防止受电弓结冰及车顶绝缘子污闪的暖气系统的制作方法

本实用新型涉及电气化铁路运输系统中，普通电力机车和高速动车组的受电弓结冰问题，及车顶绝缘子结冰或污染引起的污闪故障的防治方法。

背景技术：

随着铁路运输系统电气化比例的不断增加，高速铁路里程的日益增长，环境污染和气候变化给铁路的安全运行带来了严峻的挑战。普通电力机车或高速动车组的车顶绝缘子污闪现象，是常见的电气化铁路弓网故障之一。受电弓结冰造成的列车供电不稳定、停电、甚至事故，在某些地区的冬春季节仍然时有发生。这些事故不但直接导致列车中途停车，或相关设备损坏，而且打乱了正常的铁路调度计划，造成了巨大的经济损失，削弱了铁路运输的竞争力。

目前，世界各国对电力机车及高速动车组的受电弓和车顶绝缘子的维护措施，仅限于当列车入库停车后，进行人工清洗和维护。但是，在列车行驶过程中，没有办法做到随时随地对受电弓和车顶绝缘子进行除冰或清洁作业；更没有办法防止结冰或污闪。

我国高速铁路的迅猛发展要求高速动车组能够在各种恶劣的气候条件下长期可靠运行。因此，在列车行驶过程中，如果能够解决受电弓的结冰问题，及车顶绝缘子结冰或污染引起的污闪问题，尽可能避免事故的发生，将是具有十分重要意义的事情。

专利ZL201310728454.6公开了一种电力机车车顶绝缘子高压热空气清洁系统，可以在电力机车或高速动车组运行过程中，对车顶绝缘子进行清洁。但是，由于需要配备空气压缩机和高压罐，一方面占用有限的列车内部空间；另一方面，安装的高压空气管路可能会导致比较大的列车车体结构改变；因此，实施成本较高，难以推广应用。

专利ZL201621101926.0公开了一种电力机车及动车组车顶绝缘子热空气清洁系统，在列车停车时，或行驶过程中，可以把(高压)热空气气流吹到车顶绝缘子表面，致使车顶绝缘子污闪条件难于形成，从而提高电力机车及动车组在恶劣天气环境中运行的可靠性。该系统很少占用车内空间，容易安装或拆除。但是，该系统不能解决受电弓结冰问题。

技术实现要素：

本实用新型设计一种新的防止受电弓结冰及车顶绝缘子污闪的暖气系统，包括受电弓暖气子系统，车顶绝缘子吹拂子系统，及电源控制器。受电弓暖气子系统和车顶绝缘子吹拂子系统的所有部件安装固定在列车车顶上面；只有电源控制器需要安装在列车内部，通过电缆线控制或驱动位于车顶上面的其它部件(见图15)。因此，本系统很少占用车内空间，并且对列车原有的车体结构的改变不大。

本系统的设计目的是为了在列车(电力机车或动车组)日常运行(启动，低速行驶，高速行驶，停车，长途跨区域运输，短途当地运输)过程中，防止受电弓结冰，避免车顶绝缘子污闪；从而，提高列车抵抗环境污染及恶劣天气的能力，改善列车运行的稳定性和可靠性。

受电弓暖气子系统主要由空气增压器，驱动电机，电加热管(电阻式，或电磁感应式)，进气口，进气道(可选件)，电动封闭门(折叠式)，高压绝缘供气管，受电弓暖气管路，固定散热片构成(见图12)。其中，电动封闭门采用步进电机驱动方式，或其它驱动方式。

受电弓暖气子系统的驱动电机通过连接轴驱动空气增压器，二者安装到一个固定底座上，封闭在一个壳体内(见图8)；固定底座可以安装在车顶上面。进气口处安装有过滤网，阻挡大颗粒物进入；进气口前面可以安装进气道，用于遮挡并排除雨雪。电动封闭门(见图9A至图9C)，在空气增压器工作时打开，不工作时关闭，以便降低由进气口引起的空气阻力。

