地铁车辆除尘工艺设计方案研究

王贺

（中车青岛四方机车车辆股份有限公司，山东 青岛266000）

随着我国经济的发展和人口的快速增长，城市规模逐渐变大，人口聚集程度也越来越高。城市道路因为大部分已经定型，人口和汽车的增加给一线及二线城市带来了诸多的问题，例如交通堵塞，环境污染等等，这些问题的出现严重影响了整个城市的幸福指数[1]。从国外发达国家的发展历程上可以发现，解决交通堵塞此类问题大都是采用地下铺设地铁线路来达到人员运输，以此来达到给城市交通减压的目的。并且地铁运行受天气环境影响较小能够保证全天候运行。

但是，地铁车辆一旦行驶一段时间后，会有大量粉尘沉积在车辆底部覆盖走行部，电器柜等重要结构位置，当粉尘的覆盖量达到一定程度后会给地铁带来严重的后果。所以这些粉尘的及时清理是不容忽视的，本文所构思的立意起点由此而来。

1 地铁车辆底部粉尘

粉尘是指悬浮在空气中的固体颗粒[2]。日常生活中粉尘又具有诸多别名例如尘埃，粉末等等。但是在国际上对粉尘有着比较明确的规定，当固体悬浮物粒径小于75um 时才可以称为粉尘。致使粉尘产生的原因有很多，空气快速流动就是粉尘产生的主要原因之一，故地铁底部粉尘较容易沉积。

粉尘基本特性：

1.1 粉尘的粒径分布

粉尘的粒径分布是指粉尘中各种粒径的粉尘所占质量或数量的百分数。粉尘根据质量和数量可以分为两种，分别是质量粒径分布和计数粒径分布。除尘器在设计的过程中通常使用的变量是质量粒径分布，因为质量较之数量更容易确定。

1.2 粉尘的堆积密度

堆积密度是指单位体积粉尘在自然状态下堆积在一起时所具备的质量。它是灰斗和运输设备设计时重要的依据。

1.3 粉尘的爆炸性

粉尘颗粒越小，其比表面积越大，所具有的表面能也就越大[3]。当粉尘颗粒遇到一些变量因素（如明火）后，它就很容易发生物理变化或化学变化将其能量释放出来进而形成爆炸。在除尘系统设计时，对于具有潜在爆炸危险的粉尘，必须要按规范制定相应的防爆措施，防患于未然。

1.4 粉尘的荷电性

荷电性是指当空气中悬浮的粉尘颗粒在不均匀电场中发生一些相互运动（碰撞、摩擦等）时会带有一定的电荷的性质。

1.5 粉尘的湿润性

粉尘颗粒与液体接触能否相互附着或附着难易程度的性质称为粉尘的润湿性。粉尘的润湿性与粉尘的诸多因素有关，例如粉尘的种类、粉尘颗粒粒径的大小、粉尘颗粒的组分以及形状等。

上述的粉尘五大基本特性就是除尘的原理所在[4]。

2 地铁除尘技术

虽然目前国际上用于地铁除尘的设备种类很多，但是设计时所采用的原理都基本相同，以此来分类总共可以分为四大类，分别是机械式除尘器、过滤式除尘器、静电除尘器、湿式除尘器。

2.1 机械式除尘器

机械式除尘器是利用机械在粉尘原有的重力情况下在给予一些其他外力例如离心力和惯性力，使粉尘从含尘气流中分离的除尘器[5]。这种除尘器广泛用于含尘量高、粉尘颗粒粒径大的且对于除尘要求不高的工作环境，不过通常将机械式除尘器作为前置除尘器，初步对含尘气流进行处理，为后面的二次除尘做铺垫。

2.2 过滤式除尘器

过滤式除尘器是一种高效除尘设备，它的作用机理是使含尘气流经过特定的过滤材料从而将固体粉尘从气流中分离的除尘器。该种除尘器虽然除尘效率高，但是滤网更换的次数亦会增多，除尘成本也会有所增加。根据过滤材料可以分为有两类，一种是袋式除尘器其过滤介质是纤维编织物，另一种是颗粒层除尘器其过滤介质是砂、焦炭等颗粒物。

