窗户有哈气水什么原因(窗户冷凝水怎么解决)

中央纪委国家监委网站 王雅婧

零下40度也能飞奔如常 高寒动车组有何独门绝技

图为复兴号高寒动车组首次停靠在黑龙江省牡丹江站,即将试跑牡佳高铁线。 (图片来源:人民视觉)

8月15日7时50分,黑龙江省东部的牡丹江高铁站。随着一声鸣笛,一组银白色的复兴号动车组缓缓起步,向佳木斯市驶去。这是复兴号动车组首次在中国最东端的高寒高铁线路——牡佳高铁试跑。

此次试跑的动车组型号,是复兴号高寒动车组系列中的成员“冰凤凰”(CR400BF-G)。因其车头正面的两条金色色带如凤凰展翅,而得此名。“冰凤凰”是在复兴号动车组“金凤凰”(CR400BF)的基础上进行了技术提升的高寒型高速动车组,相较于原车,它增加了耐高寒和抗风沙的属性,可在零下40摄氏度的极寒环境下运行。

复兴号高寒动车组是复兴号家族中最抗冻的车型,成员众多。除了此次亮相的“冰凤凰”,还有“高寒鳄”“高寒兔”“混血儿公主”等多个系列,著名的京张高铁复兴号智能动车组也是其中成员。普通动车组列车,最多只能在零下25摄氏度的环境下运行,而“复兴号”高寒动车组却能在零下40摄氏度乃至更低的极寒环境中高速平稳运行,成功解决了高寒区铁路运行这个世界级难题。

微米涂层、特殊合金——抗低温材料打造防寒“金钟罩”

东北的严冬,气温常常低于零下20摄氏度。生活在这里的人都熟悉这样一种现象,那就是“哈气成冰”——呼出的水蒸气遇到外面的超低温,瞬间凝结成水露,形成一道白雾。这种“凝露”现象,对于高铁来说,是个致命杀手。

当一定量的水露与灰尘混合在一起,便会形成一个导电管道,进而产生电源短路、电子元器件失效等故障。而电力线路,恰恰是复兴号至关重要的“脑神经”。

“高铁与普通铁路的一个明显区别,是它除了脚下有一条轨道、头顶还有一张密如蛛网的电力接触网。高铁跑得快,靠的就是这张网为其源源不断输送动能。”中国铁路北京局集团有限公司北京动车段朝阳动车所副所长张开弦告诉记者,“高铁的脑神经最怕水,电箱内部因低温而产生的冷凝水可能会对列车数百公里长的电线造成致命伤。”

今年1月,“冰凤凰”在北京至哈尔滨铁路段首次上线试跑。为了减轻冷凝水对配电柜的影响,“冰凤凰”配电柜的骨架上喷涂了一层微米级陶瓷多孔材料。这种材料由高温烧制而成,内部有许多“蜂窝状”的孔隙,能够将水露储存一段时间,直到舱室周围温度升高,这些露水就能够蒸发并顺着陶瓷材料的孔隙散逸而出,从而化解了水露滴落对电路造成的不良影响。

抗低温材料,是高寒动车组抗冻的重要法宝。从外部车身到关键部件,高寒动车组所使用的材料都经过了大量计算分析和低温试验验证,满足了低温运用环境下强度、疲劳、刚度、回弹等特性要求。

脆裂,是许多材料在低温下都会发生的现象。高寒动车组的制造方中车长春轨道客车股份有限公司高级工程师马凯介绍,高寒动车组在车下设备舱上边梁与底架边梁间等位置的螺栓、螺母一般由碳素结构钢制成,但高寒动车组的螺栓、螺母采用了铬钼合金钢等复合材料,有效降低了零件在低温条件下“骨折”的风险。此外,设备舱、塞拉门、设备箱体等这些与外界冷空气接触部件的密封胶条等,也换成了脆性温度低于零下40摄氏度的特殊硅橡胶材料,避免了低温脆裂和漏风漏水问题。列车上的水循环系统也怕冷,为此,设计人员把水管的材质由铜换成了不易冻损的不锈钢,再给管道外面裹上一层防寒棉,“棉衣”中间有电伴热线,保证管道温度能够一直保持在0摄氏度以上,不会冻住。

马凯表示,高寒动车组的抗冻黑科技还有不少。就材料方面来说,许多我国自主研发的高性能材料让中国高铁成为世界级抗寒能手。

在冰雪中运行,列车电热装置产生的热量会让雪快速结冰,厚厚的冰层成为行车安全的一大威胁。有段时间,我国高铁动车组采用进口涂料来防止结冰,但效果并不好。2016年,我国自主研发的疏水材料涂层问世,这种涂层效仿自然界的“荷叶效应”,可在动车组关键部件上形成一层油膜,水珠无法附着在上面,从而达到防水除冰的效果。

此外,由我国自主研发的超低温球墨铸铁也成功解决了高铁用金属材料的低温适应性问题。2012年,我国首条高寒高铁——哈大高铁建成运营,超低温球墨铸铁代替德国进口材料用在了转向架等关键部件上,这种材料的耐低温能力强,相关资料显示,可以经受住零下60摄氏度的低温考验。

特制开关、自动化防冻结功能——除冰雪设计让列车潇洒前行

融冰除雪是高寒地区铁路运行面对的最大挑战。为了让列车运行免受冰雪侵扰,设计人员在列车的许多部位都做了特殊设计。

转向架,高铁平稳运行的重要部件。它位于列车车体与轨道之间,从外观上看,就像一个有着四个圆形轮子的小车。列车就是靠着这一组一组的“小轮子”,在钢轨上运行。风雪天行车,转向架很容易积雪结冰。高寒动车组的转向架区域采用了密封结构,进行了防护设计,防止进雪。

