地鐵車輛除塵工藝設(shè)計(jì)方案研究

王賀

（中車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司，山東 青島266000）

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人口的快速增長(zhǎng)，城市規(guī)模逐漸變大，人口聚集程度也越來(lái)越高。城市道路因?yàn)榇蟛糠忠呀?jīng)定型，人口和汽車的增加給一線及二線城市帶來(lái)了諸多的問(wèn)題，例如交通堵塞，環(huán)境污染等等，這些問(wèn)題的出現(xiàn)嚴(yán)重影響了整個(gè)城市的幸福指數(shù)[1]。從國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家的發(fā)展歷程上可以發(fā)現(xiàn)，解決交通堵塞此類問(wèn)題大都是采用地下鋪設(shè)地鐵線路來(lái)達(dá)到人員運(yùn)輸，以此來(lái)達(dá)到給城市交通減壓的目的。并且地鐵運(yùn)行受天氣環(huán)境影響較小能夠保證全天候運(yùn)行。

但是，地鐵車輛一旦行駛一段時(shí)間后，會(huì)有大量粉塵沉積在車輛底部覆蓋走行部，電器柜等重要結(jié)構(gòu)位置，當(dāng)粉塵的覆蓋量達(dá)到一定程度后會(huì)給地鐵帶來(lái)嚴(yán)重的后果。所以這些粉塵的及時(shí)清理是不容忽視的，本文所構(gòu)思的立意起點(diǎn)由此而來(lái)。

1 地鐵車輛底部粉塵

粉塵是指懸浮在空氣中的固體顆粒[2]。日常生活中粉塵又具有諸多別名例如塵埃，粉末等等。但是在國(guó)際上對(duì)粉塵有著比較明確的規(guī)定，當(dāng)固體懸浮物粒徑小于75um 時(shí)才可以稱為粉塵。致使粉塵產(chǎn)生的原因有很多，空氣快速流動(dòng)就是粉塵產(chǎn)生的主要原因之一，故地鐵底部粉塵較容易沉積。

粉塵基本特性：

1.1 粉塵的粒徑分布

粉塵的粒徑分布是指粉塵中各種粒徑的粉塵所占質(zhì)量或數(shù)量的百分?jǐn)?shù)。粉塵根據(jù)質(zhì)量和數(shù)量可以分為兩種，分別是質(zhì)量粒徑分布和計(jì)數(shù)粒徑分布。除塵器在設(shè)計(jì)的過(guò)程中通常使用的變量是質(zhì)量粒徑分布，因?yàn)橘|(zhì)量較之?dāng)?shù)量更容易確定。

1.2 粉塵的堆積密度

堆積密度是指單位體積粉塵在自然狀態(tài)下堆積在一起時(shí)所具備的質(zhì)量。它是灰斗和運(yùn)輸設(shè)備設(shè)計(jì)時(shí)重要的依據(jù)。

1.3 粉塵的爆炸性

粉塵顆粒越小，其比表面積越大，所具有的表面能也就越大[3]。當(dāng)粉塵顆粒遇到一些變量因素（如明火）后，它就很容易發(fā)生物理變化或化學(xué)變化將其能量釋放出來(lái)進(jìn)而形成爆炸。在除塵系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)于具有潛在爆炸危險(xiǎn)的粉塵，必須要按規(guī)范制定相應(yīng)的防爆措施，防患于未然。

1.4 粉塵的荷電性

荷電性是指當(dāng)空氣中懸浮的粉塵顆粒在不均勻電場(chǎng)中發(fā)生一些相互運(yùn)動(dòng)（碰撞、摩擦等）時(shí)會(huì)帶有一定的電荷的性質(zhì)。

1.5 粉塵的濕潤(rùn)性

粉塵顆粒與液體接觸能否相互附著或附著難易程度的性質(zhì)稱為粉塵的潤(rùn)濕性。粉塵的潤(rùn)濕性與粉塵的諸多因素有關(guān)，例如粉塵的種類、粉塵顆粒粒徑的大小、粉塵顆粒的組分以及形狀等。

上述的粉塵五大基本特性就是除塵的原理所在[4]。

2 地鐵除塵技術(shù)

雖然目前國(guó)際上用于地鐵除塵的設(shè)備種類很多，但是設(shè)計(jì)時(shí)所采用的原理都基本相同，以此來(lái)分類總共可以分為四大類，分別是機(jī)械式除塵器、過(guò)濾式除塵器、靜電除塵器、濕式除塵器。

2.1 機(jī)械式除塵器

機(jī)械式除塵器是利用機(jī)械在粉塵原有的重力情況下在給予一些其他外力例如離心力和慣性力，使粉塵從含塵氣流中分離的除塵器[5]。這種除塵器廣泛用于含塵量高、粉塵顆粒粒徑大的且對(duì)于除塵要求不高的工作環(huán)境，不過(guò)通常將機(jī)械式除塵器作為前置除塵器，初步對(duì)含塵氣流進(jìn)行處理，為后面的二次除塵做鋪墊。

2.2 過(guò)濾式除塵器

過(guò)濾式除塵器是一種高效除塵設(shè)備，它的作用機(jī)理是使含塵氣流經(jīng)過(guò)特定的過(guò)濾材料從而將固體粉塵從氣流中分離的除塵器。該種除塵器雖然除塵效率高，但是濾網(wǎng)更換的次數(shù)亦會(huì)增多，除塵成本也會(huì)有所增加。根據(jù)過(guò)濾材料可以分為有兩類，一種是袋式除塵器其過(guò)濾介質(zhì)是纖維編織物，另一種是顆粒層除塵器其過(guò)濾介質(zhì)是砂、焦炭等顆粒物。

