車體密封性能及密封措施
一、壓力波的作用
1.對列車的作用
將車輛看成有多個泄漏出(諸如車窗、腳蹬門、車輛格蘭富機械密封連接部、端墻門、空調(diào)設(shè)備和廁所設(shè)備等)的彈性封閉容器,如果容器內(nèi)部壓力和外部壓力之間存在差異,則會出現(xiàn)兩種情況:1.車體變形; 2.由于泄漏而造成的內(nèi)外壓力平衡。
2.對旅客的影響
高速列車在會車時,特別是在隧道內(nèi)高速會車時,車進(jìn)口機械密封體表面將承受正負(fù)數(shù)千帕的瞬時壓力變化。如果列車不密封,則壓力波輝傳到車廂內(nèi),旅客會感到不舒服,輕者耳膜受壓迫,重者頭暈惡心,甚至集裝式機械密封耳膜破裂。
二、對車體密封性能的要求
日本高速列車密封試驗,要求將車體所有開啟部位堵塞,車內(nèi)壓力由4000Pa降至1000Pa的時間必須大于50s。
歐洲高速列車曾采用壓力從4000Pa降至1000Pa的時間大于50s(車輛通過臺和空調(diào)設(shè)備關(guān)閉)。
現(xiàn)在,德國、意大利等國家采用壓力從3600Pa降至1350Pa的時間大于18s。
我國在《200km/h及以上速度級列車密封設(shè)計及試驗鑒定暫行規(guī)定》中要求:
整車落成后的密封性能試驗,要求達(dá)到車內(nèi)壓力從3600Pa降至1350Pa的時間大于18s;
車體結(jié)構(gòu)的密封性能要求壓力從3600Pa降至1350Pa的時間須大于36s;
組成后的車窗、車門、風(fēng)擋應(yīng)能在±4000Pa的氣動載荷作用下保持良好的密封性。
三、高速動車組的密封性能試驗
1.車體氣密性試驗
車體氣密性試驗室采用內(nèi)部充氣的方式進(jìn)行,即在封堵了所有的開口以后,使車內(nèi)形成一個氣密艙室,然后使用壓縮空氣向車內(nèi)慢慢充氣加壓。當(dāng)車內(nèi)達(dá)到規(guī)定的高壓力值以后停止供氣,測定壓力將至規(guī)定的低壓力值所需的時間。
2.車體結(jié)構(gòu)漏氣檢查
在車體金屬結(jié)構(gòu)焊接完成后,須查找是否有漏氣的地方。對所有開口處進(jìn)行封堵,然后給氣體充氣增壓至規(guī)定的壓力(4000Pa),根據(jù)噪聲或肥皂水尋找泄漏處。對泄漏處作上標(biāo)記,帶放氣后進(jìn)行補焊或用米高膠堵漏。在規(guī)定的穩(wěn)壓時間內(nèi),反復(fù)檢查,知道沒有泄露的地方為止。
3.車門氣密性試驗
將車門總成裝在特制的試驗腔室上進(jìn)行氣密性。安裝方式盡量與使用時相同。車門安裝在試驗腔室后,腔室形成了一個密閉容器,期內(nèi)達(dá)到規(guī)定的壓力后,檢驗車門是否能保持良好的密封性能。
4.通過臺氣密性試驗
同樣,將通過臺總成裝在特制的試驗架上進(jìn)行氣密性試驗。安裝方式盡量與使用時相同。通過臺安裝在試驗架上以后,試驗架形成了一個密閉容器,期內(nèi)達(dá)到規(guī)定限額壓力后,通過臺須保持良好的密封性能。
5.車窗氣密性試驗
同樣,將車窗總成裝在特制的試驗腔室上進(jìn)行氣密性試驗。安裝方式盡量與使用時相同。車窗安裝在試驗腔室后,腔室形成了一個密閉容器,其內(nèi)達(dá)到規(guī)定的壓了后,檢驗車窗能否保持良好的密封性能。
四、高速動車組的密封措施
高速動車組所采取的密封措施主要涉及到車體結(jié)構(gòu)、車窗、車門、(側(cè)門、端墻門)、通過臺、空氣系統(tǒng)和廁所設(shè)備。
1.車體密封
對車體要進(jìn)行計算與試驗,車體應(yīng)能承受規(guī)定的壓力(±6000Pa)?,F(xiàn)代高速動車組車體的總體結(jié)構(gòu)師由鋁合金大型擠壓型材制成,筒形車體由地板、側(cè)墻和車頂組成,三部分焊接在一起,從設(shè)計上就是整體密封的,因此車體的密封主要取決于焊接工藝,在車體的結(jié)構(gòu)焊接完成后要按照上述方法進(jìn)行漏氣檢查和氣密性試驗,來保證車體的密封性要求。直通車下山的管路和合電纜穿孔等都要采取密封措施。
2.車窗密封
由于車廂內(nèi)要求壓力密封,因此高速動車組車窗不需要考慮開關(guān)問題。從外形看來,高速動車組的車窗一般是看不見的窗框,但實際上是有窗框的。為了達(dá)到外觀的要求,需采用粘合劑將玻璃粘到窗框中去。車窗玻璃是順著壓力的方向,從外向里安裝,然后用螺栓擰緊。螺栓的縫隙最后用有彈性的填料充填蓋嚴(yán),德國的高速動車組ICE的車窗結(jié)構(gòu)(見圖7—17)就是典型的示例。同時,要求車窗在規(guī)定的壓力—(±6000Pa)下不損壞、不變形。
