壓縮空氣管道工藝設(shè)計(jì)研究

王利鋒

1 概述

在機(jī)輛段中，氣動(dòng)工具、吹掃設(shè)備以及制動(dòng)試風(fēng)均使用壓縮空氣，壓縮空氣管道工藝設(shè)計(jì)是鐵路機(jī)輛段工程設(shè)計(jì)中重要的一部分。系統(tǒng)論能量流是采用系統(tǒng)方法研究自然界能量傳遞的一般規(guī)律，具有普遍性和客觀性[1］，用系統(tǒng)論能量流方法是研究了壓縮空氣管道工藝設(shè)計(jì)，從一般到具體，從本質(zhì)到現(xiàn)象，更具指導(dǎo)意義，可以更全面、更合理的研究工程技術(shù)規(guī)律。

2 系統(tǒng)論能量流

根據(jù)耗散結(jié)構(gòu)理論和系統(tǒng)論觀點(diǎn)，系統(tǒng)中各部分都處在不斷流動(dòng)的狀態(tài)，而其中的“流”即指能量流、物質(zhì)流、信息流等。系統(tǒng)的有序穩(wěn)定結(jié)構(gòu)是在流動(dòng)中保持和發(fā)展，它的各組成部分都處于不斷地更新過(guò)程中，系統(tǒng)必須從周圍環(huán)境中吸取物質(zhì)和能量，同時(shí)又把自身的產(chǎn)物排出系統(tǒng)之外，方能保持其穩(wěn)定狀態(tài)。

能量流是一種重要的流，能量流主要包括能量的傳遞與轉(zhuǎn)化，在工程設(shè)計(jì)中，采用合理的工藝設(shè)計(jì)，減少能量的耗散，使得能量從“源”高效率輸送至“機(jī)”。能量流輸送流程可分為:能量輸入、能量傳遞、能量輸出。對(duì)于壓縮空氣管道系統(tǒng)，分別對(duì)應(yīng)為空壓機(jī)間、室內(nèi)外管道布置、用氣點(diǎn)。

2.1 能量輸入——空壓機(jī)間

能量輸入是指提供壓縮空氣的空壓機(jī)間，它的功能是:提供可靠的、高質(zhì)量的壓縮空氣。空壓機(jī)間內(nèi)設(shè)置有空氣壓縮機(jī)，對(duì)于某些高、精、尖的設(shè)備，要求無(wú)油無(wú)塵的壓縮空氣，壓縮空氣需經(jīng)進(jìn)一步干燥和凈化，以達(dá)到用戶需求的干燥度和純度，故空壓機(jī)間一般配備有冷卻器、干燥器、儲(chǔ)氣罐。工程設(shè)計(jì)內(nèi)容主要考慮總圖布置、設(shè)備選型、土建要求三個(gè)方面。

1)總圖布置。a.靠近用氣負(fù)荷中心。b.供電、供水合理。c.避免靠近散發(fā)爆炸性、腐蝕性和有毒氣體以及粉塵等有害物的場(chǎng)所，并位于上述場(chǎng)所全年風(fēng)向最小頻率的下風(fēng)側(cè)。d.空壓機(jī)間與有噪聲、振動(dòng)防護(hù)要求場(chǎng)所的間距，應(yīng)符合國(guó)家現(xiàn)行的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的規(guī)定。e.空壓機(jī)間的朝向，宜使機(jī)器間有良好的自然通風(fēng)。f.空壓機(jī)間與其他建筑物毗連或設(shè)在其內(nèi)時(shí)，宜用墻隔開(kāi)，空壓機(jī)宜靠外墻布置。設(shè)在多層建筑內(nèi)的空壓機(jī)，宜布置在底層[2］。

2)設(shè)備選型。機(jī)輛段空壓機(jī)壓力需求一般小于0.8mPa，空壓機(jī)一般采用10m3/min或20m3/min，數(shù)量一般為2臺(tái)一主一備，或4臺(tái)二主兩備。