2.3 静电除尘器

静电除尘器的工作原理是利用高压电场使含尘气流发生电离，气流中的粉尘荷电在电场作用下与气流分离[6]。负极作为放电电极由不同断面形状的金属导线制成。正极作为集尘电极由不同几何形状的金属板制成。静电除尘器的设计以及除尘效果受含尘气流流速、粉尘性质等因素的影响。

2.4 湿式除尘器

湿式除尘器在生产生活中又被称为“除雾器”，它是利用液体通常情况下为水直接与含尘气体接触，粉尘颗粒和水滴在惯性力的情况下直接碰撞在一起发生聚合作用使粉尘颗粒变大，以此来达到将气体和颗粒分离的作用。

3 吹扫除尘系统方案设计

在地铁除尘系统方案设计之前为了能够使设计的方案除尘效果理想，故对各类除尘器都进行一定的研究，接下来结合实际地铁车辆吹扫工作环境，提出了以下两种不同思路的除尘方案。

3.1 方案1

本方案主要由2 台工业吸尘器、4 台螺杆式空气压缩系统、4 台空气压缩机组成，下设6 条吸尘管路和1 条吹扫管路。该方案能够满足大部分地铁车辆车体及底部沉积粉尘清理的要求。空压机和工业吸尘器分别装置在吹扫轨道两侧，具体位置如图1 所示：

图1 空气压缩机与工业吸尘器位置示意图

本方案中吸尘系统管道设有6 套，每套管道由对应长度的橡胶软管和两个接口组成。橡胶软管的两端，一端连接到对应的吸尘罩，另一端则通过快速接头连接于支管接口。另外在所有转向架对应位置处均配置一个吸尘接口。6 台工业吸尘器分别接在下设的6 套吸尘管路主管道上，非工作时间时均需要推到固定区域存放。

3.2 方案2

本方案由5 个模块组成，分别是吸尘模块、控制模块、喷吹模块、走行模块、风帘模块。其中喷吹模块、控制模块、吸尘模块、走行模块都位于地铁粉尘吹扫库里走行轨道下方的一辆移动式除尘车中，风帘模块则设置在走行轨道两侧。

在本方案中，由空压机提供吹扫时所需要的压缩空气。除尘车前端，顶部，左右两侧都需要配置特定的装置。如将独立的、可移动的手动喷头配置在除尘车前端，这样便于调整吹扫口与尘源的距离，使吹尘效果更加显著；将一组吸尘口及防尘网、过滤器、固定旋转喷头装配在除尘车顶部，在其行进的过程中便于对车辆底部沉积的粉尘进行清扫；左右两侧也需要各配置一组吸尘口及防尘网和过滤器。风帘模块采用分段自动供风和自动断风技术。除尘车采用远程遥控技术，作业人员可在吹扫区外控制整套设备的工作状态。本方案具体的布置图如下图2（正面）、图3（侧面）所示。

3.3 方案1、2 的对比与选择

虽然上述两种方案都能达到对地铁粉尘进行处理，但是方案2 比方案1 有诸多优点。

3.3.1 降本增效。方案2 仅采用2 台空压机，2 台风机；

3.3.2 避免造成二次“污染”。方案2 中的风帘系统，能够有效阻止粉尘的扩散；

图2 方案2 装置正面布置示意图

图3 方案2 装置侧面布置图

3.3.3 营造健康的工作环境。方案2 采用远程控制，作业人员可在吹扫区外控制各个设备系统的工作状态，有效减少员工对粉尘的吸入。

综合所述，方案2 优于方案1，更适合作为地铁车辆车体吹扫除尘系统的设计方案。

4 结论

地铁目前已成为大中型城市交通选择的首选，因为其具有快速、安全、舒适等诸多的优点，被誉为大中型城市的大动脉，是城市进入国际现代城市交通的重要标志。随着时代的发展地铁肯定发展愈加快速，在地铁快速发展的同时，和它相配套的相关措施也在逐步完善，本文所设计的方案就是重要配套设施之一。