基于试验的动车组集尘风箱过滤器性能研究

李景涛 徐翠强 李来彬 薄凯文 苏义

摘 要：为避免高寒防风沙动车组在线路运行过程中风沙、柳絮对用风设备产生不良影响，本文采用试验的方法对集尘风箱直通旋流管式过滤器和机械式过滤器过滤效果进行研究，根据西北地区柳絮、风沙环境，设置不同试验工况进行试验，采集试验数据进行分析，试验结果可作为集尘风箱过滤器选型和设计的重要参考。

关键词：集尘风箱;直通旋流管式过滤器;机械式过滤器;过滤性能

1.引言

随着高速铁路的发展和国民出行需求的急速增长，高速铁路已遍布祖国大江南北，包括环境恶劣的西北地区，高寒防风沙动车组是为我国西北地区专门研制的专用动车组，其主要特点之一就是克服了西北地区高风沙及柳絮环境给动车组通风带来的问题[1-2]，如兰新线西段全长460公里，有长达105公里的线路经过风沙地区。集尘风箱作为安装在车下的通风过滤装置，为设备提供清洁空气，保证车下用风设备安全运行，因此对集尘风箱过滤效率的研究是高寒防风沙动车组研制的主要研究项点之一[3-4]。

2试验目的

本文主要研究直通旋流管式过滤器和机械式过滤器对于柳絮的过滤效率以及2排过滤管与3排过滤管机械式过滤器的过滤效率与性能。直通旋流管式过滤器、机械式过滤器结构见图1、图2所示。

3试验准备

调节集尘风箱安装高度，使出风口和集尘装置进风口中心位置对齐，保证集尘风箱与两台集尘装置连接处密封，安装集尘风箱进风口风道、稳压箱等，放置并调整扬沙装置出风口位置，放置人工喂尘器，保证其出沙口位置能全部在扬沙装置的搅拌范围内，使沙尘被搅拌风机混合均匀喷出。

为模拟柳絮飘浮状态，用细鸭绒（无羽毛）代替柳絮，根据春天柳絮飘浮的浓度估算，初步定在 0.2g/m3，试验时间定为 20 分钟。根据《石墨细度检验方法》中筛子和目数的关系对照表及试验用沙颗粒度要求对试验用沙进行筛选，采用60目和40目的筛子筛选试验用沙，把筛出的不同规格沙尘根据兰新线采集的沙尘比例进行配沙。

4试验及试验数据处理

4.1柳絮过滤试验

首先测试集尘风箱进风口为直通旋流管式过滤器的过滤效率。启动集尘风箱的主送风机和排尘风机，在规定时间内将称好的鸭绒全部撒完，用风量罩测试撒入鸭绒前与撒完鸭绒后进风口风量，拆卸试验前与试验后被试件左右两侧出风口纤维棉过滤器进行称重，清理集尘风箱进风口过滤器上的鸭绒，称重并记录数据。试验完毕后将集尘风箱进风口改为机械式过滤器，试验步骤与安装直通旋流管式过滤器试验步骤一致，试验完成后检查、记录鸭绒附着情况。

从试验数据可以看出，对于进风口为直通旋流管式过滤器的集尘风箱，试验前和试验结束的通风量分别为7613 m3/h和4886m3/h，堵塞约36%，约为总风量的1/3。过滤器下部堵塞较为严重，如图3所示。集尘风箱 1 两侧出风口纤维棉过滤器沟槽内附着较多鸭绒。

对于进风口为机械式过滤器的集尘风箱 ，试验前和试验结束的通风量分别为7198 m3/h和6200m3/h，堵塞约14%，约为总风量的1/7，进风口的过滤器外表面没有堵塞情况，部分鸭绒可被过滤器阻挡在外，如图4所示，集尘风箱内部基本无鸭绒，集尘风箱两出风口过滤器堵塞严重，试验数据见表1所示。

4.2风沙过滤试验

在风量为 5400m3/h 的风量下，分别试验2排过滤管、3排过滤管机械式过滤器对风沙的过滤效率，试验现场布置图如图5所示。首先安装2排过滤管机械式过滤器进行试验，试验完成后分别收集过滤器过滤下来的沙尘、集尘风箱内存沙、集尘装置内沙尘进行分类、称重，将集尘风箱进风口改为3排过滤管机械式过滤器进行试验，试验步骤与2排过滤管机械式过滤器试验步骤一致。

试验结果表明，2排过滤管机械式过滤器对粗沙、中沙、细沙的过滤效率分别为：80%、71%、32%，总效率为47.5%。在细沙含量较高地区，2排过滤管机械式过滤器的滤清效率偏低，集尘风箱的出风口过滤器不能滤掉大量细沙，细沙会随冷却风排出设备舱。稳压箱内存有部分粗沙和中沙，该沙尘为被2排过滤管机械式过滤器过滤下来的沙尘，集尘风箱箱体内有少量沙尘，如图6所示。3 排过滤管机械式过滤器，对粗沙、中沙、细沙的过滤效率分别为：80% 、66.3% 、17%，总效率为37.7%，较2排过滤管机械式过滤器过滤效率偏低。同样稳压箱内存有部分粗沙和中沙，集尘风箱箱体内有少量沙尘。试验沙尘统计见表2所示。

5.试验结论

1.集尘风箱进风口安装直通旋流管式过滤器和机械式过滤器比较，直通旋流管式过滤器的过滤效果好，机械式过滤器对柳絮几乎没有过滤作用，柳絮会进到集尘风箱内;但直通旋流管式过滤器过滤柳絮后，影响通风量，通风效果差。

2.在柳絮漂浮季节，集尘风箱进风口安装机械式过滤器柳絮堵塞程度远小于安装直通旋流管式过滤器;柳絮漂浮季节，风沙情况较轻的情况下，建议不使用出风口的纤维棉过滤器，依靠内部过滤网进行过滤。

3.在试验额定风量及风沙含量工况下，2排过滤管机械式过滤器的过滤效果好于3排过滤管机械式过滤器。

参考文献：

[1] 韩春刚. 兰新高速线环境对动车组性能的影响分析及对策[J]. 企业技术开发， 2014（03）：90-93.

[2] 李佳俊. 风沙环境下动车组气动特性研究[D]. 2016.

[3] 高银峰， 王智军. 兰新线西段风沙危害特征及治沙经验[C]// 中国西部地區铁路治沙学术研讨会论文集. 2007.

[4] 肖艳荣， 张国芹. 兰新线动车组耐候性技术研究[J]. 铁道机车车辆， 2014， 34（004）：90-93.