受电弓暖气子系统(及车顶绝缘子吹拂子系统)在雨雪等恶劣天气情况下，一般需要长时间连续稳定工作。为了防止空气增压器进水，或进气口被堆积的冰雪堵塞，进气口前面，应该安装一个进气道。进气道可以采用垂直平面入口结构形式(见图8标记2)，也可以采用前倾斜平面入口结构形式，其主要功能是遮挡并排除雨雪，防止雨水和冰雪冲入增压器。进气道的底部可以是平面，或上凸弧面，或下凹弧面，并且应该在两边(或中间)有排水口。此外，为了防止在进气口处结冰或积雪，进气道的底部可能需要安装电加热板。

电加热管与空气增压器的输出口相连接，可以提升高压空气的温度。电加热管的输入功率，应该根据列车周围环境温度，能够进行分级调节，以便产生所需温度(一般30-100摄氏度)的高压热空气气流。

电加热管输出的高压热空气气流通过高压绝缘供气管，输送到位于受电弓底座(高电压部件)上面的高压热空气分配器，成为受电弓暖气管路总进气(高压热空气输入)。注意，必须对高压绝缘供气管采取特别措施，保证其不会成为高压放电通路。

受电弓暖气管路总进气通过高压热空气分配器(分叉接头)，被分为三路(或二路)支流(见图7)。其中，相同的两大支流，分别供给受电弓下臂的正面(迎风面)和反面(被风面)的输气管；一小支流(可选部分)，供给下导杆(或下拉杆)的输气管。

受电弓下臂的正面(迎风面)和反面(被风面)输气管分布相同。受电弓上臂(上框架)的正面(迎风面)和反面(被风面)输气管分布相同(见图5)。为了不影响受电弓的升降操作，受电弓上下臂的各个扭转关节部位应该采用柔性输气管(或软管)及接头进行过渡连接。受电弓上下臂的输气管与固定散热片可以散发足够的热量，防止下臂和上臂(上框架)的正面(迎风面)，反面(被风面)，及两侧面结冰。然而，输气管的材料不但要能够承受高气压，耐高温(一般30-100摄氏度)，轻便耐用，而且还要具有一定的保温性能，防止流过的高压热空气温度降低过快或过多，影响受电弓弓头暖气管的效能。

经过受电弓上臂共有4路输气管到达受电弓的弓头。通过柔性连接软管及接头，为两个碳滑板(各需要一路)的暖气管供气；同时，为弓头的弓角(长挡条)的两侧(各需要一路)的暖气管供气(见图1)。

受电弓的下导杆和上导杆(或下拉杆和上拉杆)，共用一条暖气管与固定散热片；从下导杆到上导杆的暖气管内通过高压热空气气流，排气口在上导杆的上端。因此，可以防止下导杆和上导杆结冰。但是，如果受电弓的下导杆和上导杆实际上不结冰(或很少结冰)，可以取消这条暖气管与固定散热片。

弓头的两个碳滑板，每个使用一条封闭的暖气管与固定散热片(见图1)，覆盖碳滑板(实际上是铝合金的碳滑板座)的前后两侧(迎风面和被风面)，在碳滑板的两头是中间有通气孔的平板；从位于碳滑板中间位置(可以是偏向一头的托架位置)的一侧(迎风面，或被风面)的暖气管入口(见图2A)，输入高压热空气气流；高压热空气气流通过整条封闭的暖气管(见图2B)，从位于碳滑板同一侧中间位置的暖气管排气口排出到周围空气中。排气的温度应该在适当范围(一般5-15摄氏度)内，既可以防止碳滑板结冰，又尽可能降低能耗。

弓头的弓角(位于两个碳滑板之间的长挡条)，使用两条独立的暖气管与固定散热片，每条暖气管覆盖弓角的一半(见图1)，在弓角的两头是中间有通气孔的平板；每条暖气管的入口(见图3A)在弓角的一侧(迎风面，或被风面)，出口(见图3B)在弓角的另一侧(被风面，或迎风面)。

受电弓弓头的暖气管应该采用封闭回路(半闭合回路)，不能在结冰部位留有出气口(孔)，否则容易结冰封死。因此，碳滑板的两头及弓角的两头不适合安置出气口。另外，还要避免出气口产生噪音(象口哨一样发音)。

