铁路工务工程列车给水一体化改造设计

李长錦

（中国铁路南宁局集团有限公司 柳州机车车辆有限公司，助理工程师，广西 柳州 545007）

近年来，通过将铁路普通客车改造成铁路工务工程列车（以下简称工程车）的需求增大，而铁路普通客车是采用单节车厢独立给水的给水方式，这种方式用在耗水量大、各车厢用水量不一的工程车上易造成一列工程车中有的车厢水源充足，有的车厢缺水的现象，给车上洗漱、厕所冲洗、餐饮用水等生活用水带来很大不便。针对以上问题，本文介绍通过对铁路普通客车现有的给水方式进行分析以及结合工程车的需求，提出工程车给水一体化方案，并在工程车改造中进行升级改造，使车厢之间共享用水，有效解决了工程车生活用水不便的问题。

1 给水方式分析

1.1铁路普通客车给水方式原理铁路普通客车的给水是采用单节车厢独立给水方式，主要由车上水箱、注水管、用水管、溢水管等部件组成给水系统，由车辆两侧的注水口通过注水管给车上水箱进行注水，溢水管溢水时车上水箱充满水。当车上用水时，通过用水管到达电茶炉、厕所、洗脸间、餐饮用水等位置。给水原理图见图1。

1.2独立给水存在的问题工程车是为需要较长时间在相对固定区段进行线路维修施工作业的职工提供住宿和办公的列车，一般由宿营车、办公车、工具车、餐车、淋浴车、发电车等车厢编组而成。车上水箱的水需要满足职工一段时间的生活用水，工程车采用铁路普通客车的单节车厢独立给水的方式时，存在以下问题：

1）日常生活中每节车厢用水量不一样，易造成一列工程车中有的车厢水源充足，有的车厢缺水的现象，存在无法洗漱、厕所冲洗、餐饮用水等生活用水问题，给职工带来生活上的不便。

2）在给车上水箱注水时，需要分别给每节车厢进行注水，工作相对繁琐，耗时长。

3）工程车作为生活和办公的列车，用水量较大，原车上水箱容量偏小，易导致水源不足。

图1 给水原理图

2 工程车给水一体化改造设计

2.1改造总体方案工程车给水一体化系统主要由车上水箱、车下水箱、注水管、用水管、溢水管、车下贯通水管、抽水泵、管道泵、单向阀、球芯截断塞门、列车软管等组成。工程车给水一体化原理见图2。

图2 工程车给水一体化原理图

1）管路改造。车下贯通管路布置见图3。保留图3中3位角原车注水结构，通过注水口直接给车上水箱加水,加装车下贯通管路，通过与4位角注水管和车下水箱注水管连接，其两端通过列车软管实现车厢之间的水箱连通，在4位角注水口注水时，通过控制球芯截断塞门的开闭，可实现给整列车的车上、车下水箱同时注水或者单独注水，车上用水时，通过用水管到达电茶炉、集便器、洗脸间、洗衣机、沐浴热水器等位置，并在用水管路增加管道泵保证用水压力。

2）加装车下水箱作为补给水箱。当车上水箱的水到达低液位时，抽水泵工作，从车下水箱抽水补给，当车上水箱到达高液位或车下水箱到达低液位，抽水泵停止工作。

3）改造车上水箱。加装液位仪，给出信号控制抽水泵工作，从车下水箱抽水补给，降低水箱注水管口的高度，使水箱的水能通过车下贯通管到达各节车厢的水箱，实现共享用水。

2.2车下贯通管路改造在车底加装贯通全车的连通水管，线管过中梁、横梁和枕梁开孔需加焊补强板，车下管卡、吊卡、管卡吊板、管卡吊、卡铁与车底架满焊连接，3位角注水按原车独立注水方式安装，4位角注水与车上水箱及车下贯通水管相通，贯通水管两端加装球芯截断塞门，通过列车软管连通车厢之间的车下贯通水管，实现共享用水。

图3 车下贯通管路布置图

2.3水箱改造

2.3.1车上水箱改造 在铁路普通客车水箱的基础上进行局部改造，加装1个液位仪，能在车上观察到水箱缺水，给出信号，让抽水泵工作，从车下水箱抽水进行补给，水箱加满时给出信号，让抽水泵停止工作，连接4位角的注水管口的长度降低至与用水管口长度一致，使水箱的水能通过车下贯通管到达各节车的水箱，实现共享用水。车上水箱结构见图4。

