鐵道客車電熱溫水器的研制及其改進

王希亮

摘 要：本文簡述了鐵道客車電熱溫水器的結構原理，分析解決了研制過程中遇到的問題，詳細介紹了鐵道客車電熱溫水器的關鍵部件的功能。

關鍵詞：鐵道客車電熱溫水器;技術問題;研制過程

中圖分類號：U270.38+5 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）20-0058-02

0 引言

隨著國民經濟的快速發展，鐵路客車用溫水器被廣泛地應用在各種車型上，提高了旅客乘車的舒適度。近期由于列車上使用的溫水器出現問題，我們對目前列車上使用的溫水器狀況進行調研，通過對溫水器現場使用出現的各種問題，我們制訂了統一的溫水器技術條件和檢驗方法，同時研制一種便于安裝、檢修方便，性能可靠，型式合理的新型溫水器。

首先我們查閱了大量國內外有關溫水器的技術資料，走訪了許多車輛段和主機廠。對溫水器的生成、使用狀況進行了初步了解，在此基礎上編寫了技術條件框架，并提出了調研報告，研制過程中遇到主要的技術問題和解決的方法如下。

1 主要的技術問題及解決方法

1.1 關于溫水器的結構形式和電氣原理

關于溫水器的結構形式，目前應用的溫水器有儲水、過熱式兩種方式。儲水式溫水器體積大、安裝較困難、成本高、溫水效果好;而過熱式溫水器體積小、安裝方便，但存在頻繁加熱的缺點。根據在旅客列車上的使用環境條件，我們在分析兩種結構型式溫水器的優缺點基礎上，決定采用過熱式加熱方式，從加熱箱底部進水，頂部出水。

溫水器的電氣原理如圖1所示主電路由三組電熱管（DR）組成，接觸器（KM）控制加熱器的接通和斷開，控制電路包括漏電檢測（ZXJC）、缺水保護（WG）、溫度保護（ATC）、超溫保護（CW）等保護功能，閥門控制器保證只有在打開出水閥時，接觸器才能吸合通電加熱;當水箱缺水或閥門打不開時，KM不吸合，電加熱管不能通電工作。

1.2 電熱方式的選擇

在設計方案中，我們考慮過兩種方案：一是采用電熱管加熱方式，二是采用水電分離的高頻渦流加熱方式。后者的最大優點是水電可以分離，但鑒于高頻加熱的技術難度大、成本高、電磁輻射嚴重、研制和生產的周期較長，故選用電熱管加熱的方式。電熱管的外型最終確定用U型管方式，U型管與直管加熱相比較在絕緣強度、耐高壓、壽命等方面有較大的優勢。設計初期，我們設計了直通式和迷宮式兩種型式內膽，通過試驗比較，發現兩種型式的內膽加熱效果沒有太大的差別，甚至直通式結構的加熱效果較好，最終選擇了加工工藝方便的直通式結構。

1.3 閥門控制開關的研制

閥門控制開關是過熱加熱方式的關鍵部件，其功能為：只有打開出水閥門并有一定量的水流流出時（即只有正常使用溫水器時）才能接通加熱電源。但是目前客車上應用的過熱式溫水器沒有這種閥門控制開關，僅僅依靠溫控器的控制來加熱和停止，從而造成電加熱管的頻繁加熱，不但浪費電能、影響加熱管的壽命，也增加了溫水器的故障率。

在研制過程中，我們對這種閥門進行了調研，英國邁克斯韋爾公司有這種類似的產品，但價格昂貴，而且供貨周期長，同時，由于此溫水器使用的缺水保護裝置存在結垢和電蝕等缺點，而溫水器又必須設置缺水保護裝置，也需要進行研制。針對這種情況，我們決定自行研制和開發一種集閥門控制和缺水保護于一體的控制器，以滿足新的技術條件。經過近一個月的試驗，終于完成了達到進口產品同等功能的閥門及控制電路，同時，增加了缺水保護裝置。這種裝置與閥體配合使用，安裝在我所新研制的溫水器上，通過型式試驗證明能夠滿足技術條件的要求。

1.4 閥門控制器研制過程的主要技術問題

閥門控制器的主要功能是：只有打開出水閥門時，并有大于1L/min流量的出水時，閥門控制器發出信號，控制電加熱接觸器吸合，當流量小于1L/min或關閉出水閥門時，或者水箱缺水時，閥門控制器均未發出信號，電加熱接觸器不吸合，切斷加熱電源。閥門控制器的控制電路原理是：當閥門打開并有大于1L/min的流量時，閥門體上的水流傳感器感應出信號，經過信號放大比較器后，有信號輸出，使控制繼電器吸合，當關閉閥門或流量小于1L/min的流量時，閥體無感應信號，放大比較器反轉，控制繼電器切斷接觸器的線圈電源，使接觸器釋放。

