现代化驼峰气动调速设备动力系统节能分析.pdf

现代化驼峰气动调速设备动力系统节能分析 王钟 巍 北京全路通信信号研 究设计院有限公 司，北京 1 0 0 0 7 摘要根据多年驼峰气动系统的工作经验，对现代化驼峰气动调速设备动力系统的能耗问题进行多 方面的分析，并由此提 出节约能耗 的方法和手段 ，为路 内各编组站驼峰 气动 系统的节能工作提供一 定的参考和帮助 。 关键词 驼峰 ；气动 系统；空压站 ；节能 Abs t r a c t Ac c o r d i ng t o wo r ki n g e x pe r i e n c e f or ma n y y e a r s i n t he h ump p ne uma t i c s ys t e m ，t h i s a r t i c l e a na l y z e s t he e n e r g y c o n s u m p t i o n pr o bl e m o f p n e u m a t i c p o we r s ys t e m pr o vi d i n g po we r f o r f r e i g ht t r a i n s pe e d r e d uc e r i n mo de m h u mp y a r d s a n d p u t s f o r wa r d me t ho ds o f e n e r g y s a v i n g，f o r p r o v i d i n g r e f e r e nc e a nd a s s i s t a nc e for t he e n e r g y s a v i n g wo r k o f h ump p ne u m a t i c s ys t e m s i n r a i l wa y m a r s h a l l i ng y a r ds ． Ke y w o r ds hu mp； p ne uma t i c p o we r s ys t e m ； a i r c o mp r e s s o r s t a t i o n； e ne r g y - s a vi ng Do I 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 6 7 3 4 4 4 0 ． 2 0 1 4 ． 0 5 ． 0 1 4 随着驼峰技术 的不断进步 ，气动式车辆减速器 已成为现代化驼峰 中最普遍采用的调速设备。该设 备的使用特点导致为其提供压缩空气 的驼峰空压 站 成为编组站内的用电大户，在作业繁忙的大型编组 站 ，一天的用 电量就达到数百千瓦时，巨额的 电费 已成为使用单位不可忽视 的问题。省 电节能不仅能 减轻使用单位 的负担 ，同时也是对 国家能源和可持 续发展工作的有效助力 。 1 驼峰气动系统的构成和特点 驼峰气动系统主要 由空压站 以及驼峰场 内敷设 的供气管路组成 。空压 站可以比喻为发 电站，而供 气管路则可相应 比喻为输 电线路 。空压 站负责产生 足够使用的压 缩空气 ，供 气管路则负责将压缩空气 源源不断地 输送 给驼蜂场 内各 台车辆减速器 ，以保 证驼峰溜放作业的高效安全。 驼峰空压站 内主要设备包括 空气压缩机、储气 罐 、干燥器 、 自动打风系统等。空气压 缩机是最主 要 的设备 ，同时也是最耗 电的设备 。驼峰空压站 内 一 般有 3～ 4台空气压缩机 ，额定功率 自5 5 kW 至 1 3 5 k W 不等。 与其他种类和行业的气动系统相 比，驼峰气动 系统的特点主要有 以下几点 。 1 空气压缩机的种类比较单一 驼峰空压站 以前使用的是活塞式空压机 ，目前 一 般选用螺杆式空压机 ，基本都是技术 比较成熟且 应用较广的空气压缩机品种。 2 气动系统的介质种类单一且压力范围较小 驼峰气动系统 中输送 的承压介质只是压缩空气 ， 没有其他行业的管道 系统 中的各类介质。同时整个 系统的工作压力介于 0 ． 6～0 ． 8 MP a 之间，压力级 别较低 。 3 对于安全稳定的要求较高 铁路的运营中，安全为第一要则。驼峰气动系 统压力级别虽然不高 ，但一旦出现问题 ，就会立刻 影响到驼峰车辆解体溜放作业的安全，造成国家财 产 的损失甚至危及人身安全。