轨道车燃油采暖系统的研制

2018-04-04张俊东

铁道建筑 2018年3期

张俊东

(西安铁路局,陕西西安　710054)

1　燃油采暖系统研制的必要性

轨道车是工务设备修理、防洪、检查等工作的主要运输设备，也是轨道车司机工作、生活的主要场所。冬季驾驶室内温度基本与外界环境温度持平，如无采暖设备会给司机的工作和生活带来极大不便，同时给轨道车的行车安全带来严重安全隐患。司乘人员若采用燃煤采暖方法不仅存在较大的人身安全和火灾隐患，而且对铁路沿线环境污染较大，总公司、地方政府已禁止使用。若采用空调取暖存在3个问题:①因沿线各站基本未设置工务轨道车专用停留线、停车库，无法为轨道车冬季采暖接入外接电源；②随车生活发电机发电，发电机难以长时间连续工作且发电时噪声较大，影响工作人员休息、待乘；③轨道车车体不具备保温功能，当室外温度低于-10 ℃ 时空调制热功能降低，车内总体取暖效果一般。因此研制新的采暖系统势在必行。

2　设计要求

轨道车燃油采暖系统须满足：①外形尺寸的设计符合GB 146.1—83《标准轨距铁路机车车辆限界》[1]、铁运[2007]22号《轨道车管理规则》[2]、GB/T 10082—2010《重型轨道车技术条件》[3]、铁运[2006]177号《铁路工务安全规则》[4]的要求，保证车辆连挂运行时不侵入铁路限界，确保运输安全。②轨道车采暖装置符合TB/T 2742—1996《内燃机车司机室取暖一般规范》[5]的要求，即采暖功率应保证轨道车(样车)在室外温度 -40 ℃、速度65 km/h运行时，司机室座椅及床铺中心距地面1.2 m高处温度不低于 10 ℃。③取暖装置的安装位置应保证热空气传递到整个轨道车空间，不留死角。④采暖装置及其附件(电线、电缆、燃油管及防护材料)安装牢靠，能承受轨道车运行时带来的机械振动和冲击，并符合GB/T 21414—2008《铁路应用机车车辆电气隐患防护的规定》[6]的要求。⑤轨道车采暖所使用的电器元件均采用进口或铁路设备专用产品，性能可靠，并具有良好的抗拉强度和良好的阻燃及绝缘性能，符合GB/T 21413—2008《铁路应用机车车辆电气设备》[7]的要求。⑥轨道车安装的加热器主要部件(包括燃油加热器)使用寿命≥10年。⑦平均噪声限值满足GB/T 12816—2006《铁道客车内部噪声限值及测量办法》[8]中规定的软卧车标准，为车内工作人员提供最高的舒适度。

3　技术方案

在现有轨道车的基础上安装燃油加热器3台，增设加热器燃油箱、24 V独立电源及控制线路，不改变车辆现有结构[9]和配重比例，满足车辆限界要求。轨道车燃油采暖系统主要由燃油加热器、燃油箱、24 V电源、电源箱、电瓶充电机、油泵(主副油箱燃油互补)、控制盒、控制电路等组成。设计方案见图1。

1-柴油、电池箱;2-油路接管;3-充电机;4-燃油加热器(共2～3个); 5-加热器控制盒(2～3个);6-充电器控制盒;7-电子泵;8-加油泵图1　轨道车燃油采暖系统设计方案

系统于2015年10月份通过西安铁路局科学技术成果鉴定。

3.1　主要技术参数(见表1)

表1　主要技术参数

3.2　关键技术及难点

轨道车燃油采暖系统关键技术及难点：①根据轨道车供热面积、供热容量、功率对取暖设备选型。②对轨道车燃油供给系统进行改造。增配燃油副油箱及相关油路，为采暖设备独立供油。采暖油路与轨道车柴油机工作油路相互独立，互不影响，不改变原车设计原则[10]。同时，加装从轨道车主油箱到新增燃油箱的补油系统，当新增燃油箱燃油低于显示油位时，可从主油箱为其补油。③新增电瓶为采暖系统独立供电，该组电瓶充满电后，可连续19 h为燃油加热器供电。同时，系统设计有通过轨道车24 V直流发电机和生活发电机为新增电瓶充电的双充电转换电路，为新增采暖电瓶电量补给提供了保障。④燃油采暖所用器件均是铁路上其他设备使用过的成熟配件，确保了轨道车冬季采暖的稳定性和安全性。