碳滑板暖气管的排气口应该位于碳滑板中间位置(摩擦生热，不易结冰)，或靠近输气管(管壁散热，不易结冰)，防止结冰封死排气口。弓角暖气管的排气口应该靠近输气管(管壁散热，不易结冰)，防止结冰封死排气口。水平方向排气口向下斜开口(见图4A)，防止雨水灌入管内。弯曲排气管，使排气口向下，为平口(见图4B)，防止雨水灌入管内。

输气管和暖气管之所以安装在受电弓主要部件(下臂、上臂、碳滑板、弓角)的迎风面和被风面，是为了尽可能降低附加的输气管和暖气管对这些部件原有的空气动力学特性的影响。但是，根据实际需要，输气管和暖气管及固定散热片的安装位置可以适当改变(比如放在碳滑板的底面)。

受电弓上下臂输气管及弓头暖气管应该选配适当结构造型的高压热空气管，各段气管的横截面形状可以不同(见图6A至图6E)。各段气管的固定散热片的结构形状应该与其对应的受电弓部位的传热需求及安装固定方式有关。

受电弓暖气子系统的工作过程受电源控制器控制。不论列车是处于停车状态，还是高速行驶状态，受电弓暖气子系统都应该能够启动，并且保持稳定有效工作。当用户启动电源控制器以后，电动封闭门应该首先打开；然后，给驱动电机及电加热管供电；空气增压器开始运转，从进气口吸入周围的空气；空气增压器产生的高压空气从输出口进入电加热管，经过加热，温度升高；高压热空气通过高压绝缘供气管，为受电弓暖气管路供气；高压热空气流过受电弓上下臂的正面(迎风面)和反面(被风面)输气管，通过固定散热片，防止受电弓上下臂结冰；高压热空气流过受电弓弓头的各条暖气管，通过固定散热片，防止碳滑板和弓角结冰。

车顶绝缘子吹拂子系统主要由空气增压器，驱动电机，电加热管(电阻式，或电磁感应式)，进气口，进气道(可选件)，电动封闭门(折叠式)，高压热空气分配器，高压热空气导管，高压热空气喷头构成(见图13)。其中，电动封闭门采用步进电机驱动方式，或其它驱动方式。

车顶绝缘子吹拂子系统的驱动电机通过连接轴驱动空气增压器，二者安装到一个固定底座上，封闭在一个壳体内(见图8)；固定底座可以安装在车顶上面。进气口处安装有过滤网，阻挡大颗粒物进入；进气口前面可以安装进气道，用于遮挡并排除雨雪。电动封闭门(见图9A至图9C)，在空气增压器工作时打开，不工作时关闭，以便降低由进气口引起的空气阻力。

电加热管与空气增压器的输出口相连接，可以提升高压空气的温度。电加热管的输入功率，应该根据列车周围环境温度，能够进行分级调节，以便产生所需温度(一般30-100摄氏度)的高压热空气气流。

电加热管输出的高压热空气气流，经过高压热空气分配器，均等分成几个分支气流。多根高压热空气导管把高压热空气分支气流，分别送到多个位于列车车顶不同位置的不同类型的高压热空气喷头。

固定方向喷头(见图14A)的结构简单，喷气口(孔)可以为长条形，或多个圆形孔，或多个方形孔；喷出气流的方向不变；但是，多个喷气孔可以位于一条或多条垂直线上，喷出气流的方向可以不同(水平，或斜向上，或斜向下，或偏左，或偏右)，以便喷出的气流尽可能覆盖车顶绝缘子的整个侧面。

气动扭转喷头(见图14B)的结构比较复杂，喷气口(孔)可以为多个圆形孔，或多个方形孔，或长条形；通过封装在气动扭转喷头底座内的叶轮和齿轮机构，利用高压气流的动能，在一定角度范围内，自动来回改变喷出气流的方向；因此，喷出的气流可以覆盖较大的扇形柱体空间。

吹拂车顶绝缘子的高压热空气喷头，可以选用固定方向喷头，也可以选用气动扭转喷头；可以安装固定在车顶绝缘子的正前方(列车行驶方向)一定距离的安全绝缘位置，或车顶绝缘子的侧面(列车行驶方向的左侧或右侧)一定距离的安全绝缘位置。每一个车顶绝缘子应该单独配备一个高压热空气喷头，便于列车行驶过程中，或停车时，把高压热空气气流吹到对应的车顶绝缘子表面。

