吸污控制及真空产生的原理 李玉成.doc

1、动车组卫生间吸污控制及真空产生的原理作者单位 长春轨道客车股份有限公司调试车间作者姓名 李玉成成文时间 二九年五月十日动车组卫生间吸污控制及真空产生的原理李玉成（长春轨道客车股份有限公司 调试车间 130062）摘 要 动车卫生间采用真空集便器，既节约用水，又不污染环境。该论文介绍集便器吸污控制及真空产生的原理。关键词 真空集便器 真空泵 排污1.前言由于普通火车上使用的是直排式厕所，大量乘客的排泄物就随行驶的火车直接撒在了铁轨上。有数据表明，我国 4 万多辆火车 每 天 向 7 万 多 公 里 铁 路 线 “拉 ”出 近 6000 吨 粪 尿 污 水 ，严 重恶 化 了 铁 路 沿 线 环

2、境 。真 空 集 便 器 的 诞 生 有 效 地 解 决 了 这 一问 题 。并在机车中建成了整体卫生间，这种卫生间曾在乌兹别克斯坦经受住了零下 30 摄氏度的气温和相当于我国 80 年代铁路轨道水平的考验。2.真空集便器的排污原理真空集便器的主体是一个真空泵，一端与坐便器相连。当它工作时，泵内的涡轮旋转形成真空，就把坐便器里的污物“吸” 到泵中，通过压力排放到指定地点储存起来。同时，泵的前部有一组刀片，用于粉碎污物。“因为真空产生的吸力很强，我们使用时就不需要借助太多水的冲力了”，这时候水只起到去除表面沾物和润滑的作用，一次只需一小杯水就够了，这是普通家用抽水马桶一次冲水量的十二分之一。它实

3、现了能节水、储存排放物这两大功能。还有真空泵前部的那组刀片，因为排泄物经过了浸软和粉碎，所以他们的排污管道直径只需32毫米，比普通110毫米直径的排污管道要细得多。另外，由于污物是真空泵“吸” 到管道里的，最大的“吸” 力可以垂直 “吸”上两米，所以管道可以在 这个范围内像电线一样随意“走” 。3集便系统工作循环过程工作原理：按下冲洗按钮，喷射器动作将便器和污物箱之间的隔离箱抽成负压，排泄阀打开，污物从便器中被抽入隔离箱中。随后，排泄阀关闭，喷射器关闭，压送阀及输送管阀打开，压缩空气通过限压阀进入隔离箱，箱体内的压力从负压变成正压，污物通过输送管阀从隔离箱内压入污物箱。步骤1：准备状态准备状态

4、下，便碗底部存有一个小水凹，入口阀和出口阀此时处于关闭状态。再在待用工作过程中，抽水马桶包括初始供水、水箱加水，进气和出气阀处于关闭状态。电源消耗2.2瓦。步骤2：冲洗便碗按下冲便按钮，冲水循环开始，一个完整的冲水循环大约耗时25秒。在这个冲水循环过程中，下一次的冲水循环不会开始。压缩空气被压入水箱，冲便水在空气的压力下通过喷嘴喷出，这样便碗得到有效的冲洗。步骤3：隔离箱内产生真空与冲水循环同时，真空泵将中间水箱排空到大约-0.4巴的真空压力。步骤4：清空便碗入口阀打开，便碗中的污物被集便箱的真空通过便碗与集便箱之间的管路吸到集便箱中。步骤5：初始化便碗压缩空气进入水箱，冲便水伴随6.2bar

5、空气压力通过喷嘴喷到便碗中，这样便碗中又储存一部分水。步骤6：清空集便箱压缩空气进入集便箱直到压力达到大约+0.6bar，此时出口阀暂时打开，集便箱里的废物被压到车下污物箱中。4.真空泵真空泵是用各种方法在某一封闭空间中产生、改善和维持真空的装置。真空泵可以定义为：利用机械、物理、化学或物理化学的方法对被抽容器进行抽气而获得真空的器件或设备。随着真空应用的发展，真空泵的种类已发展了很多种，其抽速从每秒零点几升到每秒几十万、数百万升。按真空泵的工作原理，真空泵基本上可以分为两种类型，即气体传输泵和气体捕集泵。随着真空应用技术在生产和科学研究领域中对其应用压强范围的要求越来越宽，大多需要由几种真空

