铁道客车电热温水器的研制及其改进

王希亮

摘 要：本文简述了铁道客车电热温水器的结构原理，分析解决了研制过程中遇到的问题，详细介绍了铁道客车电热温水器的关键部件的功能。

关键词：铁道客车电热温水器;技术问题;研制过程

中图分类号：U270.38+5 文献标识码：A 文章編号：1671-2064（2019）20-0058-02

0 引言

随着国民经济的快速发展，铁路客车用温水器被广泛地应用在各种车型上，提高了旅客乘车的舒适度。近期由于列车上使用的温水器出现问题，我们对目前列车上使用的温水器状况进行调研，通过对温水器现场使用出现的各种问题，我们制订了统一的温水器技术条件和检验方法，同时研制一种便于安装、检修方便，性能可靠，型式合理的新型温水器。

首先我们查阅了大量国内外有关温水器的技术资料，走访了许多车辆段和主机厂。对温水器的生成、使用状况进行了初步了解，在此基础上编写了技术条件框架，并提出了调研报告，研制过程中遇到主要的技术问题和解决的方法如下。

1 主要的技术问题及解决方法

1.1 关于温水器的结构形式和电气原理

关于温水器的结构形式，目前应用的温水器有储水、过热式两种方式。储水式温水器体积大、安装较困难、成本高、温水效果好;而过热式温水器体积小、安装方便，但存在频繁加热的缺点。根据在旅客列车上的使用环境条件，我们在分析两种结构型式温水器的优缺点基础上，决定采用过热式加热方式，从加热箱底部进水，顶部出水。

温水器的电气原理如图1所示主电路由三组电热管（DR）组成，接触器（KM）控制加热器的接通和断开，控制电路包括漏电检测（ZXJC）、缺水保护（WG）、温度保护（ATC）、超温保护（CW）等保护功能，阀门控制器保证只有在打开出水阀时，接触器才能吸合通电加热;当水箱缺水或阀门打不开时，KM不吸合，电加热管不能通电工作。

1.2 电热方式的选择

在设计方案中，我们考虑过两种方案：一是采用电热管加热方式，二是采用水电分离的高频涡流加热方式。后者的最大优点是水电可以分离，但鉴于高频加热的技术难度大、成本高、电磁辐射严重、研制和生产的周期较长，故选用电热管加热的方式。电热管的外型最终确定用U型管方式，U型管与直管加热相比较在绝缘强度、耐高压、寿命等方面有较大的优势。设计初期，我们设计了直通式和迷宫式两种型式内胆，通过试验比较，发现两种型式的内胆加热效果没有太大的差别，甚至直通式结构的加热效果较好，最终选择了加工工艺方便的直通式结构。

1.3 阀门控制开关的研制

阀门控制开关是过热加热方式的关键部件，其功能为：只有打开出水阀门并有一定量的水流流出时（即只有正常使用温水器时）才能接通加热电源。但是目前客车上应用的过热式温水器没有这种阀门控制开关，仅仅依靠温控器的控制来加热和停止，从而造成电加热管的频繁加热，不但浪费电能、影响加热管的寿命，也增加了温水器的故障率。

在研制过程中，我们对这种阀门进行了调研，英国迈克斯韦尔公司有这种类似的产品，但价格昂贵，而且供货周期长，同时，由于此温水器使用的缺水保护装置存在结垢和电蚀等缺点，而温水器又必须设置缺水保护装置，也需要进行研制。针对这种情况，我们决定自行研制和开发一种集阀门控制和缺水保护于一体的控制器，以满足新的技术条件。经过近一个月的试验，终于完成了达到进口产品同等功能的阀门及控制电路，同时，增加了缺水保护装置。这种装置与阀体配合使用，安装在我所新研制的温水器上，通过型式试验证明能够满足技术条件的要求。

1.4 阀门控制器研制过程的主要技术问题

阀门控制器的主要功能是：只有打开出水阀门时，并有大于1L/min流量的出水时，阀门控制器发出信号，控制电加热接触器吸合，当流量小于1L/min或关闭出水阀门时，或者水箱缺水时，阀门控制器均未发出信号，电加热接触器不吸合，切断加热电源。阀门控制器的控制电路原理是：当阀门打开并有大于1L/min的流量时，阀门体上的水流传感器感应出信号，经过信号放大比较器后，有信号输出，使控制继电器吸合，当关闭阀门或流量小于1L/min的流量时，阀体无感应信号，放大比较器反转，控制继电器切断接触器的线圈电源，使接触器释放。