吹拂受电弓底座(或平放的受电弓)的高压热空气喷头，应该选用气动扭转喷头；可以安装固定在受电弓底座的正前方(列车行驶方向)或正后方一定距离的安全绝缘位置，或受电弓底座的侧面(列车行驶方向的左侧或右侧)一定距离的安全绝缘位置。每一个受电弓底座应该配备两个(或多个)高压热空气喷头，便于列车行驶过程中，或停车时，利用高压热空气气流对受电弓底座(或平放的受电弓)进行除冰作业。

车顶绝缘子吹拂子系统的工作过程受电源控制器控制。不论列车是处于停车状态，还是低速行驶状态，车顶绝缘子吹拂子系统都应该能够启动，并且保持稳定有效工作。当用户启动电源控制器以后，电动封闭门应该首先打开；然后，给驱动电机及电加热管供电；空气增压器开始运转，从进气口吸入周围的空气；空气增压器产生的高压空气从输出口进入电加热管，经过加热，温度升高；高压热空气通过高压热空气分配器被分成几个分支气流之后，经由高压热空气导管送到位于车顶绝缘子正前方(或侧面)的高压热空气喷头；高压热空气喷头把高压热空气气流，吹到车顶绝缘子表面，吹掉表面上积聚的冰雪或污秽，并提高表面的干燥度，致使污闪条件难于形成。

另一方面，用于吹拂受电弓底座(或平放的受电弓)的分支气流，经由相应的高压热空气导管送到位于受电弓底座前后方(或侧面)的高压热空气喷头；高压热空气喷头把高压热空气气流，吹到平放的受电弓或受电弓底座上，除去表面上可能的结冰、积雪、或污染物，保证随后升弓操作的成功和安全，或防止受电弓底座发生高压放电。

然而，考虑到列车高速行驶时，车顶强大气流的影响，喷头喷出的高压热空气气流容易偏离车顶绝缘子表面。因此，为了获得更好的清洁效果，车顶绝缘子吹拂子系统应该在列车停车或低速行驶时进行工作。

针对一个受电弓组合(受电弓及其配套的车顶绝缘子)，可以分别配备受电弓暖气子系统和车顶绝缘子吹拂子系统，两个独立的子系统需要两套空气增压器组合装置，即双机方案；也可以采用把受电弓暖气子系统和车顶绝缘子吹拂子系统集成为一体的单机方案，只需要配备一套空气增压器组合装置(见图8)。

在单机方案(单个空气增压器的技术方案)中，单个空气增压器(见图10A)产生高压空气，经过电加热管增温后，输出的高压热空气通过电磁阀切换，可以送入吹拂车顶绝缘子及受电弓底座(或平放的受电弓)的输气管；或送入受电弓暖气管路的供气管(见图11)。

在列车停车时或行驶过程中，空气增压器的输出可以随时在两条管道之间切换。一般情况下，当列车高速行驶时，应该让受电弓暖气管路工作，防止受电弓结冰；当列车低速行驶或临时停车时，应该吹拂车顶绝缘子及受电弓底座。由于喷头喷出的高压热空气气流，在列车停车或低速行驶状态下，能够以较大的压力及较高的温度吹拂车顶绝缘子表面和受电弓底座，因此，可以取得比较好的清洁效果，降低绝缘子污闪故障的发生几率。

空气增压器的进气口处安装有过滤网，可以阻挡大颗粒物进入。在单机方案中，除电源控制器外，其余各个部件都安装固定在列车车顶上面(见图15)。

单机方案的空气增压器数量少，节省车顶空间。因此，单机方案适合车顶剩余空间有限的电力机车，或受电弓结冰不严重的高速动车组。

在双机方案(两个空气增压器的技术方案)中，配备一大一小两个不同(或两个完全相同)的空气增压器(见图10B)，分别给吹拂车顶绝缘子和受电弓底座(或平放的受电弓)的输气管，及受电弓暖气管路的供气管，提供高压热空气。大空气增压器能够产生大流量的高压热空气，满足多个车顶绝缘子喷头及多个受电弓底座喷头的用气需求(见图13)。小空气增压器专门给受电弓暖气管路供应合适压力、流量、温度、湿度的高压热空气(见图12)。