因此驼峰气动系统必 须将安全稳定作为其首要 目标。 4 压缩介质消耗量大 在驼峰溜放作业 中，车辆减速器每动作 制动 并缓解 一次 ，所有气缸 内的压缩空气都将排 出。 大型驼峰 的减速器一般分 3个部位，在每一钩车的 溜放过程中，需要动作的减速器一般就有 3 组，且 每一组动作次数基本都不只一次，而一组减速器的 气缸数最多 可达 1 8个。 因此 ，在 工作繁忙 的编组 站 ，驼 峰气动系统在正常作业中压缩空气 消耗量是 铁路通信信号工程技术 R S C E 2 0 1 4 年1 0 月，第l 1 卷第5 期 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 惊 人 的 。 由上可见，驼峰气动系统的能量消耗是不可避免 的，但不断减少被浪费的能源，是努力的 目标。 2 驼峰气动系统耗能分析 驼峰气动系统中，会使能耗增加 的因素经分析 主要如下。 2 ． 1 空压机的因素 1 空压机的工作效率 空压机的核心是机械装置，不同种类的空压机 效率是不同的，并且 同一空压 机在使用时长到一定 程度磨耗 加大后的有效功率 比也会发生变化。如果 保养不够 ，将会导致空压机长时间工作才能弥补压 缩空气的消耗量 ，更多的电能被浪费 。 2 空车过久停车的保护措施 为了保护空压机的机体 ，防止空压机频繁启停对 空压机造成伤害，各空压机厂家的空压机都有空车过 久停车功能。即 在空压机将气压打到规定值后 ，不 会立刻停车，而是在空载情况下运行 l 0～2 0 mi n ， 如果此时压力值仍未 降到启动值 ，则机器停车 。在 这个空车过久停车 的过程 中，空压机的运转 电流大 约在加载情况的 3 0 ％ ～ 4 0 ％，这段时间消耗 的电能 完全是做无用功。 3 空压机的排气压力值测量 现在的空压机都是整体化产品， 自带嵌入式的 控制系统 ，排气压力靠设置在排气 口的气压传感器 进行测量。气体流动是因为有压力差，因此在打气 过程中，空压机排气口的压力要大于外部供气系统 中的空气压力。在设定空压机卸载压力时，如果与 供气系统工作压力一致 ，则供 气系统 中的气压在空 压机卸载之后并没有达到工作压力范 围的上 限，这 样储存 的气量 自然会 比较快用完 ，空压机 又将重新 启动打压。使用次数过于频繁且每次的短 时间工作 对空压机机械本体和空压机工作效率都不利 。 2 ． 2 自动打风系统的因素 驼峰空压站 内一般都会设置 自动打风系统 ，以 监控各台空压机运行状态，自动控制空压机启停， 减轻维护工作人员 的工作 强度 。不 同的控制逻辑 ， 对能耗的影响也是不同的。 1 有的系统对空压机实行分时段设置使用 ，即 每 台空压机使用 l天或更长时间后轮换到 下一 台， 周而复始。这样在打风过程 中主要 由空压机本体控 制启停 ，由于前面所述 空压机 自身的特点，空车过 久停车会经常出现，机器的启停也会频繁，导致过 多的能量消耗。 2 有的系统使用变频控制器来控制空压机的运 转 ，这在降低启动 电流减少启动 噪声方面有一定的 优势。同时对于稳定的气流供 给也是不错 的，只是 在驼峰气动系统实 际的使用 中，难免会使每一次打 风的时间变长，在电机转速差别不会很大的情况下， 长时间工作 电流也不会与满载运行有很多 的差别 ， 这在一定程度上会加大用电量 的消耗。 2 ． 3 其他 因素 1 供气管路的因素 供气管路是压缩空气输送的路径，如果这条 “ 公路”上 “ 破损”太多，那么压缩能量将会不断地 泄露 。如同没有关好的水龙头 ，看似涓涓细流 ，却 流失走 了海量的能源。泄露 口产 生的因素很多，有 施工质量 的，有环境腐蚀的 ，有管路应力过大 的， 也有被意外破坏 的。因此供 气管路对于能源节约也 是相当重要的。 2 管路排水 为了保护供气管路 自身 以及使用设备，压缩空 气 中因温度变化等 因素产生的水需要定时由排污管 排出，为此不少驼峰场设置了 自动排污系统来定时 排放污水 ，保证管路 内部干燥 ，延长车辆减速器设 备的使用寿命。但排水 不能时间过长或过于频繁 ， 且在环境温度稳定且长时间不打风的情况下，管路 内的水不会一直产生 ，如 果过多地执行排水操作 ， 也会增加压缩空气能量的消耗 。 3 驼峰 自动化调速系统的因素 车辆 减速器作为压缩空气的最终使用设备 ，也 是压缩空气消耗的最 大方面 ，它 的动作受驼峰 自动 化调速系统的控制。