缺水保护装置的主要功能是：以前温水器上使用的缺水保护装置大多采用直流电极式，这种电极在水中长期使用后，容易结垢和电蚀，使得温水器的动作性能不可靠，维护工作量大。首先要解决水流检测问题，为此我们参考了某些国外水流开关和国内同类产品的检测机理，开发了体积小、安装方便的水流检测装置，试验表明，这种装置可靠而且有效，能够达到设计要求。其次，我们开发了集阀门控制和缺水保护于一体的开关控制装置。其基本原理为：水流的检测信号经过该控制装置放大，与缺水保护电路串联，驱动主回路接触器，控制加热电源的通断。通过试验证明开关控制装置能够达到设计要求。温水器安装了阀门控制开关以后，不但节约了电能，同时大大增加了温水器的可靠性。

1.5 加热功率的确定

目前客车温水器的功率范围为2.1kW～4.5kW。参照主机厂过热式温水器的订货技术协议：要求进出水温度差为15℃时，水流量应达到5L/min。通过理论计算，需要电加热功率为5.23kW，功率显然过大。新的技术条件要求进出水的温差在20℃时，水流量应达到2.5L/min，通过理论计算，所需要的电功率为3.49kW，最终确定为每个电热管的功率为1.2kW，三只电热管的总功率为3.6kW。经过试验表明，3.6kW的电加热管能够达到高效节能，且完全符合铁路标准的技术要求。

1.6 缺水保护功能

采用阀门控制开关后，缺水后控制开关本身能够保证电热管不通电加热;但是列车上水质较差，万一将水流检测装置堵塞，很可能造成电热管干烧，为此有必要设缺水保护。缺水保护采用电子式电极水位检测，在设计中着重解决电极电蚀的问题，用不锈钢材质做电极，使电极的寿命大大提高。为防止出水温度过高而伤害旅客，出水温度采用温度控制器控制，同时，电热管的干烧保护也由温控器来控制。

随着中国铁路工业跨越式的发展，DC600V供电的列车越来越多，温水器作为旅客使用率较高的洗漱设备，其安全性能直接影响着乘客的生命，这样对DC600V供电的温水器就要安装漏电保护和超温保护。而这两种保护装置以前从没有在温水器上使用，也没有现成可直接使用的产品。我们立即开始调研，走访用户及主机厂，同时查阅国内外资料，对既有的温水器进行改进，研制新型具有漏电保护和超温保护功能的温水器。

1.7 漏电保护的研制

漏电保护器的原理是：当温水器内因绝缘电阻下降而产生漏电时，电流传感器立刻检测到漏电电流并转换成电压信号，在线绝缘检测装置接到此电压信号后，通过其内部继电器断开控制电路，使温水器停止加热，并提示漏电有故障，使控制电路自锁，从而保护设备和人身的安全，只有当漏电故障排除后，才能重新上电，使温水器加热。根据这个技术要求，我们通过大量的研究试验后，又开发研制了可以在DC600V供電温水器上使用的型号为LD-IIIG型直流在线绝缘检测装置。

1.8 超温保护的研制

超温保护的原理是：当控制加热的接触器因机械故障或触头粘连不能释放时，控制电路失效，使得温水器干烧，此时必须自动切断供电电源，停止加热防止继续干烧。根据这个原理，当初我们准备了两套解决方案，一个比较简单的办法是在电热管内串接不可恢复的温度保险，经过大量的试验发现，当温水器干烧达到超温保护值时，由于是直流供电温水器，温度保险容易形成拉弧，不会立刻烧断，因而起不到保险，此方案虽然简单，但是存在危险性。另一个是研制超温保护器，当温水器干烧达到超温保护值时，其内部温度继电器的常开触电闭合，利用中点接地保护系统，使超温保护器产生漏电电流，在线绝缘检测装置检测到有漏电电流，此时切断供电电源，使温水器停止干烧，此办法虽然技术难度大，但是安全可靠。最后通过大量研究试验，又开发研制了可以在DC600V供电温水器上使用的型号为WKQ-II超温保护器。

2 结语

当前随着科学技术的发展，许多新型材料、新技术的应用，未来铁道客车电热温水器一定具有体积小、质量轻、高效率，能更好地为旅客提供舒适的服务。

参考文献

[1] TB/T 3125—2005，铁道客车电热温水器[S].

Development and Improvement of  Electric Bus Warmer for Railway Passenger Cars

WANG Xi-liang

（CRRC Qingdao Sifang Vehicle Research Institute Co.， Ltd.， Qingdao Shandong  266031）

Abstract：This paper briefly describes the structural principle of the electric hot water heater for railway passenger cars， analyzes and solves the problems encountered in the development process， and introduces in detail the functions of the key components of the electric hot water heater for railway passenger cars.

Key words：Railway passenger car electric heater;technical problem;Development process