TKH-ZKWC保持式真空集便器系统研制及关键技术

TKH-ZKWC保持式真空集便器系统研制及关键技术

邱慧;闫凯;曾凤柳;马麒;张玉宽

【摘要】根据真空集便系统的使用与安装技术条件,研制TKH-ZKWC型保持式真

空集便系统,介绍系统组成与工作原理,阐述真空发生、水增压、便器冲洗、污物箱

设计及系统电控等关键技术,通过整体性能和主要部件试验检测,满足25型等旅客

列车安装、使用要求.

【期刊名称】《铁路节能环保与安全卫生》

【年(卷),期】2012(002)003

【总页数】5页(P112-116)

【关键词】真空集便器;真空发生器;便器冲洗;污物箱

【作者】邱慧;闫凯;曾凤柳;马麒;张玉宽

【作者单位】中国铁道科学研究院节能环保劳卫研究所,北京100081;中国铁道科

学研究院节能环保劳卫研究所,北京100081;中国铁道科学研究院节能环保劳卫研

究所,北京100081;中国铁道科学研究院节能环保劳卫研究所,北京100081;中国铁

道科学研究院节能环保劳卫研究所,北京100081

【正文语种】中文

【中图分类】X703

真空集便系统采用真空抽吸方式排空便盆，利用压差将污物直接从便盆输送至污物箱收集并暂存，集成水增压装置，提高冲洗水压，降低冲洗耗水量，提高冲洗效果，同时具有污物箱安装位置设计灵活等特点。作为密闭式集便系统，具有较好的优势

和适用性，是目前我国铁路旅客列车采用的主流技术产品。

真空集便系统主要由便器组件、真空发生装置、水增压装置、污物箱、电控模块及连接附件等组成。根据真空发生机理和真空存储位置不同，有保持式、紧凑式、间歇式和在线式四种基本型式［1－7］。

在线式和紧凑式由于价格较高，座便器集成性、紧凑性优势更为明显，而蹲便器安装占用车上空间比较大，目前国内仅在动车组和高速列车上应用。保持式和间歇式集便系统，结构比较简单，易于维护，真空度足、不易堵塞，能适应安装空间小、使用频次大、使用环境较差等不利条件，适合于除动车外的普通旅客列车应用。相比而言，保持式无等待时间，操作使用更加人性化。

本TKH-ZKWC型保持式真空集便系统，即是针对普通旅客列车真空集便器系统的使用与安装技术条件研制开发。

旅客列车集便器，接收和存储卫生间内的粪便污水，实现客车运行期间卫生污水的密闭收集。加装密闭式厕所的技术型式，应根据我国铁路分布地域广，乘车人员多、车型多、改装车辆数量大等特点，按照设备技术成熟，使用可靠、适用性强、经济合理原则实施。

集便器安装和加装主要涉及卫生间内地板便器安装、侧板组件盘或电控装置安装，以及车底污物箱安装，应保证足够的安装空间和维护检修空间，根据各型车辆，与车辆厂进行技术对接，确定具体安装尺寸。

集便装置应能符合车辆运行气候环境条件，一般情况下，设计运行海拔高度不大于2 500 m;对于高原条件，即海拔高度大于2 500 m，影响到真空便器的性能，需

特殊设计。使用环境温度:车上安装部件为+3℃～+50℃;车下安装部件在普通地域使用时为－25℃～+50℃，在寒冷地区使用为－40℃～+50℃。

真空集便器安装在旅客列车上，所需动力、冲洗水均利用旅客列车电源、气源和水源条件。系统应满足健康和安全要求:不对公共健康产生危害;不对使用者产生危险;

不对铁道客车运行或客车设施、设备产生危险;在任何条件下不应影响到客车的电源、水源以及压缩空气源的安全;集便器运行噪声应严格控制，提高乘车舒适性;应

防止污物箱内的臭味上返至车内，尽可能降低对车厢内、甚至卫生间内空气质量的影响;冲洗干净、排空效果好，尽量减少污物残留。

系统组成见图1。

TKH-ZKWC型保持式真空集便器系统分为车上部分和车下部分。车上部分包括蹲(坐)便器，气水组件盘，电气控制系统;车下部分包括污物箱和管路。根据客车卫生间的配置，可以采用一套污物箱连接一套便器(蹲或坐)的配置;或一套污物箱连接两套便器(蹲或坐)的配置。