防是一方面,遇到风急雪大的时候,除的手段便派上了用场。黑龙江省哈尔滨市地处高寒地区,2012年,我国也是世界首条设计时速达350千米的高寒线路——哈大高铁建成运营。此后,哈齐高铁、哈牡高铁陆续开通,为了解决转向架结冰积雪严重的问题,中国铁路哈尔滨局集团公司自主研发了国内首个“HTK—CBX0型高寒高铁融冰除雪装置”。哈尔滨动车段工程师李毅忱介绍,传统的除雪方式一般都是工人使用橡胶锤、高压热水车,效率低,最多的时候会有200多人同时上手。而新型的除雪方式则采用了低压温水喷扫,可全方位快速剥离、融解转向架上的积雪结冰,操作员还能根据动车组积冰情况,调整喷水压力、温度、速度,2个人仅需1小时就能完成一组动车组的除雪作业。

特制开关,这是“冰凤凰”等新型高寒动车组的又一抗寒设计。张开弦表示,在极寒环境下,高铁空气开关内部的润滑脂黏度会增加,容易导致正负极触点间产生“拉弧现象”,电流在空气中产生电火花,就像藕断丝连一样,导致电路断开速度变慢、控制失灵,这是十分危险的。尤其是高铁处于高速运行状态,所需的电压也大,“拉弧现象”一旦发生,破坏力更大。因此,设计生产单位为高寒高铁研制了新型低温控制开关,再冷的天,也能收放自如。

这种特别的设计在高寒动车组中还有很多。比如,列车采用全密封式设备舱,通风格栅采用“V”型迷宫式设计,空气能自由流动,冰雪却进不来;车轮具有防滑、防抱死功能,当检测到车轮转速异常时,自动减小制动力、牵引力,并通过撒砂装置提高摩擦力,避免车轮打滑。针对动车组车门和站台补偿踏板结冰、电水炉上水管冻结等问题,改装排水孔,增加伴热线。

此外,新型高寒动车组还首次批量使用了自动化防冻结功能。中车集团相关设计人员表示,在列车停放期间,单车制动闸片和制动盘每次松开55秒,抱住5秒,各车依次循环动作3小时。简单来说,就是一直让制动闸始终处于动起来的状态,把积雪“抖落”下去,防止低温下被冻结。设计人员还对闸片和制动盘的间隙进行了放大设计,把摩擦块之间的间隙放大,防止冰雪进入影响刹车。

动态跟踪、大数据分析——完善监测设施为出行护航

清晨,哈尔滨高铁站,首发动车组开车前,一位“探路者”已先行出发,这便是高铁综合检测车。据哈尔滨供电段供电技术科科长韩秀峰介绍,极寒天气下,高铁线路容易发生轨距变化和裂折,动车组受电弓和接触网也会因热胀冷缩产生零部件松动、电压不稳等问题,容易造成断电停车。检测车每天都会先行试跑,车上安装有6C检测系统,每秒拍摄17张照片,帮助工作人员观察接触网零配件积雪结冰情况,有无松动、缺失、破损,再通过系统监测、综合诊断等,及时发现处理所存在的问题。

高寒动车组顺利运行,离不开强大完备的配套设施。随着大数据等新兴技术的发展,这些先进技术也运用在了高寒动车组的运行保障中。

运行监测是发现问题和解决问题的重要保障。在京哈高铁等高寒铁路沿线,铁路部门在临近车站的轨道旁安装了配有高速摄像头、传感器和图像识别技术的监测系统,可动态跟踪并分析动车组运行状态和运行数据,一旦发现积雪或结冰等异常现象,便会启动融冰除雪分级处置预案。除监控雪和冰以外,系统还能监控动车组的部件运行情况,提高了检测维修效率。

高寒动车组的日常“体检”,主要靠大数据分析来发现“病灶”。北京动车段朝阳动车所随车机械师郭晓东表示,各种设备数据每天都会被及时采集并上传至“云端”进行统计分析,形成各种图表,一些隐患也可以通过这些数据分析提前暴露出来。此外,高速摄像头还会对高铁线路扣件、立螺栓等设备登记造册,逐一筛查,在极寒冰雪天气下,使用抗高寒数字检查仪现场采集分析数据,通过声波、红外线等探伤手段,能够快速测算设备数值。这些数据的积累,不仅对于列车当时的平稳运行有着重要作用,也为今后其他高寒动车组的运行提供了宝贵经验。

坚固的路基是高寒动车组运行的重要保障设施。在高寒地区,路基容易因冻胀而变形。中国铁道科学研究院研究员卢耀荣表示,我国修建青藏铁路同样经过冻土地区,由于进行了长期大量试验研究工作,采取基本有效的处理冻土修建土建工程的技术措施,所以青藏铁路一年四季都能正常运行。

在东北地区高寒高铁建设过程中,建设方也借鉴了青藏铁路的已有技术成果,并进行了一些针对性创新,成功解决了冻胀问题。比如,在路基冻结深度范围内填筑非冻胀性填料,在路基坡脚两侧设置“保温层”。针对钢轨、道岔等被积雪融化后易结冰的问题,在全线车站、线路所、动车所全部设置道岔融雪装置,在道岔钢轨下预先埋设了电加热丝。

依靠完备的设施和强大的技术,中国高寒动车组不断创造世界奇迹。目前,有“冰凤凰”之称的CR400BF-G系列已有60余列奔驰在高铁线路上。我国首列时速达到400公里的高寒动车组——跨国互联互通动车组也已研制成功,可在零下50摄氏度的超低温下高速运行,堪称全球最“抗冻”的高速动车组。

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