基于試驗的動車組集塵風箱過濾器性能研究

李景濤 徐翠強 李來彬 薄凱文 蘇義

摘 要：為避免高寒防風沙動車組在線路運行過程中風沙、柳絮對用風設備產生不良影響，本文采用試驗的方法對集塵風箱直通旋流管式過濾器和機械式過濾器過濾效果進行研究，根據西北地區柳絮、風沙環境，設置不同試驗工況進行試驗，采集試驗數據進行分析，試驗結果可作為集塵風箱過濾器選型和設計的重要參考。

關鍵詞：集塵風箱;直通旋流管式過濾器;機械式過濾器;過濾性能

1.引言

隨著高速鐵路的發展和國民出行需求的急速增長，高速鐵路已遍布祖國大江南北，包括環境惡劣的西北地區，高寒防風沙動車組是為我國西北地區專門研制的專用動車組，其主要特點之一就是克服了西北地區高風沙及柳絮環境給動車組通風帶來的問題[1-2]，如蘭新線西段全長460公里，有長達105公里的線路經過風沙地區。集塵風箱作為安裝在車下的通風過濾裝置，為設備提供清潔空氣，保證車下用風設備安全運行，因此對集塵風箱過濾效率的研究是高寒防風沙動車組研制的主要研究項點之一[3-4]。

2試驗目的

本文主要研究直通旋流管式過濾器和機械式過濾器對于柳絮的過濾效率以及2排過濾管與3排過濾管機械式過濾器的過濾效率與性能。直通旋流管式過濾器、機械式過濾器結構見圖1、圖2所示。

3試驗準備

調節集塵風箱安裝高度，使出風口和集塵裝置進風口中心位置對齊，保證集塵風箱與兩臺集塵裝置連接處密封，安裝集塵風箱進風口風道、穩壓箱等，放置并調整揚沙裝置出風口位置，放置人工喂塵器，保證其出沙口位置能全部在揚沙裝置的攪拌范圍內，使沙塵被攪拌風機混合均勻噴出。

為模擬柳絮飄浮狀態，用細鴨絨（無羽毛）代替柳絮，根據春天柳絮飄浮的濃度估算，初步定在 0.2g/m3，試驗時間定為 20 分鐘。根據《石墨細度檢驗方法》中篩子和目數的關系對照表及試驗用沙顆粒度要求對試驗用沙進行篩選，采用60目和40目的篩子篩選試驗用沙，把篩出的不同規格沙塵根據蘭新線采集的沙塵比例進行配沙。

4試驗及試驗數據處理

4.1柳絮過濾試驗

首先測試集塵風箱進風口為直通旋流管式過濾器的過濾效率。啟動集塵風箱的主送風機和排塵風機，在規定時間內將稱好的鴨絨全部撒完，用風量罩測試撒入鴨絨前與撒完鴨絨后進風口風量，拆卸試驗前與試驗后被試件左右兩側出風口纖維棉過濾器進行稱重，清理集塵風箱進風口過濾器上的鴨絨，稱重并記錄數據。試驗完畢后將集塵風箱進風口改為機械式過濾器，試驗步驟與安裝直通旋流管式過濾器試驗步驟一致，試驗完成后檢查、記錄鴨絨附著情況。

從試驗數據可以看出，對于進風口為直通旋流管式過濾器的集塵風箱，試驗前和試驗結束的通風量分別為7613 m3/h和4886m3/h，堵塞約36%，約為總風量的1/3。過濾器下部堵塞較為嚴重，如圖3所示。集塵風箱 1 兩側出風口纖維棉過濾器溝槽內附著較多鴨絨。

對于進風口為機械式過濾器的集塵風箱 ，試驗前和試驗結束的通風量分別為7198 m3/h和6200m3/h，堵塞約14%，約為總風量的1/7，進風口的過濾器外表面沒有堵塞情況，部分鴨絨可被過濾器阻擋在外，如圖4所示，集塵風箱內部基本無鴨絨，集塵風箱兩出風口過濾器堵塞嚴重，試驗數據見表1所示。

4.2風沙過濾試驗

在風量為 5400m3/h 的風量下，分別試驗2排過濾管、3排過濾管機械式過濾器對風沙的過濾效率，試驗現場布置圖如圖5所示。首先安裝2排過濾管機械式過濾器進行試驗，試驗完成后分別收集過濾器過濾下來的沙塵、集塵風箱內存沙、集塵裝置內沙塵進行分類、稱重，將集塵風箱進風口改為3排過濾管機械式過濾器進行試驗，試驗步驟與2排過濾管機械式過濾器試驗步驟一致。

試驗結果表明，2排過濾管機械式過濾器對粗沙、中沙、細沙的過濾效率分別為：80%、71%、32%，總效率為47.5%。在細沙含量較高地區，2排過濾管機械式過濾器的濾清效率偏低，集塵風箱的出風口過濾器不能濾掉大量細沙，細沙會隨冷卻風排出設備艙。穩壓箱內存有部分粗沙和中沙，該沙塵為被2排過濾管機械式過濾器過濾下來的沙塵，集塵風箱箱體內有少量沙塵，如圖6所示。3 排過濾管機械式過濾器，對粗沙、中沙、細沙的過濾效率分別為：80% 、66.3% 、17%，總效率為37.7%，較2排過濾管機械式過濾器過濾效率偏低。同樣穩壓箱內存有部分粗沙和中沙，集塵風箱箱體內有少量沙塵。試驗沙塵統計見表2所示。

5.試驗結論

1.集塵風箱進風口安裝直通旋流管式過濾器和機械式過濾器比較，直通旋流管式過濾器的過濾效果好，機械式過濾器對柳絮幾乎沒有過濾作用，柳絮會進到集塵風箱內;但直通旋流管式過濾器過濾柳絮后，影響通風量，通風效果差。

2.在柳絮漂浮季節，集塵風箱進風口安裝機械式過濾器柳絮堵塞程度遠小于安裝直通旋流管式過濾器;柳絮漂浮季節，風沙情況較輕的情況下，建議不使用出風口的纖維棉過濾器，依靠內部過濾網進行過濾。

3.在試驗額定風量及風沙含量工況下，2排過濾管機械式過濾器的過濾效果好于3排過濾管機械式過濾器。

參考文獻：

[1] 韓春剛. 蘭新高速線環境對動車組性能的影響分析及對策[J]. 企業技術開發， 2014（03）：90-93.

[2] 李佳俊. 風沙環境下動車組氣動特性研究[D]. 2016.

[3] 高銀峰， 王智軍. 蘭新線西段風沙危害特征及治沙經驗[C]// 中國西部地區鐵路治沙學術研討會論文集. 2007.

[4] 肖艷榮， 張國芹. 蘭新線動車組耐候性技術研究[J]. 鐵道機車車輛， 2014， 34（004）：90-93.