系统气、水原理如图2所示。列车气源接入，经过滤减压后分两路，一路进入真

空发生装置，真空发生器利用文丘里管原理，为污物箱及系统管路提供真空;另一

路进入水增压装置，直接通过压力空气在水增压罐内为冲洗水加压。

待机时，气水组件盘上的真空发生器将污物箱抽至一定真空度，并保持在一定范围内。便器冲洗时，按下冲洗按钮，系统进入便器冲洗循环过程。首先水增压器内的水被压缩空气加压，冲洗阀打开，对便盆进行冲洗，在冲洗动作将要结束时，便器排泄阀打开，便盆内粪便污水在真空抽吸作用下，被抽至污物箱内。排污结束后，排泄阀关闭，水增压器开始补水，真空发生器开始补真空，直至水增压器内液位和系统真空度达到设定值，系统进入待机状态。

真空发生器为系统提供真空，是核心部件之一，其选型及性能参数直接影响真空集便系统的使用性及可靠性。

本系统采用二级喷射管真空发生器，降低压缩空气消耗量，同时增加对压缩空气压力波动适应性。真空发生器集成塑料材质止回阀，减少止回阀故障的可能性;真空

压力开关采用不锈钢材质，降低结垢的可能性，同时减少杂质进入的可能性。在污物箱上加装气水分离器，从根本上降低真空发生装置故障的可能性，提高其可靠性。

根据真空发生器抽真空压力、耗气量、供气压力、抽真空时间之间的关系，试验验证设定工作真空度(－25～－30 kPa)，满足降低耗气量、缩短抽真空时间、保证

抽吸排污效果的实际使用要求。

为保证冲洗水具有一定压力和一定流量，保证冲洗效果，需要设置水增压装置。目前采用较多的水增压装置主要有隔膜式和水罐式两种。

隔膜式水增压器，压缩空气与水不直接接触，排气阀无水雾喷出，冲洗水不会出现大量气体，但由于其橡胶隔膜疲劳及老化，寿命有限，水增压器容易泄漏。

本系统采用水罐式水增压装置，改进水增压罐内部结构，以提高其适用性。快速排气阀安装孔处设置挡水板，避免水雾喷出。适当增加水罐容积，保证每次冲洗后，水增压罐内均有一定水剩余，避免水气喷射冲洗。

便器最佳冲洗效果应该尽可能达到便盆表面冲洗全覆盖、污物冲洗无残留、污物排放无回流，同时还应该满足冲洗水无外溅、污物无飞出等人性化使用要求。冲洗效果既包括污物冲洗干净，又包括污物排空干净。冲洗干净主要取决于冲洗流型、冲洗水压、冲洗耗水量、便盆盆形、便盆表面污物粘附性等因素。污物排空干净主要取决于抽吸真空度、抽吸时间、排污口设计等因素。

座便器便盆曲面对称、盆形简单、弧度较大，冲洗排空更容易。而蹲便盆盆形复杂、内表面积较大，采用0.5 L冲洗水很难覆盖全部内表面，将便盆冲洗完全干净有一定难度。为达到较好的冲洗效果，首先进行便盆曲面设计，采用不锈钢整体冲压，便斗深度比既有产品更深，曲面过渡更加圆滑，内表面抛光处理。

根据便盆曲面分析结果和冲洗水流型全覆盖要求，进行蹲便器和坐便器冲洗流型设计。冲洗流型分旋流冲洗和直喷(扇面)冲洗两种。通过对比分析与试验研究，旋流流型喷嘴位置合理、数量较少，可保证每个喷嘴具有一定的出水压力和出水流量(见图3)。其喷嘴型式为斜孔喷射型，喷嘴内部结构特殊设计。

为保持流型可控，喷嘴布置于曲面曲率过渡处附近、便盆边缘直立曲面上。另在需