分兩段控制，無法根據(jù)不同長度的機(jī)車車型進(jìn)行調(diào)節(jié)，造成水資源的大量浪費(fèi)。水閥的打開全部是通過人工操作，頂部壓力控制困難，須多次調(diào)整，浪費(fèi)時(shí)間及調(diào)整期間的水資源。

2 設(shè)計(jì)方案總體說明

本設(shè)計(jì)施工方案根據(jù)淋雨架系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)書、《TB/T2054—2017機(jī)車淋雨試驗(yàn)方法》和《電力機(jī)車出廠試驗(yàn)規(guī)則》的相關(guān)內(nèi)容，參考原機(jī)車淋雨架圖紙，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況全面考慮而提出。本設(shè)計(jì)施工方案內(nèi)容包括噴頭布局及選型、管道的布局設(shè)計(jì)、淋雨架支架改造及管道、電氣安裝和土建等部分。

3 具體方案設(shè)計(jì)及改造實(shí)施

3.1 淋雨支架部分

淋雨架結(jié)構(gòu)外形尺寸保持不變，長49200mm，寬5350mm。原淋雨架頂部檢修通道拆除，縱向新裝Φ20圓鋼，以便于檢修時(shí)懸掛安全裝置。兩側(cè)檢修走道下移至距地面2.5m高，寬度由原來的400mm加寬至500mm。兩側(cè)檢修走道支架由原來的L50角鋼更換為[80槽鋼制作，制作完成后采用螺栓固定在支架立柱上。

3.2 淋雨架噴頭選型及布局設(shè)計(jì)

（以35.2米長車型為例，出水口壓力達(dá)到0.2MPa，為確保各面淋雨量需達(dá)到6mm/min，X表示單個(gè)噴頭在0.2MPa壓力下的額定流量）：頂部橫向設(shè)置6個(gè)噴頭，其中4個(gè)垂直向下，2個(gè)與水平面成45度角，橫向噴頭間距800mm，縱向噴頭間距為600mm：（4+2/5*2）*35.2/0.6*X=35.2*3.1*6 X=2.325L/min

單側(cè)面豎直方向設(shè)置4個(gè)噴頭，與水平面成45度角，噴頭間距600mm（豎直方向間距及縱向間距相同）：（3/5+2+1/3）*35.2/0.6*X=35.2*1.5*6 X=1.84L/min

兩端面分別設(shè)置兩排45度角的噴頭，每排3個(gè)噴頭，并與頂部豎直方向噴頭同時(shí)進(jìn)行噴淋：（3*2+4*2+2/5*2）*X=3.1*2*6 X=2.51L/min

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求各面淋雨量不小于6mm/min，參考設(shè)計(jì)手冊(cè)選取噴頭流量大小為3.1L/min，噴口額定直徑為2.0mm，接頭大小為1/8，噴頭總數(shù)量為1170個(gè)。

3.3 淋雨架管網(wǎng)系統(tǒng)水力計(jì)算

管網(wǎng)系統(tǒng)水力計(jì)算的目的是計(jì)算出管網(wǎng)總流量，確定管網(wǎng)各管段的管徑，計(jì)算能滿足最不利點(diǎn)處配水點(diǎn)所需水壓要求，選定變頻水泵型號(hào)。淋雨架管網(wǎng)總流量的確定，根據(jù)TB/T2054—2017《機(jī)車淋雨試驗(yàn)方法》要求：淋向機(jī)車各面的雨量不應(yīng)低于6mm/min,持續(xù)時(shí)間不少于15min。按兩臺(tái)電力機(jī)車的尺寸S=[22.7×（3.29+3+3）+3.29×3×2]×2=460m2計(jì)算，管網(wǎng)總流量：Q=6mm/min×60min×460m2÷1000×1.15 =190m3/h(其中1.15為設(shè)計(jì)流量系數(shù))

3.4 淋雨架管網(wǎng)管道管徑計(jì)算及管道布置

（1）總進(jìn)水管管徑計(jì)算：D=(4Q/Vπ)1/2

式中D---計(jì)算管段的管徑（m）；Q---計(jì)算管段的設(shè)計(jì)秒流量（m3/s）；V---管段中的流速（m/s）（查設(shè)計(jì)手冊(cè)取經(jīng)濟(jì)流速1.8m/s）。算出管徑D=0.193m，選取Φ219×10的不銹鋼管。

（2）淋雨架管網(wǎng)水平管管徑計(jì)算：

單排水平管的設(shè)計(jì)秒流量Q=85個(gè)×3.1L/min÷60÷1000=0.00439 m3/s，查設(shè)計(jì)手冊(cè)取經(jīng)濟(jì)流速V=1.2m/s，根據(jù)上式算得管徑D=0.0683m，選取Φ89×5的不銹鋼管。