双机方案的两个空气增压器可以同时运行，并且能够分别根据列车运行状态的实际需要，及列车周围环境变化而独立进行调节控制；因此，能够获得更好的防止受电弓结冰和车顶绝缘子污闪的技术效果。

小空气增压器的进气口处安装有过滤网，可以阻挡大颗粒物进入。此外，根据高压电气绝缘的要求，如果实际需要降低流过高压绝缘供气管的高压热空气的湿度，可以考虑在进气口前面，安装空气除湿装置(可选件)。

大空气增压器的进气口处安装有过滤网，可以阻挡大颗粒物进入。由于不存在高压热空气的高压电气绝缘问题，因此，没有必要在进气口前面安装空气除湿装置(可选件)。

双机方案的空气增压器数量较多，需要占用较大的车顶空间。因此，双机方案适合车顶剩余空间充裕的高速动车组，或受电弓结冰严重的电力机车。

电源控制器负责控制整个列车的防止受电弓结冰及车顶绝缘子污闪的暖气系统(本系统)的所有部件和全部工作过程；因此，一列列车(电力机车或动车组)只能安装一套本系统，并且只有一个本系统的电源控制器。用户通过本系统的电源控制器的操作旋钮(见图17)，设定本系统的运行方式。

一列列车(电力机车或动车组)一般只有两个受电弓组合，每一个受电弓组合可以采用单机方案，或双机方案。因此，本系统的电源控制器应该能够控制2至4个空气增压器组合装置(见图8)，同时防止两个受电弓结冰，并且防止两个受电弓的车顶绝缘子污闪。

电源控制器的基本模块及主要控制功能包括：负责吹拂和供暖过程中的顺序控制，及时间控制；驱动控制电动封闭门的步进电机；驱动控制电磁阀(可选功能)；控制电加热管电源开关，及高压空气温升调节；测量列车周围空气的温度和湿度(可选功能)；控制驱动电机的电源开关(见图16)。

设计电源控制器时，可以选择合适的标准PLC控制器产品，或其它类型的控制器产品。电源控制器的硬件及软件功能模块，必须考虑列车具体配备的受电弓数量，车顶绝缘子数量，本系统拥有的空气增压器数量，列车运行环境及行驶状态，等等因素，并且应该由控制系统专家完成所有的设计和实现工作。

附图说明

图1受电弓弓头各主要部件暖气管路的气流方向示意图。

图1中：1-前碳滑板；2-前碳滑板的暖气管路；3-前碳滑板的高压热空气输入气流方向；4-前碳滑板的排出气流方向；5-前碳滑板的另一侧气流方向；6-后碳滑板；7-后碳滑板的暖气管路；8-后碳滑板的高压热空气输入气流方向；9-后碳滑板的排出气流方向；10-后碳滑板的另一侧气流方向；11-弓角(长挡条)；12-弓角左端的暖气管路；13-弓角右端的暖气管路；14-弓角左端的高压热空气输入气流方向；15-弓角左端的排出气流方向(在另一侧)；16-弓角右端的高压热空气输入气流方向；17-弓角右端的排出气流方向(在另一侧)；18-列车行驶方向。

