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高速客車的真空衛生系統

點擊率：1310 作者：上海拓科實業有限公司來源：http://www.shtorke.com 時間：2016-12-2 15:37:30

[ 摘要 ]

分析并比較了傳統客車衛生系統與真空衛生系統的優缺點，同時介紹了國外幾種主要真空衛生系統的工作原理及組成，指出了我國高速客車衛生系統的發展方向。[ 正文 ]
    0　引言

    隨著我國鐵路客車的迅速發展，客車高速化已成為今后鐵路發展的一個必然趨勢。客車速度的提高對其原有的衛生系統提出了新的更高的要求，由于客車速度的提高，原有的傳統衛生系統將不能滿足列車的運行要求；同時，高速客車相對封閉的車內環境及旅客對車內空氣質量的更高要求也對其衛生系統提出了新挑戰。

    1　傳統的客車衛生系統存在的問題

    1.1　傳統的客車衛生系統型式

    我國傳統的客車衛生系統主要有直接排放式和控制排放式兩種。直接排放式是直接將糞便用水沖洗到線路上，利用沖廁過程將固態糞便與道渣相碰撞而破碎，然后被雨水沖刷滲入道渣下面，自然分解；控制排放式系統將糞便沖入集便箱中，列車入段檢修時排空集便箱，將污物排入當地的主排污系統。

    1.2　傳統的客車衛生系統存在的弊端

    上述兩種傳統的衛生系統主要應用在低速或普速客車上，對于運行速度大于200 km/h的高速客車，此系統的應用將受到限制，主要表現在以下幾個方面。

    1.2.1　高速客車的高氣密性限制了傳統衛生系統的應用

    高速客車有較高的壓力密封性要求。這主要是由于高速客車的運行速度快(大于200 km/h)，在高速運行過程中車體外表面負壓較普速客車大，車外塵土從車箱的各種縫隙進入車內的機率增大，同時會在車內產生較大噪聲。如果采用傳統衛生系統(如開放式系統)，則會使客車的氣密性嚴重降低，對車內環境及旅客舒適度造成不利影響。

    1.2.2　高速客車具有較高的環境要求

    對于客車的衛生系統而言主要表現在：①盡量減少衛生系統對客車沿途環境及車輛本身的污染，即糞便不直接排到車外，而將其收集起來集中處理；②不能對車內的環境造成污染，即衛生系統應避免臭氣在車內散發，不對旅客及檢修人員的健康造成危害。然而對于鐵道車輛，由于受運行中振動或進入隧道時壓力波動的影響，要在傳統便器內保持水封是極其困難的，故集便箱與廁所室內直接相連，沒有水封，因此直接排放式廁所和控制排放式廁所的臭氣問題一直未能得到根本解決；而且由于鐵道車輛水箱容量有限，需要過濾所用清洗水以便循環使用，時間一長易造成水質惡化，易對車體及車內環境造成污染。

    1.2.3　高速客車的安全性要求

    高速客車由于運行速度快，為抵消高速所引起的動力作用，必須降低高速列車的軸重，降低列車的重心高度。這對于減輕對地基的振動，減少對線路的破壞和維修工作量，減少能耗以及提高運行的安全性都會產生積極的作用。傳統的客車衛生系統通常是通過設置在車頂的水箱利用水本身的重力作用供水的，一般每節車箱設置兩個廁所，均由1000 L的車頂水箱供水，因此，在客車剛加完水時，車頂水箱內有1 m3左右的水，約占客車總重的2%。這樣必然抬高了車輛的重心，使列車在通過彎道時容易出現側滾，為此要增加車輛軸重，可這樣又影響了客車運行的力學性能，對客車安全運行易造成隱患。

    1.2.4　高速客車的持久服務性要求

    對于高速客車的衛生系統，提供持久性的舒適服務是其一項基本的功能。開放式廁所在列車停站時不能使用，顯然不能滿足這一要求；控制排放式廁所則由于本身的對內開放性而對室內的環境造成污染，影響旅客的乘車舒適性，故也不宜在高速客車中采用。

    1.2.5　節水方面的要求

    開放式和控制排放式廁所每次沖廁約耗用4.5 L的水量，這雖然比倡導的節水型便器設計的6 L一次沖水量要少，但對于客車有限的儲水量及較多的乘客來講則仍顯得過多，不利于節約客車運行費用(水費及排污費)及滿足全球性環境保護的要求。

    2　高速客車的真空衛生系統

    2.1　國外高速客車真空衛生系統簡介

    2.1.1　瑞典的真空集便箱式廁所

    瑞典的高速客車技術發展比較成熟，其客車衛生系統也值得我們借鑒。其中具有代表性的是瑞典EVAC公司為海峽隧道穿梭列車開發的EVAC2000真空廁所(見圖1)。該系統由一臺微機控制整個沖水過程，首先由安裝在便器邊緣的噴水口噴出高壓水沖洗便器表面，與此同時，由壓縮空氣抽氣閥吸出集便箱內的空氣，產生真空；然后，便器背部的閥門打開將便器內的糞便吸入集便箱。該系統自應用以來，在歐洲的鐵路或巨型噴氣式客機上廣泛采用；目前，JR (日本國營鐵路)各公司的多數車輛也采用這種廁所處理系統，這種系統由于具有極好的除臭和節水性能，正成為廁所處理系統的主流。

    圖1　瑞典真空廁所系統原理
    1 便器　2 排便閥　3 管子　4 電磁閥　5 水加壓器　6 止回閥
    7 電磁閥　8 沖水手柄　9 分離器　10 集便箱　11 護板
    12 防寒層　13 排空管　14 加熱器　15 集便箱70%液面指示表
    16 集便箱90%液面指示表　17 過濾裝置　18 抽風閥
    19 電磁閥　20 減壓閥　21 沖水控制裝置　22 中央控制裝置
    23 排空裝置　24 便器水位傳感器　25 配電箱

