浅析地铁列车底部吹扫除尘系统
摘 要：地铁列车底部吹扫除尘系统是地铁车辆段大型设备之一，该系统设计为室内半封闭式，待吹扫列车以 3 km/h的车速通过吹扫区进行吹扫除尘。吹扫区分为机械自动吹扫区和人工辅助吹扫区。在压缩空气的作用下，清扫列车底部设备上的粉尘积垢时。为了防止粉尘扩散，污染周围环境，配置一套除尘装置，净化后的空气经风机向室外无污染排放。
关键词：吹扫；除尘；列车；底部
1 问题提出
随着我国国民经济的快速发展， 城市的交通拥堵日趋严重。 而城市轨道交通地铁列车的运行，则大大的缓解了这一状况。
但是，地铁列车在长时间运行后，其列车底部吸附了很多粉尘。如不定期的及时予以清理，将会影响列车的正常行车。严重的可引发地铁列车火灾。 所以，对地铁列车底部进行定期吹扫除尘，是地铁列车检修的必要工序。
长期以来，地铁列车底部吹扫除尘，皆为人工手动作业方式，其工作的劳动强度大，且作业时尘土飞扬，严重的污染环境。 为此，提出在地铁列车检修段建立地铁列车底部吹扫除尘系统，以解决人工手动吹扫作业方式带来的上述问题。
2 地铁列车底部吹扫除尘系统技术条件及参数
2.1 车辆主要技术数据
轨距：1 435 mm；
车体宽度：2 800 mm；
列车高度：3 800 mm；
6 辆/列长度：116 600 mm。
2.2 底部吹扫除尘系统技术数据
吹扫区尺寸（长×宽）：140 m×8 m （其中：机械自动吹扫区占地 11 m）；
吹扫间形式：半封闭式，吹扫的粉尘气体经除尘过滤后无污染排放；
操作人员数量：3～4 人；
吹扫介质：压缩空气；
压缩空气耗量和压力：22 m3/min， 0.7 MPa；
吹扫方式：机械整体自动吹扫 + 人工辅助吹扫；
除尘器功率： 15 kW×2=30 kW；
底部吹扫减速机： 2.2 kW；
两侧底部吹扫减速机： 1.5 kW×2=3 kW；
风源用空气压缩机组功率：90 kW×2= 180 kW （段内有压缩气源可不计此功率）；
总消耗功率：220 kW；
噪声等级（户外）：<85 dB；
储风罐容积：4m3×2=8m3。
3 地铁列车底部吹扫除尘系统组成
3.1 机械系统
该吹扫除尘系统设计为室内半封闭式，待吹扫列车（6 辆编组）以 3 km/h 的车速通过吹扫区进行吹扫、除尘。 吹扫区分为机械自动吹扫区和人工辅助吹扫区。在机械自动吹扫区中布置一排底面吹扫装置，其上设有 5 个喷嘴，喷嘴孔径为 Φ7。 摆动机构以 1 r/s 的速度频率，使其喷嘴横向往复摆动 60°。 底面吹扫装置结构如图 1 所示。
机械自动吹扫区两侧各布置一组侧面吹扫装置，每组设 2个喷嘴，喷嘴的孔径 Φ7。 该侧吹扫装置由摆动机构以 1 r/s 的速度频率，使其喷嘴上下往复摆动 40°。 侧面吹扫装置结构如图 2 所示。
3.2 压缩空气系统
压缩空气系统由两台压缩机组、储风罐、管道及阀门组成。
吹扫管路系统工作压力约 0.7 MPa。
机械自动吹扫区中布置一排底面吹扫装置和两侧各布置一组侧面吹扫装置的摆动频率 1 r/s 的确定， 是基于地铁列车在进入自动吹扫区时的车速 3 km/h。 而吹扫装置往复摆动频率 1 r/s，喷管喷嘴吹扫面积的直径约为 0.5 m。 所以，当地铁列车以 3 km/h 车速通过机械自动吹扫区时， 喷嘴的喷吹吹扫范围基本上覆盖了地铁列车底部被吹扫的部位。
为补偿机械自动吹扫的遗漏，在机械自动吹扫之后，加设人工辅助吹扫区。由操作人员手持喷枪在地沟内对列车底部进行检查，发现遗漏处，进行补吹。
在压缩空气的作用下， 清扫列车底部设备上的粉尘积垢时，产生了大量地以尘土为主的粉尘飞扬。为了防止粉尘扩散，污染周围环境，拟配置一套以挡尘罩、吸尘罩、除尘管路、袋式除尘器等组成的除尘装置，以挡尘罩控制扬尘面，利用除尘器的抽吸能力，吸尘罩吸捕在吹扫作业时产生的含尘气体，吸捕的尘气进入除尘器过滤器后作尘气分离，粉尘收集在集尘盒内定时进行集中处理，净化后的空气经风机向室外无污染排放。