图2A受电弓碳滑板正侧面的暖气管结构示意图。

图2A中：1-碳滑板的正侧面(迎风面，或被风面)；2-正侧面暖气管；3-暖气管的进气口；4-碳滑板两头的平板(中间有通气孔)；5-暖气管的排气口。

图2B受电弓碳滑板反侧面的暖气管结构示意图。

图2B中：6-碳滑板的反侧面(被风面，或迎风面)；7-反侧面暖气管。

图3A受电弓弓角正侧面的暖气管结构示意图。

图3A中：1-弓角的正侧面(迎风面，或被风面)；2-正侧面暖气管；3-正侧面暖气管的进气口；4-弓角左头的平板(中间有通气孔)；5-反侧面暖气管的排气口。

图3B受电弓弓角反侧面的暖气管结构示意图。

图3B中：6-弓角的反侧面(被风面，或迎风面)；7-反侧面暖气管；8-反侧面暖气管的进气口；9-弓角右头的平板(中间有通气孔)；10-正侧面暖气管的排气口。

图4A受电弓弓头的暖气管水平出气口结构示意图。

图4A中：1-碳滑板的正侧面(迎风面，或被风面)；2-水平出气口(向下斜开口，防止雨水灌入管内)；3-排出气流方向。

图4B受电弓弓头的暖气管垂直出气口结构示意图。

图4B中：1-碳滑板的正侧面(迎风面，或被风面)；2-垂直出气口(向下平口，防止雨水灌入管内)；3-排出气流方向。

图5受电弓上下臂的输气管结构示意图。

图5中：1-受电弓下臂；2-受电弓上臂(上框架，左右两支)；3-下臂输气管(两根相同，迎风面和被风面各一根)；4-上臂输气管(四根相同，迎风面和被风面各两根)；5-输气管分叉接头(两个相同，迎风面和被风面各一个)。

图6A受电弓上下臂输气管或弓头暖气管的圆形横截面形状示意图。

图6A中：1-圆形管；2-固定散热片。

图6B受电弓上下臂输气管或弓头暖气管的椭圆形横截面形状示意图。

图6B中：1-椭圆形(扁圆形)管；2-固定散热片。

图6C受电弓上下臂输气管或弓头暖气管的弧形横截面形状示意图。

图6C中：1-弧形(半圆形)管；2-固定散热片。

图6D受电弓上下臂输气管或弓头暖气管的三角形横截面形状示意图。

图6D中：1-三角形管；2-固定散热片。

图6E受电弓上下臂输气管或弓头暖气管的尖角形横截面形状示意图。

图6E中：1-尖角形(流线型)管；2-固定散热片。

图7受电弓暖气管路总进气的分配示意图。

图7中：1-高压绝缘供气管；2-受电弓暖气管路总进气(高压热空气输入)；3-分叉接头；4-受电弓下臂的正面(迎风面)输气管；5-受电弓下臂的反面(被风面)输气管；6-受电弓下导杆(下拉杆)的输气管；7-下臂正面(迎风面)输气管的气流；8-下臂反面(被风面)输气管的气流；9-下导杆(下拉杆)输气管的气流。

图8空气增压器组合装置示意图。

图8中：1-空气增压器底座；2-进气道(垂直平面入口，遮挡并排除雨雪)；3-进气方向；4-空气增压器；5-驱动电机；6-电加热管(电阻丝，或电磁感应)；7-输出气管；8-后封闭罩(列车反方向行驶时，降低空气阻力，或者防止雨水进入)。

图9A空气增压器的电动封闭门(圆弧折叠式)结构示意图。

图9A中：1-圆弧形折叠封闭门(打开形状)；2-驱动轴；3-步进电机。

图9B空气增压器的电动封闭门(尖头折叠式)结构示意图。

图9B中：1-尖头弧形折叠封闭门(降低空气阻力)；2-驱动轴；3-步进电机。

图9C空气增压器的电动封闭门(折叠式)侧面投影结构示意图。

图9C中：4-折叠封闭门的侧面轮廓(关闭时形状)；5-折叠封闭门的柔性外表覆盖层(不透气的柔性帆布，或其它材料)；6-折叠封闭门的支撑辐条(多个)；7-驱动轴；8-折叠封闭门的打开或关闭方向。

图10A单机方案中空气增压器的正面投影示意图。

图10A中：1-列车车顶；2-空气增压器的进气口；3-空气增压器的安装底座；4-空气增压器的封闭门。

图10B双机方案中空气增压器的正面投影示意图。

图10B中：1-列车车顶；2-小空气增压器的进气口；3-小空气增压器的安装底座；4-小空气增压器的封闭门；5-大空气增压器的进气口；6-大空气增压器的安装底座；7-大空气增压器的封闭门；8-大小空气增压器之间的空隙(雨，雪，废物通道)。

图11单机方案中空气增压器的高压热空气源示意图。

图11中：1-空气增压器；2-驱动电机；3-输出气管；4-电加热管(电阻丝，或电磁感应)；5-电磁阀；6-受电弓暖气管路的供气管；7-吹拂车顶绝缘子及受电弓底座(或平放的受电弓)的输气管。