3)土建要求。空壓機(jī)間土建設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單，按照GB 50029-2003壓縮空氣站設(shè)計(jì)規(guī)范以及機(jī)務(wù)、車輛、動(dòng)車相關(guān)規(guī)范設(shè)計(jì)即可，主要涉及房間布置、空壓機(jī)布置、開(kāi)門設(shè)置、室外水池(水冷式)等布置。

2.2 能量傳遞——管道布置

能量傳遞是指管道室內(nèi)外布置，是管道工藝設(shè)計(jì)中最重要的一部分，它是連接空壓機(jī)間與用氣點(diǎn)之間的聯(lián)系紐帶，它的功能是:實(shí)現(xiàn)壓縮空氣的低能耗、高效率的輸送。設(shè)計(jì)中主要考慮以下四個(gè)方面:

1)能耗小。結(jié)合空壓機(jī)間在總圖中的位置，布置室外管網(wǎng)，盡量縮短管路距離段、減少折角，降低輸送能耗。2)造價(jià)低。合理選擇管道管徑、管材，設(shè)置管道走向以及坡度，降低油水分離器、套管、支架等相關(guān)附件數(shù)量，選擇合理位置穿越庫(kù)房墻體，降低工程投資。3)工藝順。室外管道一般采用管溝敷設(shè)、埋地敷設(shè)或架空敷設(shè)，由于架空敷設(shè)影響總圖的平整性，一般很少使用;埋地敷設(shè)工程投資較低，但不易檢修;管溝敷設(shè)與埋地敷設(shè)相反。在地鐵車輛段中，多采用綜合管溝形式敷設(shè)，國(guó)鐵多采用埋地敷設(shè)形式。近年來(lái)，隨著工程設(shè)計(jì)的總體性提高，也為便于運(yùn)營(yíng)單位常規(guī)檢修，越來(lái)越多的機(jī)輛段采用管溝敷設(shè)的方式。庫(kù)外管道布置設(shè)計(jì)主要考慮管道的走向、標(biāo)高以及與避讓其他管道，在入庫(kù)口設(shè)置油水分離器;車間入口一般采用套管保護(hù)直埋穿墻入庫(kù)，設(shè)計(jì)中需核實(shí)管道與地圈梁的位置關(guān)系。室內(nèi)管道主要考慮縱向避讓股道和檢查地溝，橫向和垂向避讓天車，故縱向一般采用沿排架柱懸掛或埋地敷設(shè)，橫向沿抗風(fēng)柱懸掛敷設(shè)，在用氣點(diǎn)位置沿墻壁、排架柱引下或由地下引出。若庫(kù)房股道較多，比如動(dòng)車運(yùn)用所4線檢查庫(kù)，在股道之間，需設(shè)管溝敷設(shè)管道。4)合規(guī)范。管材選用、管道安裝以及閘閥等相關(guān)附件選用應(yīng)合乎相關(guān)規(guī)范，同溝敷設(shè)時(shí)應(yīng)與其他管道保持一定距離。干管一般采用無(wú)縫鋼管，管徑大于57mm時(shí)，常選用熱軋管，管徑小于57mm時(shí)，常選用冷拔管。管徑小于32mm的支管可選用低壓流體輸送焊接管。管道順向坡一般不小于2‰，逆向坡不小于3‰。在入庫(kù)后干管處應(yīng)設(shè)閘閥，在管道末端設(shè)置油水分離器。

2.3 能量輸出——用氣點(diǎn)

能量輸出是指車間內(nèi)各個(gè)用氣。用氣點(diǎn)設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單，主要是實(shí)現(xiàn)能量的可控輸出，以及合理布置用氣設(shè)備，便于連接管道。

用氣設(shè)備應(yīng)盡量布置在排柱或墻體附近，以便管道沿排架柱或地下引出。在各個(gè)用氣點(diǎn)處的管道應(yīng)安裝截止閥，若用氣設(shè)備較多且比較集中，應(yīng)設(shè)置分配器;若用氣壓力要求較高或需要穩(wěn)定的風(fēng)源，需設(shè)置儲(chǔ)氣罐。