2.3 靜電除塵器

靜電除塵器的工作原理是利用高壓電場(chǎng)使含塵氣流發(fā)生電離，氣流中的粉塵荷電在電場(chǎng)作用下與氣流分離[6]。負(fù)極作為放電電極由不同斷面形狀的金屬導(dǎo)線制成。正極作為集塵電極由不同幾何形狀的金屬板制成。靜電除塵器的設(shè)計(jì)以及除塵效果受含塵氣流流速、粉塵性質(zhì)等因素的影響。

2.4 濕式除塵器

濕式除塵器在生產(chǎn)生活中又被稱為“除霧器”，它是利用液體通常情況下為水直接與含塵氣體接觸，粉塵顆粒和水滴在慣性力的情況下直接碰撞在一起發(fā)生聚合作用使粉塵顆粒變大，以此來(lái)達(dá)到將氣體和顆粒分離的作用。

3 吹掃除塵系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

在地鐵除塵系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)之前為了能夠使設(shè)計(jì)的方案除塵效果理想，故對(duì)各類除塵器都進(jìn)行一定的研究，接下來(lái)結(jié)合實(shí)際地鐵車輛吹掃工作環(huán)境，提出了以下兩種不同思路的除塵方案。

3.1 方案1

本方案主要由2 臺(tái)工業(yè)吸塵器、4 臺(tái)螺桿式空氣壓縮系統(tǒng)、4 臺(tái)空氣壓縮機(jī)組成，下設(shè)6 條吸塵管路和1 條吹掃管路。該方案能夠滿足大部分地鐵車輛車體及底部沉積粉塵清理的要求?？諌簷C(jī)和工業(yè)吸塵器分別裝置在吹掃軌道兩側(cè)，具體位置如圖1 所示：

圖1 空氣壓縮機(jī)與工業(yè)吸塵器位置示意圖

本方案中吸塵系統(tǒng)管道設(shè)有6 套，每套管道由對(duì)應(yīng)長(zhǎng)度的橡膠軟管和兩個(gè)接口組成。橡膠軟管的兩端，一端連接到對(duì)應(yīng)的吸塵罩，另一端則通過(guò)快速接頭連接于支管接口。另外在所有轉(zhuǎn)向架對(duì)應(yīng)位置處均配置一個(gè)吸塵接口。6 臺(tái)工業(yè)吸塵器分別接在下設(shè)的6 套吸塵管路主管道上，非工作時(shí)間時(shí)均需要推到固定區(qū)域存放。

3.2 方案2

本方案由5 個(gè)模塊組成，分別是吸塵模塊、控制模塊、噴吹模塊、走行模塊、風(fēng)簾模塊。其中噴吹模塊、控制模塊、吸塵模塊、走行模塊都位于地鐵粉塵吹掃庫(kù)里走行軌道下方的一輛移動(dòng)式除塵車中，風(fēng)簾模塊則設(shè)置在走行軌道兩側(cè)。

在本方案中，由空壓機(jī)提供吹掃時(shí)所需要的壓縮空氣。除塵車前端，頂部，左右兩側(cè)都需要配置特定的裝置。如將獨(dú)立的、可移動(dòng)的手動(dòng)噴頭配置在除塵車前端，這樣便于調(diào)整吹掃口與塵源的距離，使吹塵效果更加顯著；將一組吸塵口及防塵網(wǎng)、過(guò)濾器、固定旋轉(zhuǎn)噴頭裝配在除塵車頂部，在其行進(jìn)的過(guò)程中便于對(duì)車輛底部沉積的粉塵進(jìn)行清掃；左右兩側(cè)也需要各配置一組吸塵口及防塵網(wǎng)和過(guò)濾器。風(fēng)簾模塊采用分段自動(dòng)供風(fēng)和自動(dòng)斷風(fēng)技術(shù)。除塵車采用遠(yuǎn)程遙控技術(shù)，作業(yè)人員可在吹掃區(qū)外控制整套設(shè)備的工作狀態(tài)。本方案具體的布置圖如下圖2（正面）、圖3（側(cè)面）所示。

3.3 方案1、2 的對(duì)比與選擇

雖然上述兩種方案都能達(dá)到對(duì)地鐵粉塵進(jìn)行處理，但是方案2 比方案1 有諸多優(yōu)點(diǎn)。

3.3.1 降本增效。方案2 僅采用2 臺(tái)空壓機(jī)，2 臺(tái)風(fēng)機(jī)；

3.3.2 避免造成二次“污染”。方案2 中的風(fēng)簾系統(tǒng)，能夠有效阻止粉塵的擴(kuò)散；

圖2 方案2 裝置正面布置示意圖

圖3 方案2 裝置側(cè)面布置圖

3.3.3 營(yíng)造健康的工作環(huán)境。方案2 采用遠(yuǎn)程控制，作業(yè)人員可在吹掃區(qū)外控制各個(gè)設(shè)備系統(tǒng)的工作狀態(tài)，有效減少員工對(duì)粉塵的吸入。

綜合所述，方案2 優(yōu)于方案1，更適合作為地鐵車輛車體吹掃除塵系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。

4 結(jié)論

地鐵目前已成為大中型城市交通選擇的首選，因?yàn)槠渚哂锌焖?、安全、舒適等諸多的優(yōu)點(diǎn)，被譽(yù)為大中型城市的大動(dòng)脈，是城市進(jìn)入國(guó)際現(xiàn)代城市交通的重要標(biāo)志。隨著時(shí)代的發(fā)展地鐵肯定發(fā)展愈加快速，在地鐵快速發(fā)展的同時(shí)，和它相配套的相關(guān)措施也在逐步完善，本文所設(shè)計(jì)的方案就是重要配套設(shè)施之一。