王利锋

1 概述

在机辆段中，气动工具、吹扫设备以及制动试风均使用压缩空气，压缩空气管道工艺设计是铁路机辆段工程设计中重要的一部分。系统论能量流是采用系统方法研究自然界能量传递的一般规律，具有普遍性和客观性[1］，用系统论能量流方法是研究了压缩空气管道工艺设计，从一般到具体，从本质到现象，更具指导意义，可以更全面、更合理的研究工程技术规律。

2 系统论能量流

根据耗散结构理论和系统论观点，系统中各部分都处在不断流动的状态，而其中的“流”即指能量流、物质流、信息流等。系统的有序稳定结构是在流动中保持和发展，它的各组成部分都处于不断地更新过程中，系统必须从周围环境中吸取物质和能量，同时又把自身的产物排出系统之外，方能保持其稳定状态。

能量流是一种重要的流，能量流主要包括能量的传递与转化，在工程设计中，采用合理的工艺设计，减少能量的耗散，使得能量从“源”高效率输送至“机”。能量流输送流程可分为:能量输入、能量传递、能量输出。对于压缩空气管道系统，分别对应为空压机间、室内外管道布置、用气点。

2.1 能量输入——空压机间

能量输入是指提供压缩空气的空压机间，它的功能是:提供可靠的、高质量的压缩空气。空压机间内设置有空气压缩机，对于某些高、精、尖的设备，要求无油无尘的压缩空气，压缩空气需经进一步干燥和净化，以达到用户需求的干燥度和纯度，故空压机间一般配备有冷却器、干燥器、储气罐。工程设计内容主要考虑总图布置、设备选型、土建要求三个方面。

1)总图布置。a.靠近用气负荷中心。b.供电、供水合理。c.避免靠近散发爆炸性、腐蚀性和有毒气体以及粉尘等有害物的场所，并位于上述场所全年风向最小频率的下风侧。d.空压机间与有噪声、振动防护要求场所的间距，应符合国家现行的有关标准规范的规定。e.空压机间的朝向，宜使机器间有良好的自然通风。f.空压机间与其他建筑物毗连或设在其内时，宜用墙隔开，空压机宜靠外墙布置。设在多层建筑内的空压机，宜布置在底层[2］。

2)设备选型。机辆段空压机压力需求一般小于0.8mPa，空压机一般采用10m3/min或20m3/min，数量一般为2台一主一备，或4台二主两备。

3)土建要求。空压机间土建设计比较简单，按照GB 50029-2003压缩空气站设计规范以及机务、车辆、动车相关规范设计即可，主要涉及房间布置、空压机布置、开门设置、室外水池(水冷式)等布置。

2.2 能量传递——管道布置

能量传递是指管道室内外布置，是管道工艺设计中最重要的一部分，它是连接空压机间与用气点之间的联系纽带，它的功能是:实现压缩空气的低能耗、高效率的输送。设计中主要考虑以下四个方面:

1)能耗小。结合空压机间在总图中的位置，布置室外管网，尽量缩短管路距离段、减少折角，降低输送能耗。2)造价低。合理选择管道管径、管材，设置管道走向以及坡度，降低油水分离器、套管、支架等相关附件数量，选择合理位置穿越库房墙体，降低工程投资。3)工艺顺。室外管道一般采用管沟敷设、埋地敷设或架空敷设，由于架空敷设影响总图的平整性，一般很少使用;埋地敷设工程投资较低，但不易检修;管沟敷设与埋地敷设相反。在地铁车辆段中，多采用综合管沟形式敷设，国铁多采用埋地敷设形式。近年来，随着工程设计的总体性提高，也为便于运营单位常规检修，越来越多的机辆段采用管沟敷设的方式。库外管道布置设计主要考虑管道的走向、标高以及与避让其他管道，在入库口设置油水分离器;车间入口一般采用套管保护直埋穿墙入库，设计中需核实管道与地圈梁的位置关系。室内管道主要考虑纵向避让股道和检查地沟，横向和垂向避让天车，故纵向一般采用沿排架柱悬挂或埋地敷设，横向沿抗风柱悬挂敷设，在用气点位置沿墙壁、排架柱引下或由地下引出。若库房股道较多，比如动车运用所4线检查库，在股道之间，需设管沟敷设管道。4)合规范。管材选用、管道安装以及闸阀等相关附件选用应合乎相关规范，同沟敷设时应与其他管道保持一定距离。干管一般采用无缝钢管，管径大于57mm时，常选用热轧管，管径小于57mm时，常选用冷拔管。管径小于32mm的支管可选用低压流体输送焊接管。管道顺向坡一般不小于2‰，逆向坡不小于3‰。在入库后干管处应设闸阀，在管道末端设置油水分离器。