（3）各區(qū)域上水支管數(shù)量計(jì)算：

23米區(qū)域設(shè)計(jì)流量為1170÷49.2×23×3.1×60÷1000=101.7m3/h，查設(shè)計(jì)手冊(cè)，DN80管道在流速V=1.2m/s時(shí)的流量為21.7m3/h，算得管道數(shù)量為4.7根，23米區(qū)域支架為6跨，設(shè)6根Φ89×5的不銹鋼上水支管。13米區(qū)域設(shè)計(jì)流量為1170÷49.2×13×3.1×60÷1000=57.5m3/h，查設(shè)計(jì)手冊(cè)，DN80管道在流速V=1.2m/s時(shí)的流量為21.7m3/h，算得管道數(shù)量為2.65根，設(shè)3根Φ89×5的不銹鋼上水支管。10米區(qū)域設(shè)計(jì)流量為1170÷49.2×10×3.1×60÷1000=44.2m3/h，查設(shè)計(jì)手冊(cè)，DN80管道在流速V=1.2m/s時(shí)的流量為21.7m3/h，算得管道數(shù)量為2.1根，設(shè)3根Φ89×5的不銹鋼上水支管。3米區(qū)域設(shè)計(jì)流量為1170÷49.2×3×3.1×60÷1000=13.3m3/h，查設(shè)計(jì)手冊(cè)，DN80管道在流速V=1.2m/s時(shí)的流量為21.7m3/h，算得管道數(shù)量為0.62根，設(shè)1根Φ89×5的不銹鋼上水支管。

（4）噴嘴支管管徑選取Φ20×2的不銹鋼管。

根據(jù)并聯(lián)管路流動(dòng)規(guī)律,單位質(zhì)量流體經(jīng)各支管能量損失相等、各支管流量之和等于主管流量。通過調(diào)節(jié)上水支管蝶閥角度，使各支管流量相等，保證主分水管內(nèi)水的壓力及分布均衡。

3.5 淋雨架管網(wǎng)壓力的確定

（1）管道沿程水頭損失計(jì)算：參見淋雨架管網(wǎng)系統(tǒng)圖,以最不利點(diǎn)噴嘴支管的水力計(jì)算式為：h=9.8iK1l

式中h---管道沿程水頭損失，i---水力坡降，K1---修正系數(shù)，L---管段長度

管網(wǎng)系統(tǒng)圖及最不利點(diǎn)管線圖

最不利點(diǎn)噴嘴支管水力計(jì)算表

?

（2）局部水頭損失計(jì)算：局部水頭損失含有過濾器ξ=2.2,水泵進(jìn)口ξ=1.0,蝶閥ξ=0.3,彎頭ξ=0.26,三通ξ=0.3,四通ξ=0.37,異徑管ξ=1.5 等,局部水頭損失按照沿程水頭損失的30%計(jì)算，即1.898×30%=0.57米。合計(jì)水頭損失∑h=2.468米≈2.5米。

（3）管網(wǎng)壓力計(jì)算：根據(jù)管網(wǎng)壓力H=H1+H2+∑h+HK計(jì)算

式中H1--最遠(yuǎn)最高點(diǎn)噴嘴所需壓力，H2--最遠(yuǎn)最高點(diǎn)噴嘴與主供水管的高差，∑h--管道水頭損失，HK--安全水頭1.5米，確定管網(wǎng)所需壓力：H=20+5.8+2.5+1.5=29.8米。

3.6 水泵的選型

目前公司自來水正常壓力為4kgf/cm2，根據(jù)上述管網(wǎng)壓力計(jì)算結(jié)果，基本上能滿足淋雨架管網(wǎng)壓力。另外按照機(jī)車事業(yè)部提出的淋雨架技術(shù)要求，淋雨架末端水壓范圍：0.1-0.3MPa之間可調(diào)。按照上述需求選用KQL150/315-30/4型變頻泵（H=32m；N=30KW；Q=200m3/h）。水泵安裝見說明書，采用自吸式低聲水泵，基座下安裝橡膠隔振墊。管道穿墻洞應(yīng)設(shè)防振措施，其孔口徑與管道間宜填玻璃纖維。

4 改造效果

根據(jù)新鐵標(biāo)的要求重新進(jìn)行設(shè)計(jì)并對(duì)設(shè)備技術(shù)改造，確保水壓及流量，使出水口壓力達(dá)到0.2MPa（并可根據(jù)工藝需求在0.1MPa-0.3MPa之間可調(diào)），各面淋雨量達(dá)到6mm/min。采用中水（廢水處理站回收利用的水）優(yōu)先，其次自來水，再自來水增壓模式淋雨，同時(shí)分四段可單獨(dú)控制淋雨方式來達(dá)到節(jié)約水資源：1）若采用中水淋雨，每天節(jié)約用水約100噸；2）若全部使用自來水，在正常淋雨情況下，以HXD1型機(jī)車為例，每臺(tái)車現(xiàn)一次淋雨量約為81噸，若以原控制方式淋雨量約為105噸；以HXD1C/D為例，每臺(tái)車現(xiàn)一次淋雨量約為40.5噸，若以原控制方式淋雨量約為87.5噸。按2018年年度569臺(tái)/節(jié)機(jī)車（其中HXD1型、神華、C6修等256臺(tái)，HXD1C10臺(tái)，I型動(dòng)車組30臺(tái)，工程車17臺(tái)）進(jìn)行計(jì)算，可節(jié)約用水約8823噸；3）若補(bǔ)漏后再進(jìn)行淋雨檢查，可根據(jù)漏點(diǎn)的位置采用分段淋雨，較原兩段控制方式能節(jié)約更多的水。

5 結(jié)束語

采用電動(dòng)控制水閥，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，壓力在量程范圍內(nèi)自動(dòng)調(diào)節(jié)，時(shí)刻保持設(shè)定壓力的準(zhǔn)確性，同時(shí)減少員工勞動(dòng)量。

作者簡介：謝慶想（1988-），男，廣西北海人，本科，工程師，中車株洲電力機(jī)車有限公司從事設(shè)備技術(shù)管理工作。王新權(quán)（1972-），男，河南鄭州人，本科，工程師，中車株洲電力機(jī)車有限公司從事動(dòng)能技術(shù)管理工作。