在吹扫区的一侧设有设备间， 设备间内安装空气压缩机、储气罐、除尘机组。
当出口截面上的压力 P2=P*（临界压力 ）时 ，通过喷管的流量达到最大值，速度达到临界音速。
临界压力：P
*=
=0.528P
0=0.528×0.7=0.37（MPa）
临界音速：空气气体常数 R=287N（m/Kg）K；
空气绝热指数 K=1.4
V
2=a
*=
=313（m/s）
喷管直径：7mm
截面积：
单只喷管流量：
压缩空气总耗气量：G总=1.99739 = 19.973 m3/min
3.3 除尘装置
除尘装置采用机械回转反吹袋式除尘器， 处理风量为10 000 m3/h，除尘器除尘效率为 99%。 袋式除尘器的特点是除尘效率高，而且不受粉尘比电阻变化的影响。 它能有效捕集对人体危害最大的 5 um 以下的超细的微小颗粒。
3.4 控制系统
在吹扫区的一侧设有控制室，控制室内安装配电柜、操纵台。控制系统采用 PLC（可编程序控制器）进行集中控制除尘系统的顺序启停、空气压缩机、吹扫摆动装置的启停、进出场信号的变换及工作状态监测等工作。
该系统主要包括一套电控柜、一个操纵台、现场控制盒、信号灯、传感器、分线盒、电缆等。 操纵台和电控柜采用金属外壳制造，并经静电喷涂处理，可有效的防尘、防锈、防腐、防潮，控制面板上的所有控制按钮、开关及各种设备的工作状态、工作参数能清晰显示，方便操作员操作和管理。
（1）电控柜安装在控制室内，其上装有门锁、排风扇及测量仪表。 柜内主要包括 PLC 控制器、变频器、中间继电器及各电机控制单元等。
（2）操纵台采用斜面控制台 ，设有各功能开关 、按钮 、指示灯及信息显示单元等必需的控制元件。信息显示单元可以进行系统工况显示、故障信息显示以及进行手动调试操作等，前面板防护等级达到 IP65。
（3）所有现场分线盒及现场控制盒的防护等级为 IP65，能够适应现场恶劣的环境。
（4）传感器采用德国 TURCK 的光电传感器及日本 SMC 的风压传感器，对除尘器的进口和出口压力进行监控，以使除尘器达到较高的工作效率，防护等级为 IP65。
（5）警报与防护系统：设备一旦主要部件失效，可由一个报警系统产生声、光报警信号及文字显示，该系统由报警器、报警灯、操纵台故障显示的人机接口单元、紧急停机按钮以及传感器组成，在库内设蜂鸣器及黄色闪烁报警灯，除操纵台上设有紧急停机按钮外， 在机械间四个角还分别设有紧急停机按钮，以便于在第一时间发现故障时停机实现系统防护。
3.5 工艺程序
操作人员在控制间内对吹扫车间进行吹扫前准备工作。准备工作完成后，吹扫区进门信号灯由红变绿，通知司机将列车开进吹扫区内的停车牌位置。 列车进场后，进场信号灯由绿变红，禁止下一列车进入。
控制系统首先启动排尘系统， 然后再启动机械吹扫系统，列车以 3 km/h 的车速通过吹扫区进行吹扫、除尘。 当列车通过机械吹扫区并到达人工辅助吹扫区后，底部吹扫装置、侧面吹扫装置也自动停止工作。在人工辅助吹扫区内的人员查看列车底部的吹扫情况并手持喷吹枪对机械吹扫的遗漏部位进行补吹。该节列车吹扫完成后，由现场操作人员按下回位按钮，出场信号灯由红变绿，通知司机将列车开走。
4 结 论
通过伊朗德黑兰地铁的列车底部吹扫除尘系统安装调试运行后，达到了设计的要求，满足了现场的实际应用。 该吹扫、除尘系统应用在地铁列车检修车辆段，将会大大地减轻工人的劳动强度，提高生产效率，且作业时避免了尘土飞扬、严重的污染环境的弊端。
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