2.3 能量输出——用气点

能量输出是指车间内各个用气。用气点设计比较简单，主要是实现能量的可控输出，以及合理布置用气设备，便于连接管道。

用气设备应尽量布置在排柱或墙体附近，以便管道沿排架柱或地下引出。在各个用气点处的管道应安装截止阀，若用气设备较多且比较集中，应设置分配器;若用气压力要求较高或需要稳定的风源，需设置储气罐。

3 案例分析

成都动车运用所新建4线检查库1幢、临修库1幢以及其他相关设施。

3.1 能量输入——空压机间设计

动车运用所用气量较小，主要是检查库和临修库，另外因检查车间不需要试验用风，仅供动力用风，故空压机布置了2台10m3/min空压机，2台储气罐，1个油水分离器。空压机间见图1。

图1 空压机间平面布置图

3.2 能量转换——管道布置

1)室外管道。室外管道采用管径为89mm无缝钢管，埋地敷设。考虑到电力、给排水管道从库前平过道侧穿行，压缩空气管道由空压机间引出后，采用垂直穿越库前存车线，折角后沿股道边敷设连接至检查库内。这种布置方式降低了与其他管道的干扰，推进了工程建设进度。

设计中，穿越股道位置，采用管径为140mm套管保护;在库前设置油水分离器，另外需要考虑与其他管道、库房地圈梁交叉，入库后接入综合管沟等问题，需研究相关设施的标高，合理设置管道标高，使得管道顺利入库。室外管道布置如图2所示。

图2 室外管道平面布置图

2)室内管道。在临修库内设有1条股道及地沟，设有天车，为便于实施，室外管道由库右端沿股道两侧分别埋地输入，入库后沿库房两侧敷设，设置5‰逆坡，引出多处支管，供检修设备用，其中一处沿排架柱引至三层作业平台用气点，避免了与天车冲突。管道平面、立体布置如图3，图4所示。

图3 临修库室内管道平面布置图

图4 临修库室内管道立体示意图

3.3 能量输出——用气点设计

临修库的用气设备主要放置在地面，只有三层作业平台翻板设置在高于轨顶3.8m位置，管道也布置在库房两侧，便于连接。

4 结语

随着我国铁路建设的高速发展，我国的铁路设计人员积累了大量的实践经验，当前摆在设计人员面前最重要课题之一就是:如何进一步提升铁路工程设计水平，拓展海外市场。从系统的角度研究各个工程设计子系统，逐个突破，一方面可总结我国铁路工程设计成果，完善工程设计技术，同时可为开拓国外铁路工程市场做准备。目前，压缩空气管道工艺设计正在向精细化、三维化方向发展，本文从系统化能量流的角度研究压缩空气管道，结合三维设计软件，可进一步提高压缩空气管道工艺设计水平。

[1]陈 光.科学技术哲学[D］.成都:西南交通大学，2003.

[2]GB 50029-2003，压缩空气站设计规范[S］.

[3]TB 10621-2009，高速铁路设计规范(试行)[S］.