    2.1.2　丹麥的真空泵輸便廁所

    丹麥的客車真空衛生系統主要代表為SEMCO公司生產的Semlet型真空廁所(見圖2)。它主要由壓縮空氣操縱的膜板泵提供沖廁噴淋用水，按下沖水按鈕時，壓縮空氣進入噴水膜板水泵，使水從便器上的噴水口噴射出去；然后，微機控制系統執行排空程序將壓縮空氣送入膜板水泵的風缸，提升膜板，在泵內水腔形成真空，將打開進水閥的便器內的糞便吸入膜板泵；隨后，進水閥關閉，出水閥打開，改變風缸的送風方向，迫使膜板向下運動，將糞便泵入集便箱。這種衛生系統除在丹麥的IC3型客車上使用外，還在意大利的ETR500和德國的ICE高速客車上普遍使用。

    圖2　丹麥Semlet真空廁所
    1 便器　2 止回閥　3 風動控制閥　4 止回彈簧　5 膜板
    6 膜板水腔　7 出水閥　8 雙向作用彈簧缸　9 膜板式水泵
    10，11 雙向作用風缸　12 出水閥　13 3″/2電磁閥
    14，15，16 5″/2電磁閥　17 壓力計　18 4 bar減壓閥
    19 控制裝置　20 沖水按鈕　21 壓縮空氣連接處

    2.1.3西班牙的真空廁所

    西班牙的真空衛生系統主要為TEMOINSA公司制造的TEMAVAC型，它主要應用在西班牙的800 0系列臥車和12000系列一等客車上。這種系統主要由一臺真空泵使初級集便箱產生真空，并由一臺膜板式水泵向沖廁噴水口供應壓力水。當按下沖水按鈕時，微機控制系統啟動沖廁水泵，將水沖入便器；同時，真空泵在連接便器的出水閥打開之前，利用初級集便箱內的真空將糞便吸入初級集便箱；其后，連接便器的出水閥關閉，給初級集便箱加壓，打開集便箱的出水閥，將箱內的污物壓入主集便箱。

    2.2　高速客車真空衛生系統的優點

    與傳統的客車衛生系統相比，高速客車真空衛生系統的優點主要表現在以下幾個方面。

    2.2.1　提高了客車運行的安全性

    真空衛生系統無需在頂部設置體積龐大的集水箱，一般僅在客車下部設置供水箱，而且由于用水量遠小于傳統客車衛生系統的用水量，使得供水箱的體積減小，水重降低。國外運行經驗表明［1］：真空衛生系統每次沖廁用水量(包括沖廁后洗手用水)一般為0.5 L。按每個廁所 200人次的使用頻率計算，一個真空廁所僅需100 L的水，考慮安全余量，也只需設置一個容積為200 L的供水箱。而傳統的衛生系統需要1 000 L的水箱儲水，僅載水量一項便可減少 800 L。這樣會大大減少列車自重，降低高速客車的軸重及整車重心，提高客車在高速運行狀況下的穩定性和安全性。

    2.2.2　節水效果明顯

    根據國外運行經驗表明［2］：真空衛生系統每次沖廁用水量僅為0.5 L左右。而傳統的客車衛生系統的每次沖廁用水量約為4.5 L，前者僅為后者的1/9，這對于使用頻率較高，使用范圍較大的客車廁所來講，其總的節水量相當可觀。有利于節約寶貴的水資源，保護全球生態環境。

    2.2.3　對環境具有較高的相容性

    真空衛生系統對環境的較高相容性主要表現在：①不對車外直接排污，故不會對客車沿途環境及車體本身的作業部位造成污染，從而減少了檢修人員傳染疾病的機率；②由于系統本身的封閉性，使得便器的水封不會因壓力波動而破壞，增強了便器的密封性能，避免了便器直通室內而對車內的環境造成污染，同時解決了客車臭氣問題的長久困擾，從而為旅客的健康和室內空氣品質的改善提供了有力的保證，提高了旅客的乘車舒適性。

    2.2.4　提高了衛生系統的服務功能

    真空衛生系統不受列車停站停用的限制，同時避免了控制排放式系統本身不雅的視覺影響，這有利于改善列車服務的硬件環境，提高了客車的服務質量。

    2.2.5　安裝靈活，檢修方便

    真空衛生系統本身體積較小，不需在高速客車緊張的上部空間尋找安裝位置，不需依靠重力進行供水，降低了系統的安裝限制，減少了系統的安裝復雜性，使得其在客車上的布置顯得比傳統衛生系統更加靈活。例如，真空吸引式系統只要在真空吸引力范圍之內，該系統便可以在臥鋪客車的每個包間內設置，也可以在雙層客車的上下層分別設置，為旅客提供迄今為止鐵道車輛上未曾有過的新的服務。同時真空衛生系統由于管道內本身的高速水流使得其具有自潔能力，不會造成沉積；還可根據管內壓力情況快速檢測出管道的滲漏。

    3　我國高速客車衛生系統的發展思路

    我國高速客車技術剛剛起步，作為輔助設備的客車衛生系統還沒有得到系統的研究，因此對于高速客車而言，這仍是一個較新的課題。根據國外高速客車衛生系統的發展經驗及趨勢，我國的高速客車衛生系統應充分考慮利用國外的現有技術成果，發展適合我國國情的高速客車衛生系統技術，以適應我國高速客車的發展趨勢。鑒于目前真空衛生系統已成為各國高速客車衛生系統的主流，以及其比較成熟的技術性能，真空衛生系統應成為我們關注的重點。

    　

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