铁路列车真空厕所系统设计

1 工作流程设计

本文设计的铁路列车真空厕所包括卫生间壳体、座便器、纳污罐、水箱、界面阀、真空泵、过滤器、气路、水路、电控系统等部分，其各部分之间的关联和工作职能即工作流程如图1所示。由此可知，座便器里的粪便经水冲洗后，在界面阀的控制下，被抽吸进入纳污罐，最后被排污泵排出。水箱中水被高压压出，完成冲厕，真空泵完成对纳污罐真空建立和维持，电控系统负责对各个零部件和电气元件的控制。

①真空泵：为系统提供负压，厕所有人时，当系统真空度达到设定下限后，真空泵自动启动，提高系统真空度；当真空度达到设定上限后，真空泵自动停止运行。通常选用水环真空泵。

②纳污罐：用来储蓄粪便和污水。真空度较小，抽吸无力，工作时间太长，可能堵塞管道；真空度过大，会造成较大振动和噪声。实验得出，纳污罐真空度保持在0.03Ma—0.05Ma范围内抽吸效果较好。

③真空室：储存负压气源的容器，可以提高系统真空度的稳定性。

④排污泵：用来将纳污罐中的污物排出真空厕所系统，选用无堵塞排污泵。

⑤气路：又分为高压和负压两大部分。高压气路依靠列车内高压气作为整个系统的耗气动力源，通过气管、电磁气阀的连接，完成对水箱的冲水控制。调压阀将列车内高压气源（5-7个大气压）调整为3个大气压左右，利用调压后的压缩气体给清水加压，将水压出水箱完成冲洗。负压气路部分主要包括利用真空泵使纳污罐和真空室内产生作为整个系统动力源的真空和对界面阀开启的控制。真空泵进气口与真空室相连，真空室与纳污罐通过气管相连接并安装过滤器，真空室接有真空表用于测量真空度，当真空泵对真空室进行抽吸时实际上也就是对纳污罐抽真空。

⑥界面阀：气路中的一个关键元器件，通过气管安装于便器和纳污罐之间，实际上是真空纳污罐抽吸便器污物管路中的一个开关，界面阀工作性能的好坏，直接影响到整个系统的运行效果。界面阀的打开是依靠负气压，工作的动力来源于纳污罐的负压气源。

⑦水路：由水箱、增压器、水管、各类接头及电控阀件组成。水路系统主要完成旅客冲厕及洗手用水的控制，保证系统正常供水并尽量节约列车上有限的水资源。

⑧电控系统：由开关、控制器、电磁阀、指示灯等组成，用来控制各个部分按照设定程序运行，保证系统稳定运行。

2 系统原理

根据图1流程图设计的铁路列车真空厕所的原理图如图2所示。

铁道列车真空厕所系统的工作过程包括真空泵对真空室和纳污罐的抽吸过程，冲厕过程和排污过程。

抽吸过程：真空泵是系统动力源的主要部件，旅客进入厕所后，真空泵启动开始建立真空，开始对真空室和纳污罐抽真空，真空室接有真空表，当真空表读数低于预设的最低极限压力值时，通过电控系统启动真空泵，当真空表读数达到预设的最高极限压力值时，电控系统控制真空泵停止工作。

冲厕过程：列车内高压气源（5-7个大气压）通过调压阀调整为0.3Ma，通过两位四通电磁气阀CT1控制给水加压。负压气源经气管连接电磁气阀CT2，气阀的气管再连接界面阀。当旅客需要冲厕时，按下冲厕开关，经过时间继电器的控制，延时一段时间后，接通电磁阀CT1，接通高压进气管，高压气体进入水箱将水压出，水箱中的水便被压入便器中冲厕，冲洗开始。经过时间继电器短暂的延时，控制系统关闭电磁阀CT1，停止冲水，接通电磁阀CT2，依靠负气压抽吸开启界面阀，座便器与纳污罐之间管路接通，在纳污罐内负压的作用下，粪便污物被抽吸进纳污罐。经过时间继电器的延时，电磁阀CT2失电关闭，界面阀因内部弹簧的弹力而复位关闭，使得吸污管路断开，完成一次冲厕过程。

排污过程：纳污罐里的污物到达一定容量后（纳污罐上安装传感器）到指定地点排放（要求在铁路沿线定点建立污物收集站），收集的污物经排污泵被压送至污水处理厂或制肥厂，可加工成农家肥料用于农业生产。

3 控制系统设计

3.1工作过程

真空厕所工作过程为：启动真空泵，通过气管将真空室和纳污罐抽成一定的负压，形成真空并保持在纳污罐内，旅客冲厕时，按动冲厕开关，打开冲水系统，冲厕3s后停止。然后，控制系统将打开座使器出口，界面阀开启后座便器即与纳污罐接通，在纳污罐内真空负压作用下，便器内粪便污物被抽至纳污罐内，抽吸5s左右，抽吸完成后，界面阀立刻关上，完成一次工作循环，整个冲厕过程在8s左右。

根据实际情况和旅客意见，真空厕所的使用流程图如图3所示。

该方式的特点是：旅客关门时，系统开始建立真空，纳污罐真空度达到一定数值后真空泵停止工作；旅客在使用卫生间的时间内，纳污罐的真空度将一直保持到冲厕。

3.2控制元件

真空厕所电路包括直流电机、电磁气阀、控制丁F关、厕内顶灯、列车总开关等等。选用的水环真空泵功率为1.5kW，电源为AC380V，需要配备一台直流电机，为水环真空泵供电。控制元件主要有：

（1）列车司机驾驶台卫牛间总开关QS；

（2）真空泵直流电机及电路板；

（3）卫生间顶灯及有人无人指示灯EL；

（4）卫生间内门闩微动开关SM；

（5）卫生间冲厕开关SB；

（6）电磁气阀CTI，CT2；

3.3电路设计

真空厕所系统控制元件较少，根据电路设计方法，采用经验设计法，借鉴典型控制线路，完成了控制系统电路设计，其电路原理如图4所示。其中，QS为闸刀开关，KM为直流继电器，KA为中间继电器，KT为时间继电器。