3.3　工作流程

采暖工作需要通过燃油供给系统、电力供给系统和控制系统共同完成。燃油供给是轨道车主油箱燃油通过补充燃油泵进入新增燃油箱，再由供油电子泵通过控制装置有规律地将新增燃油箱内的燃油加压并输送到燃油加热器。电力供给是轨道车柴油机直流发电机或生活发电机所发电量通过充电转换装置进入供电电瓶进行储存，供电电瓶通过控制装置给供油电子泵和燃油加热器供电，燃油加热器内电子点火装置将高压燃油点燃，加热空气。工作流程见图2。

图2　燃油采暖系统工作流程

具体介绍如下：

1)燃油供给系统

采暖所需燃油由新增容积350 L燃油箱提供，燃油经电子泵增压后供给加热器。新增燃油箱缺油时，由补充燃油泵从轨道车主油箱为其补油。

2)电力供给系统

燃油采暖所需电能由新增电瓶提供，电瓶供电电压为24 V，容量为195 A·h。设计双充电电路，可直接通过轨道车自带24 V直流发电机或生活发电机为新增电瓶充电。

3)控制系统

控制系统由电瓶充电控制子系统、补油控制子系统和加热器控制子系统组成。

①电瓶充电控制子系统主要由5 kW生活发电机、电瓶直流充电器、柴油机24 V直流发电机、电磁开关和充电控制盒组成。5 kW生活发电机、电瓶直流充电器构成一路交直流转换的电瓶充电电路；柴油机24 V 直流发电机、电磁开关构成另外一路电瓶充电电路；两路充电电路在充电控制盒内控制开关和转换继电器的作用下，实现轨道车在不同工作状态下为电瓶充电功能。

②补油控制子系统由补油控制盒、直流断路器、燃油补油泵和电源组成。系统所需电能由新增电瓶直接提供，电流由新增电瓶进入补油控制盒，经直流断路器保护后，再经控制开关进入燃油补油泵。在新增燃油箱缺油时，打开燃油泵控制开关，燃油补油泵得电后，即可从主油箱为新增燃油箱补油。

③加热器控制子系统由控制盒、操作面板、供油电子泵(脉冲式电子泵)、加热器和电源组成。操作控制面板通过控制盒控制供油电子泵和加热器。

④所有控制系统中均设计了过载、过流、短路保护，从而使控制系统的可靠性和安全性大大提高，同时保证了加热过程中设备和操作人员的安全。

3.4　燃油加热器结构及功能特点

1)燃油加热器主要由燃烧室和加热室构成。车外助燃空气与柴油在燃烧室内混合、燃烧，并将废气排出轨道车外。轨道车驾驶室内冷空气通过吸风扇送入加热室，被加热室加热后再次进入轨道车内，通过多次循环提升车内温度。工作原理见图3。

图3　燃油加热器工作原理

2)加热器为电喷燃油气暖加热器，具有体积小、功率大、升温快、无噪声的特点。同时，在轨道车上改装时工作量较小。每台轨道车安装3台加热器，即可为轨道车提供3×5.5 kW的供暖功率。单台加热器主要参数见表2。

表2　单台加热器主要参数

4　测试样车安装

燃油采暖系统安装后不改变车辆原有布局，利用车辆底部和内部预留空间进行组合安装。限界及配重比均满足轨道车设计技术要求。测试样车部分截图见图4。

图4　燃油采暖系统测试样车截图

5　样车运行测试数据及分析

分析首台样车安装燃油采暖系统后室内测试数据(见表3)可知：①燃油采暖系统工作时供电电压为24 V，属安全电压。总耗电量为240 W/h，电能由新增电瓶提供。②燃油采暖电瓶亏电时充电电源可由轨道车柴油机自带的DC24 V直流发电机或生活发电机提供，电瓶充满电后可连续19 h为燃油加热器供电，所需电量对生活发电机正常工作不造成影响。③采用燃油采暖时，轨道车室内噪声均值为58.65 dB，能为轨道车司乘人员提供更好的休息环境。④燃油采暖系统所提供的热能能够满足轨道车冬季采暖需要。⑤燃油消耗量小，使用成本较低。