3.側(cè)門密封
現(xiàn)代高速動車組的側(cè)門一般采用塞拉門,必須就有良好的密封性能。于常用的斜面密封塞拉門不同,高速動車組用的高壓密封塞拉門,還必須具有如下的密封要求:
(1)就有一個環(huán)繞的密封面,也就是實現(xiàn)所謂的“密封蓋”原則,以避免密封面偏移;
(2)采用雙重密封(雙緣密封),他能夠在高壓和低壓兩種情況下具有相同的密封性能;
(3)門扇就有走狗的鋼度和強度,以保證密封處不偏移;
(4)附加閉鎖或止動裝置。
4.通過臺
(1)高速動車組的通過臺是兩個車廂之間的連接通道,是人員來往的必經(jīng)之路,因此對其密封性也有嚴(yán)格的要求。通過臺一般分為外套式的通過臺和波紋折棚式的通過臺。
(2)外套式通過臺在車體的外墻加一個外套連接。由于這種外套在換掛時的男的較大,造成不必要的麻煩,因此這種外套式的通過臺在高速動車組上已很少使用。
(3)波紋折棚式通過臺在高速動車組上得到廣泛的應(yīng)用。波紋折棚安裝在中間緩沖車鉤的橫向構(gòu)件上,將中間緩沖車鉤所屬的空間全部包圍起來。整個通過臺為密封性結(jié)構(gòu),如前所述,需要進(jìn)行氣密性試驗,以保證其就有良好的密封性。
5.端墻門密封
由于通過臺進(jìn)行了密封,端墻門似乎就不用密封了。但是,對于機車牽引的高速列車,在列車編組時,最前邊和最后面的端墻門還得進(jìn)行密封。對于高速動車組,由于她沒有尾車,車廂的兩頭都掛在動力車上,因此也必須有密封的通過臺,以便動力車上的人員能夠進(jìn)入車廂。另外,由于機械控制車不是密封的,所以通往車廂的端墻門也必須是密封的。
端墻門的密封要比側(cè)門容易多,這種門表面看起來與其他自動化的端墻門并無多大區(qū)別,只是將強一些密封措施,例如轉(zhuǎn)動手把的密封要比傳統(tǒng)車門上的好一些;門框上多安裝一條能充氣的橡皮管,能充氣鼓起來密封;通過手控密封開關(guān),可以給密封軟管充氣;門關(guān)閉密封后被門閂暫時鎖住等。
6.空調(diào)裝置密封
空調(diào)裝置的主要功能之一就是將新鮮空氣連續(xù)輸入車廂,吧污濁的空氣排出車外。因此在裝置上開有一個進(jìn)氣口和一個或幾個排氣口,空氣的運送通過一個進(jìn)氣風(fēng)機和一個排氣風(fēng)機??照{(diào)裝置密封的目的是防止車外的空氣壓力波從進(jìn)氣口進(jìn)入車內(nèi)。解決的方法基本上有三種:
(1)采用過壓保護(hù)閥
在空氣的進(jìn)出口個個安裝一個閥門。當(dāng)車內(nèi)外壓差超過規(guī)定值時,兩個閥門同時關(guān)閉。在此期間進(jìn)排氣中止。這種方法的缺點是:如果閥門關(guān)不時間過長,旅客會感到不舒服。
(2)采用節(jié)流閥控制空壓機
空氣壓縮機安裝在排氣口,是兩個氣口在全壓差的情況下,空氣流動方向與原來保持不變。通過節(jié)流閥來控制空氣流量,并使其相等。
(3)采用過壓保護(hù)風(fēng)機
過壓保護(hù)風(fēng)機起空壓機的作用,它具有坡度較大的特性曲線,從而使其輸送的而空氣流量不受車內(nèi)為壓差的影響。在理想情況下,每臺進(jìn)排氣風(fēng)機的空氣流量保持不變,因此車外進(jìn)入車內(nèi)的空氣流量和車內(nèi)排出車外的空氣流量也是一個常數(shù)。
空調(diào)裝置密封最常采用的方法是第一種,也有采用兩種方法組合的方案,列入德國鐵路的高速動車組ICE采用帶有過壓保護(hù)閥的過壓把偶風(fēng)機方案。由于過壓保護(hù)風(fēng)機在車內(nèi)外壓力接近時消耗能量較多,因此在正常工作時它是關(guān)閉的,這時通過旁通管道來循環(huán)車內(nèi)外的空氣。當(dāng)列車高速進(jìn)入隧道壓力超過規(guī)定值時,列車通過列車自動控制系統(tǒng)(LZB)自動報警。
7.廁所密封
高速動車組的廁所都是采用密封式的廁所,通過一套真空設(shè)備將糞便排入集便器。而集便器一般裝于列車地板下方。
作者:嘉善日益機械密封件廠
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