图4 车上水箱结构示意图

2.3.2车下水箱加装 车下水箱通过吊座整体悬挂在车下，车下水箱结构见图5。通过加装1个液位仪，能在车上观察到水箱缺水，给出信号，让水泵停止工作，加热管停止加热；安装1个温度传感器，控制加热管工作，当水箱内水的温度低于3℃时，加热管开始工作，水温上升到8℃后，加热管停止工作，而且须有防止传感器失效时的保护功能；安装加热管，总功率3 kw～3.5 kw；检查口及电控箱箱门内加20 mm防寒材，其余部位加40 mm防寒材；抽水管、注水管及球阀规格为DN25，溢水管为DN20，各管及阀须采取防冻措施，保证能正常使用。

图5 车下水箱结构示意图

3 计算及试验

3.1压力计算

3.1.1注水压力计算 根据水压强计算公式即:P=ρgh（式中：ρ=液体密度，单位为kg/m3，g=重力加速度，单位为N/kg,h=水的深度,单位为m）可知，液体内部的压强只跟液体的密度和深度有关，而跟液体的质量、重力、体积以及容器的形状、底面积等无关。根据客车车上水箱与注水口的布置，车上水箱内部溢水管上平面到注水口的距离差约为3.48 m,故所需的注水压力为P=ρgh=1×103×9.8×3.48×10-6≈0.034MPa。因为车站车下注水装置的压力约为0.15 MPa～0.2 MPa大于0.034 MPa，故满足注水要求。3.1.2使用水的各部位的注水压力计算

1）电茶炉注水压力：根据客车车上水箱与电茶炉的布置，车上水箱内部出水管上平面到电茶炉最高水位的距离差约为1.16 m，故电茶炉注水压力为P=ρgh=1×103×9.8×1.16×10-6≈0.011 MPa

2）洗脸间用水压力：根据客车车上水箱与洗脸间水龙头的布置，车上水箱内部出水管上平面到水龙头的距离差约为1.6 m，故洗脸间用水压力为P=ρgh=1×103×9.8×1.6×10-6≈0.016 MPa

3）洗衣机注水压力：根据客车车上水箱与洗衣机的布置，车上水箱内部出水管上平面到洗衣机的注水口距离差约为1.6 m，故洗脸间用水压力为P=ρgh=1×103×9.8×1.6×10-6≈0.016 MPa

4）热水器注水压力：根据客车车上水箱与热水器的布置，车上水箱内部出水管上平面到热水器的最高水位距离差约为1.2 m，故洗脸间用水压力为P=ρgh=1×103×9.8×1.2×10-6≈0.012 MPa。

据产品说明书介绍，本文所述电茶炉、洗衣机、热水器的压力值分别为0.04 MPa～0.8 MPa、0.03 MPa～1.0 MPa和0.05 MPa～0.8 MPa。

由上可知，依靠车上水箱与各部位的压差，无法满足电茶炉、洗衣机、热水器的正常使用，集便器系统因自带增压器，故不受影响，洗脸间水龙头出水压力满足0.3×10-6MPa即可正常使用，所以需要在连接电茶炉、洗衣机、热水器的管道增加管道泵进行增压。

3.2管道泵选型管道泵的出水压力与泵的扬程有关，通过电茶炉、洗衣机、热水器所需的注水压力得出所需的最小扬程来选择管道泵的型号。泵的扬程包括吸程在内，近似于泵出口和入口的压力差，H=P/ρg。（式中，H=扬程，单位为m,P=压强，单位为Pa，ρ=液体密度，单位为kg/m3）根据表1产品注水压力值要求，考虑管道能量损耗及泵的机械效率，取P=0.05 MPa时，则所需的扬程H=P/ρg/η=0.05×106/(103×9.8)/0.7≈7.3 m，故管道泵的扬程H≥7.3m，便满足设备的水压要求。根据实际需求，一般选择扬程为8～10 m的管道泵。

3.3给水性能试验依据《铁路客车厂修规程》有关规定对工程车编组连挂进行生活用水注水和车上用水试验，其结果能满足一体化注水，车上用水设施能正常运转使用。

4 结束语

通过对铁路普通客车现有的给水方式进行分析以及结合工程车的需求，提出的车上水箱改造、加装车下水箱以及车下贯通管路的给水一体化方案，在公司的工程车改造中得到了有效应用，实现了工程车给水一体化。经改造的工程车交付段方使用后，效果良好，无不良反馈。该方案有效解决了工程车单独给水存在的问题，同时能够为现有铁路普通客车给水改造提供参考。