缺水保護裝置的主要功能是：以前溫水器上使用的缺水保護裝置大多采用直流電極式，這種電極在水中長期使用后，容易結垢和電蝕，使得溫水器的動作性能不可靠，維護工作量大。首先要解決水流檢測問題，為此我們參考了某些國外水流開關和國內同類產品的檢測機理，開發了體積小、安裝方便的水流檢測裝置，試驗表明，這種裝置可靠而且有效，能夠達到設計要求。其次，我們開發了集閥門控制和缺水保護于一體的開關控制裝置。其基本原理為：水流的檢測信號經過該控制裝置放大，與缺水保護電路串聯，驅動主回路接觸器，控制加熱電源的通斷。通過試驗證明開關控制裝置能夠達到設計要求。溫水器安裝了閥門控制開關以后，不但節約了電能，同時大大增加了溫水器的可靠性。

1.5 加熱功率的確定

目前客車溫水器的功率范圍為2.1kW～4.5kW。參照主機廠過熱式溫水器的訂貨技術協議：要求進出水溫度差為15℃時，水流量應達到5L/min。通過理論計算，需要電加熱功率為5.23kW，功率顯然過大。新的技術條件要求進出水的溫差在20℃時，水流量應達到2.5L/min，通過理論計算，所需要的電功率為3.49kW，最終確定為每個電熱管的功率為1.2kW，三只電熱管的總功率為3.6kW。經過試驗表明，3.6kW的電加熱管能夠達到高效節能，且完全符合鐵路標準的技術要求。

1.6 缺水保護功能

采用閥門控制開關后，缺水后控制開關本身能夠保證電熱管不通電加熱;但是列車上水質較差，萬一將水流檢測裝置堵塞，很可能造成電熱管干燒，為此有必要設缺水保護。缺水保護采用電子式電極水位檢測，在設計中著重解決電極電蝕的問題，用不銹鋼材質做電極，使電極的壽命大大提高。為防止出水溫度過高而傷害旅客，出水溫度采用溫度控制器控制，同時，電熱管的干燒保護也由溫控器來控制。

隨著中國鐵路工業跨越式的發展，DC600V供電的列車越來越多，溫水器作為旅客使用率較高的洗漱設備，其安全性能直接影響著乘客的生命，這樣對DC600V供電的溫水器就要安裝漏電保護和超溫保護。而這兩種保護裝置以前從沒有在溫水器上使用，也沒有現成可直接使用的產品。我們立即開始調研，走訪用戶及主機廠，同時查閱國內外資料，對既有的溫水器進行改進，研制新型具有漏電保護和超溫保護功能的溫水器。

1.7 漏電保護的研制

漏電保護器的原理是：當溫水器內因絕緣電阻下降而產生漏電時，電流傳感器立刻檢測到漏電電流并轉換成電壓信號，在線絕緣檢測裝置接到此電壓信號后，通過其內部繼電器斷開控制電路，使溫水器停止加熱，并提示漏電有故障，使控制電路自鎖，從而保護設備和人身的安全，只有當漏電故障排除后，才能重新上電，使溫水器加熱。根據這個技術要求，我們通過大量的研究試驗后，又開發研制了可以在DC600V供電溫水器上使用的型號為LD-IIIG型直流在線絕緣檢測裝置。

1.8 超溫保護的研制

超溫保護的原理是：當控制加熱的接觸器因機械故障或觸頭粘連不能釋放時，控制電路失效，使得溫水器干燒，此時必須自動切斷供電電源，停止加熱防止繼續干燒。根據這個原理，當初我們準備了兩套解決方案，一個比較簡單的辦法是在電熱管內串接不可恢復的溫度保險，經過大量的試驗發現，當溫水器干燒達到超溫保護值時，由于是直流供電溫水器，溫度保險容易形成拉弧，不會立刻燒斷，因而起不到保險，此方案雖然簡單，但是存在危險性。另一個是研制超溫保護器，當溫水器干燒達到超溫保護值時，其內部溫度繼電器的常開觸電閉合，利用中點接地保護系統，使超溫保護器產生漏電電流，在線絕緣檢測裝置檢測到有漏電電流，此時切斷供電電源，使溫水器停止干燒，此辦法雖然技術難度大，但是安全可靠。最后通過大量研究試驗，又開發研制了可以在DC600V供電溫水器上使用的型號為WKQ-II超溫保護器。

2 結語

當前隨著科學技術的發展，許多新型材料、新技術的應用，未來鐵道客車電熱溫水器一定具有體積小、質量輕、高效率，能更好地為旅客提供舒適的服務。

參考文獻

[1] TB/T 3125—2005，鐵道客車電熱溫水器[S].

Development and Improvement of ?Electric Bus Warmer for Railway Passenger Cars

WANG Xi-liang

（CRRC Qingdao Sifang Vehicle Research Institute Co.， Ltd.， Qingdao Shandong ?266031）

Abstract：This paper briefly describes the structural principle of the electric hot water heater for railway passenger cars， analyzes and solves the problems encountered in the development process， and introduces in detail the functions of the key components of the electric hot water heater for railway passenger cars.

Key words：Railway passenger car electric heater;technical problem;Development process