王利鋒

1 概述

在機輛段中，氣動工具、吹掃設(shè)備以及制動試風(fēng)均使用壓縮空氣，壓縮空氣管道工藝設(shè)計是鐵路機輛段工程設(shè)計中重要的一部分。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，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，系統(tǒng)中各部分都處在不斷流動的狀態(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)是在流動中保持和發(fā)展，它的各組成部分都處于不斷地更新過程中，系統(tǒng)必須從周圍環(huán)境中吸取物質(zhì)和能量，同時又把自身的產(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)計中，采用合理的工藝設(shè)計，減少能量的耗散，使得能量從“源”高效率輸送至“機”。能量流輸送流程可分為:能量輸入、能量傳遞、能量輸出。對于壓縮空氣管道系統(tǒng)，分別對應(yīng)為空壓機間、室內(nèi)外管道布置、用氣點。

2.1 能量輸入——空壓機間

能量輸入是指提供壓縮空氣的空壓機間，它的功能是:提供可靠的、高質(zhì)量的壓縮空氣?？諌簷C間內(nèi)設(shè)置有空氣壓縮機，對于某些高、精、尖的設(shè)備，要求無油無塵的壓縮空氣，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，故空壓機間一般配備有冷卻器、干燥器、儲氣罐。工程設(shè)計內(nèi)容主要考慮總圖布置、設(shè)備選型、土建要求三個方面。

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所，并位于上述場所全年風(fēng)向最小頻率的下風(fēng)側(cè)。d.空壓機間與有噪聲、振動防護(hù)要求場所的間距，應(yīng)符合國家現(xiàn)行的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的規(guī)定。e.空壓機間的朝向，宜使機器間有良好的自然通風(fēng)。f.空壓機間與其他建筑物毗連或設(shè)在其內(nèi)時，宜用墻隔開，空壓機宜靠外墻布置。設(shè)在多層建筑內(nèi)的空壓機，宜布置在底層[2］。

2)設(shè)備選型。機輛段空壓機壓力需求一般小于0.8mPa，空壓機一般采用10m3/min或20m3/min，數(shù)量一般為2臺一主一備，或4臺二主兩備。

3)土建要求?？諌簷C間土建設(shè)計比較簡單，按照GB 50029-2003壓縮空氣站設(shè)計規(guī)范以及機務(wù)、車輛、動車相關(guān)規(guī)范設(shè)計即可，主要涉及房間布置、空壓機布置、開門設(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)計中最重要的一部分，它是連接空壓機間與用氣點之間的聯(lián)系紐帶，它的功能是:實現(xiàn)壓縮空氣的低能耗、高效率的輸送。設(shè)計中主要考慮以下四個方面:

1)能耗小。結(jié)合空壓機間在總圖中的位置，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)，國鐵多采用埋地敷設(shè)形式。近年來，隨著工程設(shè)計的總體性提高，也為便于運營單位常規(guī)檢修，越來越多的機輛段采用管溝敷設(shè)的方式。庫外管道布置設(shè)計主要考慮管道的走向、標(biāo)高以及與避讓其他管道，在入庫口設(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，設(shè)計中需核實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)，在用氣點位置沿墻壁、排架柱引下或由地下引出。若庫房股道較多，比如動車運用所4線檢查庫，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)時應(yīng)與其他管道保持一定距離。干管一般采用無縫鋼管，管徑大于57mm時，常選用熱軋管，管徑小于57mm時，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

能量輸出是指車間內(nèi)各個用氣。用氣點設(shè)計比較簡單，主要是實現(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。在各個用氣點處的管道應(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)置儲氣罐。

3 案例分析

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

3.1 能量輸入——空壓機間設(shè)計

動車運用所用氣量較小，主要是檢查庫和臨修庫，另外因檢查車間不需要試驗用風(fēng)，僅供動力用風(fēng)，故空壓機布置了2臺10m3/min空壓機，2臺儲氣罐，1個油水分離器。空壓機間見圖1。

圖1 空壓機間平面布置圖

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無縫鋼管，埋地敷設(shè)。考慮到電力、給排水管道從庫前平過道側(cè)穿行，壓縮空氣管道由空壓機間引出后，采用垂直穿越庫前存車線，折角后沿股道邊敷設(shè)連接至檢查庫內(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)計中，穿越股道位置，采用管徑為140mm套管保護(hù);在庫前設(shè)置油水分離器，另外需要考慮與其他管道、庫房地圈梁交叉，入庫后接入綜合管溝等問題，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。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。在臨修庫內(nèi)設(shè)有1條股道及地溝，設(shè)有天車，為便于實施，室外管道由庫右端沿股道兩側(cè)分別埋地輸入，入庫后沿庫房兩側(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)平臺用氣點，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 臨修庫室內(nèi)管道平面布置圖

圖4 臨修庫室內(nèi)管道立體示意圖

3.3 能量輸出——用氣點設(shè)計

臨修庫的用氣設(shè)備主要放置在地面，只有三層作業(yè)平臺翻板設(shè)置在高于軌頂3.8m位置，管道也布置在庫房兩側(cè)，便于連接。

4 結(jié)語

隨著我國鐵路建設(shè)的高速發(fā)展，我國的鐵路設(shè)計人員積累了大量的實踐經(jīng)驗，當(dāng)前擺在設(shè)計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)計水平，拓展海外市場。從系統(tǒng)的角度研究各個工程設(shè)計子系統(tǒng)，逐個突破，一方面可總結(jié)我國鐵路工程設(shè)計成果，完善工程設(shè)計技術(shù)，同時可為開拓國外鐵路工程市場做準(zhǔn)備。目前，壓縮空氣管道工藝設(shè)計正在向精細(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)計軟件，可進(jìn)一步提高壓縮空氣管道工藝設(shè)計水平。

[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)計規(guī)范[S］.

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