6、泵组成真空抽气系统共同抽气后才能满足生产和科学研究过程的要求，由于真空应用部门所涉及的工作压力的范围很宽，因此任何一种类型的真空泵都不可能完全适用于所有的工作压力范围，只能根据不同的工作压力范围和不同的工作要求，使用不同类型的真空泵。为了使用方便和各种真空工艺过程的需要，有时将各种真空泵按其性能要求组合起来，以机组型式应用。针对动车使用的真空泵主要是获的低真空。真空为气体较稀薄的空间。在指定的空间内，低于一个大气压力的气体状态统称为真空。1 标准大气压（1atm）1.01310 5pa(帕)，1Torr1/760atm1mmHg1Torr133Pa 我国真空区域划分为：粗真空 1.013105

7、pa 至 1.333103pa、低真空 1.333103pa 至1.33310-1pa、高真空 1.33310-1 pa 至 1.33310-6 pa、超高真空1.33310-6 pa 至 1.33310-10 pa 和极高真空 1.33310-10pa。低真空的获得，获得低真空常采用机械泵，机械泵是运用机械方法不断地改变泵内吸气空腔的体积，使被抽容器内气体的体积不断膨胀，从而获得真空的装置。它可以直接在大气压下开始工作，极限真空度一般为 1.331.3310-2Pa，抽气速率与转速及空腔体积 V 的大小有关，一般在每秒几升到每秒几十升之间。以下介绍几种低真空泵。5.低真空泵5.1 旋片式机械

8、泵旋片式真空泵（简称旋片泵）是一种油封式机械真空泵。其工作压强范围为 1013251.3310-2（Pa）属于低真空泵。它可以单独使用，也可以作为其它高真空泵或超高真空泵的前级泵。它已广泛地应用于冶金、机械、军工、电子、化工、轻工、石油及医药等生产和科研部门。旋片泵可以抽除密封容器中的干燥气体，若附有气镇装置，还可以抽除一定量的可凝性气体。但它不适于抽除含氧过高的，对金属有腐蚀性的、对泵油会起化学反应以及含有颗粒尘埃的气体。旋片泵是真空技术中最基本的真空获得设备之一。旋片泵多为中小型泵。旋片泵有单级和双级两种。所谓双级，就是在结构上将两个单级泵串联起来。一般多做成双级的，以获得较高的真空度。旋

9、片泵的抽速与入口压强的关系规定如下：在入口压强为 1333Pa、1.33Pa 和 1.3310-1（Pa）下，其抽速 值分别不得低于泵的名义抽速的 95%、50%和 20%。旋片式机械泵结构和工作原理旋片式机械泵通常由转子、定子、旋片等结构构成。偏心转子置于定子的圆柱形空腔内切位置上，空腔上连接进气管和出气阀门。转子中镶有两块旋片，旋片间用弹簧连接，使旋片紧压在定子空腔的内壁上。转子的转动是由马达带动的，定子置于油箱中，油起到密切、润滑与冷却的作用。如下图当转子顺时针转动时，空气由被抽容器通过进气管被吸入，旋片随着转子的转动使与进气管相连的区域不断扩大，而气体就不断地被吸入。当转子达到一定位置

10、时，另一旋片把被吸入气体的区域与被抽容器隔开，并将气体压缩，直到压强增大到可以顶开出气口的活塞阀门而被排出泵外，转子的不断转动使气体不断地从被抽容器中抽出。5.2 水环式真空泵/液环真空泵水环真空泵（简称水环泵）是一种粗真空泵，它所能获得的极限真空为 20004000Pa，串联大气喷射器可达 270670Pa。水环泵也可用作压缩机，称为水环式压缩机，是属于低压的压缩机，其压力范围为 12105Pa 表压力。水环泵最初用作自吸水泵，而后逐渐用于石油、化工、机械、矿山、轻工、医药及食品等许多工业部门。在工业生产的许多工艺过程中，如真空过滤、真空引水、真空送料、真空蒸发、真空浓缩、真空回潮和真空脱气等，水环泵得到广泛的应用。由于真空应用技术的飞跃发展，水环泵在粗真空获得方面一直被人们所重视。由于水环泵中气体压缩是等温的，故可抽除易燃、易爆的气体，此外还可抽除含尘、含水的气体，因此，水环泵应用日益增多。