浅谈隧道清洗车高压水系统

王会娟

(中车北京二七机车有限公司 北京 100072)

浅谈隧道清洗车高压水系统

王会娟

(中车北京二七机车有限公司 北京 100072)

介绍了隧道清洗车采用的高压水系统，从功能设计和系统保护设计2个方面阐述了高压水系统设计中应注意的问题。

隧道清洗车；射流；高压水

1 高压水系统概况

隧道清洗车主要用于对地铁线路运行环境的维护。该车在其他动力车牵引下，可双向完成对地铁线路(包括高架段和地下隧道)以下部位和设施的清洗。高压水射流技术是利用高压水发生装置将水加压至数百至上千个大气压以上，再通过不同形状、直径极小的喷射装置转换为高速的细微“水射流”。隧道清洗车采用高压水射流技术，用于清洗混凝土整体道床、各型钢轨及钢轨扣件，线路两侧的各种管路，隧道墙壁，隧道内的道口，线路两侧的排水槽，接触轨绝缘支架及防护罩，从而保证地铁清洁、安全的行车环境。

地铁隧道道床路面的覆层主要是灰尘、垃圾以及金属残渣颗粒，这些垃圾覆层与基体路面的吸附力主要表现为:范得华力、静电力和重力产生的摩擦力等。由于这类吸附力属于机械吸附，因此只要选用合适的射流压力就能有效清除这些垃圾覆层。

隧道清洗车水系统主要作用是利用高压泵将常压水转化为高压水，从而对隧道内的轨道及隧道壁等进行清洗。由于清洗轨道和隧道壁的压力要求不同，因此隧道清洗车水系统分为高压水系统和中压水系统，其中高压水系统主要负责轨道的清洗[1]。2个系统原理相同，下面仅以高压水系统为例进行论述。

高压水系统主要包括水箱、加压泵、高压水泵、过滤器、蓄能器、清洗装置等[2]。高压水系统的设计研究主要考虑功能和系统保护2个方面。

2 功能设计

高压水系统的主要功能是将水箱中的常压水转换为高压水，通过清洗装置将高压水喷出，从而进行轨道清洗工作。功能设计的重点是各个功能部件的设计或选型工作。

(1)水箱的设计

作为高压水系统的供水源，水箱的设计首先应该满足系统工作时间内所需的充足储水量；其次，结合整车布局，确定水箱的最大容积。为便于工作人员实时监测水箱水量，水箱上设置了可视液位仪，可在司机室控制台上远程观看。低液位报警开关，在水箱水位低时发出报警信号，提醒工作人员及时加水。水箱设计时内部需增加隔板，可以起到稳流及加固作用。水箱顶部需设置检查盖，方便工作人员进行检修和维护工作。此外，上水口、溢流口、出水口也是水箱设计中必不可少的。

(2)高压水泵的选型

由于国内对高压水射流清洗技术的应用目前还没有合理的理论依据进行相关参数的配置，因此，高压水泵参数的确定大多还是依据已有设备的设计经验或现场试验所得。对于高压水泵的选型，主要从压力和流量2个方面确定。

当高压水射流作用于污垢上的应力大于污垢本身的耐压强度限应力时，污垢就会破裂，进而脱离物体表面，达到除垢目的。在进行清洗系统设计时，应根据被清洗污垢的性质、清洁度的要求等合理地确定工作压力。并不是清洗系统压力越大越好，系统压力的增高对密封件、连接件、管路等材料和制造性能的要求也相应提高，从而增加了系统的成本。而且，压力过高还可能会将被清洗物体本身打白打亮，使金属承受较高的交变应力，降低使用寿命。若系统压力与喷射装置配置不合理，还很容易发生“雾化”现象，从而大大降低清洗效果。资料表明，考虑到压力损失，射流工作压力一般选取抗压强度的一倍，即可达到良好的清洗效果。

由于无法掌握轨道上各种污垢耐压强度限应力值，因此只能通过大量试验和已有设备设计参数进行选型。从已有案例的使用经验和现场试验结果看，10MPa左右的系统压力足以满足清洗轨道垃圾的需求。试验证明选用直径为2.4mm的扇形喷嘴在12MPa的系统压力下，1.5m以内的喷射强度最佳。因此，可以通过清洗装置上喷嘴的个数和厂家提供的相应系统压力下的喷嘴流量值进行计算，确定高压泵流量参数。

相对于齿轮泵和叶片泵来说，柱塞泵更适合高压水射流清洗系统，因为它能够在高压下稳定工作，且泄漏小，容积效率高。

(3)清洗装置的设计

清洗装置主要用于清洗两侧排水槽、道床、各型钢轨及扣件、接触轨绝缘支架及防护罩等，为清洗车的主要清洗部位。根据清洗部位的要求，轨道外侧(接触轨一侧)设2个喷嘴(喷射角度40°)，底部设有10个喷嘴，共计12个(喷射角度40°)。每个喷嘴均设有手动控制阀可实现单独控制。喷嘴采用固定式安装，位于均布安装孔的钢板上，因此可以实现安装位置的调整，角度可根据冲洗效果任意调整。

(4)其他

由于柱塞泵的自吸能力较弱，在高压水系统里还增加了一个加压泵，用以给高压柱塞泵提供充足的水源。系统中蓄能器的设置，用来稳定整个系统压力，减少波动。为了高压泵能够顺利降载启动，系统中还设置了卸载电磁阀,如图1所示。

图1 高压水系统简图

3 系统保护设计

对于高压水系统的系统保护设计，需要考虑水箱缺水、管路堵塞等对泵体造成的损坏。

首先是安全阀和溢流阀的设置，根据水系统工作压力对安全阀和溢流阀的开启压力值进行调定。

其次，高、低压压力开关可以在系统出现故障时有效保护水泵，以免造成较大的财物损失。如图1所示，低压压力开关1所传输的开关信号可以在水箱缺水、粗滤器堵塞或者加压泵出现故障时及时停止高压泵，以免造成高压泵干抽，损坏泵体。低压压力开关2和高压压力开关则是为了预防高压泵故障，或者清洗装置管路堵塞，起到及时报警，及时停机的作用。

4 结束语

综上所述，利用高压水系统设计时，首先要考虑被清洗物体的材质和耐受力，以及清洗装置与被清洗物之间的距离，合理地匹配系统工作压力与喷嘴参数。其次，要考虑整个系统的可靠性、安全性。最后，还要经过大量试验对各个配件进行调定，这样才能获得最佳的清洗效果。

[1] 郑 威.地铁隧道清洗装备的研制[D].成都：西南交通大学，2014.

[2] 薛胜雄.高压水射流技术工程[M]. 合肥：合肥工业大学出版社，2006.□

(编辑：李琳琳)

2095-5251(2016)02-0010-02

2015-06-04

王会娟(1983-)，女，本科学历，工程师，从事轨道交通装备设计工作。

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