在作业过程 中，能用最少的减 速器动作次数达到车辆速度控制的 目的，就能最大 程度 的减少压缩空气的消耗量。如果动作 的次数过 多，就会导致不必要的浪费。 3 驼峰气动系统节能措施 根据 上述各类因素的分析 ，可 以从对应 的各个 铁路通信信号工程技术 RS C E 2 0 1 4 年1 0 月 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 方面来采取措施 ，实现驼峰气动系统的节能设计。 1 空压机的选型及维护保养 为减少空压机 固有特性导致 的能耗 ，在 采购空 压 机设 备时，需要多方 比较，选用效率高、易维护 的空压 机。并且 ，在 日常使用过程 中，注意机器的 及时保养，按质保养，让空压机效率长时间保持在 较好水平，减少能耗。另外，好的维护保养可以延 长空压机更换周期 ，对于国家能源 的节省更有不小 的作用 。 2 减少空压机空车过久停车的影响 空压机空车过久停车对于单台使用的空压机是 有一定好处的，虽然付 出一定的能耗代价。但在驼 峰空压站 中，空压机一般设置为 3～ 4台 ，可 以通 过 自动打风系统的调节，保证各台空压机及时轮换 ， 打完压立即停车，下一台空压机待命随时启动，这 样 既可 以避免单台空压机 的机体受损伤 ，也可 以节 约能源 ，提高效益。 同时要 求空压机要具备 与 自动 打风系统接 口的逻辑功能 。 3 空压机压力值测量的缺点 针对该 项情况 ，可 以由自动打风系统监 测供气 系统 中的压 力值来控制空压机启停 ，避免小 范围打 压。这对空压机本身提出了要求。 首先 ，要可 以与 自动打风系统接 口，既可 以自 己控制启停，也可以转换为听从系统命令来启停。 其次 ，需要完善 自动控制逻辑 ，停机压 力与保 护压力分开。很多厂 家为 了逻辑简单，这两个压力 是 同一个 ，没有 区分 ，区分开后 可在空压机 自己控 制及 自动打风系统控制两种不同的工作状态下由不 同的压力起作用。以防止在压力传感器 的正常误差 范 围内，导致空压站 系统 的运行故障，影响驼峰作 业 。 4 自动打风系统的因素 选择适当的 自动打风系统 ，对每一 台空压机进 行细致 的控制 ，避免让空压机长时间做无用功 ，以 减少能耗。这要求 自动打风系统要具备 自动循环设 置空压机 的主辅机参数 ，根据供 气系统 内的压力值 统筹使用多台空压机的功 能 ； 也可 以适当引入变频 器 ，减少启动 时的能耗及对空压机机体的损伤 ，但 在加载后不再变频控制转速。 5 供气管路因素 要减少供气管路的泄露 ，需要从多方面着手。 选择有资质有 能力 的压力管道施工单位 ，保 证管道的施工质量 ，减少 因安装质量导致 的能源浪 费 。 设计时管道应避开有腐 蚀的环境 ，或考虑足 够 的防腐措施 ，减少外部腐蚀条件对管路的危害。 设计中应充分考虑因温度等外部条件变化导 致 的管道应力 ，防止应力过大导致 的接头泄露或管 道破损，保证安全的同时节约能源。 对于所处位置容易发生意外磕碰 的管道 ，考 虑适当的保护措施，或改变管道的走向，以避免受 N I- 部击打导致的管道破损。 6 管路排水的问题 对于管路 的排水 ，这是必须的操作 ，但可 以引 入更加智能化的控制系统，自动调节排水的时间间 隔，需要时多排 ，不需要 时少排 ，既保证管路 内部 的干燥，防止内部腐蚀，也实现尽可能的节能。 7 驼峰 自动化调速系统 在保证安全连挂和驼峰作业效率的前提下 ，驼 峰 自动化调速系统应尽量减少溜放中每一组的车辆 减速器动作 ，从而节约能源，提高效益。 4 结语 本文通过对驼峰动力系统各能耗环节的分析， 提出节能增效的各方面措施。旨在为路内的驼峰空 压动力系统提供一定的经验参考 ，也是对多年驼峰 调速动力设备工作的总结归纳 。 参考文献 [ 1 】 T B ／ T 1 5 5 5 2 0 0 5驼峰专用气动系统技术条件 [ s ]S． [ 2 】 周剑锋 ．浅析驼峰空气压缩机站的几种 自动控制模式[ J 】 铁路通信信 号工程技 术，2 0 0 6 2 2 0 -- 2 3 ． 收稿 日期2 0 1 4 - 0 7 0 9 No ． 5 王钟巍现代化驼峰气动调速设备动力系统节能分析 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m