3 案例分析

成都動(dòng)車運(yùn)用所新建4線檢查庫(kù)1幢、臨修庫(kù)1幢以及其他相關(guān)設(shè)施。

3.1 能量輸入——空壓機(jī)間設(shè)計(jì)

動(dòng)車運(yùn)用所用氣量較小，主要是檢查庫(kù)和臨修庫(kù)，另外因檢查車間不需要試驗(yàn)用風(fēng)，僅供動(dòng)力用風(fēng)，故空壓機(jī)布置了2臺(tái)10m3/min空壓機(jī)，2臺(tái)儲(chǔ)氣罐，1個(gè)油水分離器。空壓機(jī)間見(jiàn)圖1。

圖1 空壓機(jī)間平面布置圖

3.2 能量轉(zhuǎn)換——管道布置

1)室外管道。室外管道采用管徑為89mm無(wú)縫鋼管，埋地敷設(shè)。考慮到電力、給排水管道從庫(kù)前平過(guò)道側(cè)穿行，壓縮空氣管道由空壓機(jī)間引出后，采用垂直穿越庫(kù)前存車線，折角后沿股道邊敷設(shè)連接至檢查庫(kù)內(nèi)。這種布置方式降低了與其他管道的干擾，推進(jìn)了工程建設(shè)進(jìn)度。

設(shè)計(jì)中，穿越股道位置，采用管徑為140mm套管保護(hù);在庫(kù)前設(shè)置油水分離器，另外需要考慮與其他管道、庫(kù)房地圈梁交叉，入庫(kù)后接入綜合管溝等問(wèn)題，需研究相關(guān)設(shè)施的標(biāo)高，合理設(shè)置管道標(biāo)高，使得管道順利入庫(kù)。室外管道布置如圖2所示。

圖2 室外管道平面布置圖

2)室內(nèi)管道。在臨修庫(kù)內(nèi)設(shè)有1條股道及地溝，設(shè)有天車，為便于實(shí)施，室外管道由庫(kù)右端沿股道兩側(cè)分別埋地輸入，入庫(kù)后沿庫(kù)房?jī)蓚?cè)敷設(shè)，設(shè)置5‰逆坡，引出多處支管，供檢修設(shè)備用，其中一處沿排架柱引至三層作業(yè)平臺(tái)用氣點(diǎn)，避免了與天車沖突。管道平面、立體布置如圖3，圖4所示。

圖3 臨修庫(kù)室內(nèi)管道平面布置圖

圖4 臨修庫(kù)室內(nèi)管道立體示意圖

3.3 能量輸出——用氣點(diǎn)設(shè)計(jì)

臨修庫(kù)的用氣設(shè)備主要放置在地面，只有三層作業(yè)平臺(tái)翻板設(shè)置在高于軌頂3.8m位置，管道也布置在庫(kù)房?jī)蓚?cè)，便于連接。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)鐵路建設(shè)的高速發(fā)展，我國(guó)的鐵路設(shè)計(jì)人員積累了大量的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)前擺在設(shè)計(jì)人員面前最重要課題之一就是:如何進(jìn)一步提升鐵路工程設(shè)計(jì)水平，拓展海外市場(chǎng)。從系統(tǒng)的角度研究各個(gè)工程設(shè)計(jì)子系統(tǒng)，逐個(gè)突破，一方面可總結(jié)我國(guó)鐵路工程設(shè)計(jì)成果，完善工程設(shè)計(jì)技術(shù)，同時(shí)可為開(kāi)拓國(guó)外鐵路工程市場(chǎng)做準(zhǔn)備。目前，壓縮空氣管道工藝設(shè)計(jì)正在向精細(xì)化、三維化方向發(fā)展，本文從系統(tǒng)化能量流的角度研究壓縮空氣管道，結(jié)合三維設(shè)計(jì)軟件，可進(jìn)一步提高壓縮空氣管道工藝設(shè)計(jì)水平。

[1]陳 光.科學(xué)技術(shù)哲學(xué)[D］.成都:西南交通大學(xué)，2003.

[2]GB 50029-2003，壓縮空氣站設(shè)計(jì)規(guī)范[S］.

[3]TB 10621-2009，高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范(試行)[S］.