图12双机方案中受电弓暖气子系统结构示意图。

图12中：1-空气增压器；2-电源控制器；3-驱动电机；4-驱动电机的电源线；5-进气口(增加进气量和压力，固定过滤网)；6-电加热管；7-电加热管的电源线；8-高压热空气输出管绝缘座；9-高压绝缘供气管；10-高压热空气分配器(二路输出，或三路输出)；11-受电弓；12-冷空气气流；13-受电弓底座(高电压部件)。

图13双机方案中车顶绝缘子吹拂子系统结构示意图。

图13中：1-空气增压器；2-电源控制器；3-驱动电机；4-驱动电机的电源线；5-进气口(增加进气量和压力，固定过滤网)；6-电加热管；7-电加热管的电源线；8-高压热空气分配器；9-高压热空气导管(多条分支)；10-高压热空气喷头(多个)；11-车顶绝缘子；12-冷空气气流；13-高压热空气气流。

图14A高压热空气固定方向喷头结构示意图。

图14A中：1-列车车顶；2-进气管；3-固定方向喷头(气流方向不变)；4-喷气口(长条形，或多个圆形孔，或多个方形孔)。

图14B高压热空气气动扭转喷头结构示意图。

图14B中：1-列车车顶；2-进气管；3-气动扭转喷头(在一定角度内自动来回改变气流方向)；4-喷气孔(多个圆形孔，或多个方形孔，或长条形)；5-气动扭转喷头底座(叶轮齿轮机构)。

图15单机方案中各主要部件的列车安装示意图。

图15中：1-空气增压器集成箱(包括驱动电机，空气增压器，进气口，进气道)；2-电源控制器(位于列车内部)；3-固定底座；4-驱动电机的电源线；5-电动封闭门(折叠式)；6-电加热管；7-电加热管的电源线；8-高压热空气输出管电磁阀及绝缘座；9-高压热空气分配器；10-高压热空气导管(多条分支)；11-高压热空气喷头(多个)；12-冷空气气流；13-高压热空气气流；14-车顶绝缘子；15-受电弓暖气的高压绝缘供气管；16-受电弓暖气的高压热空气分配器(二路输出，或三路输出)；17-受电弓；18-受电弓底座(高电压部件)。19-列车车顶；20-列车车头；21-列车行驶方向；22-铁轨。

图16电源控制器基本结构示意图。

图16中：1-控制器箱体；2-控制逻辑模块(接操作旋钮)；3-步进电机及电磁阀驱动模块；4-驱动信号输出线缆；5-电源控制开关模块；6-电加热管电源输出；7-驱动电机电源输出。

图17电源控制器的操作旋钮示意图。

图17中，1-切换旋钮(选择运行方式)；2-启动停止按钮(按下代表过程开始或继续，弹起代表过程暂停或结束)；3-位置指示(当前运行方式)；4-关闭状态(关闭整个系统)；5-自动运行方式；6-前受电弓运行方式；7-后受电弓运行方式；8-双受电弓运行方式。

具体实施方式

在容易发生雨、雪、雾霾、结冰、大雾、沙尘暴等不利天气条件或空气严重污染的地区的冬季或春季，电力机车或高速动车组一般应该安装本系统，以便防止受电弓结冰，及降低车顶绝缘子污闪故障的发生机率。从而，可以大大提高电力机车或高速动车组在恶劣气候环境条件下运行的可靠性，减少由各种污闪事故给铁路运输系统造成的经济损失，并减轻相关运行维护人员的劳动强度。

在不易发生受电弓结冰或车顶绝缘子污闪故障的其它季节或地区，可以考虑从电力机车或高速动车组的车顶，拆除本系统。以便降低空气阻力。

本系统的空气增压器组合装置(见图8)一般应该安装固定在列车(电力机车或高速动车组)的受电弓之前(列车行驶方向)一定安全绝缘距离的车顶表面上，即列车行驶时的上风口位置(见图15)。对于需要双向行驶的列车，可以考虑在其受电弓前面(或后面)合适的位置，安装本系统的空气增压器组合装置。

受电弓暖气子系统的高压绝缘供气管(见图12标记9)的制造材料，应该与现有的受电弓升弓气囊的高压绝缘供气管相同或类似。受电弓暖气子系统的高压绝缘供气管的长度和高度应该保证足够的绝缘水平。通过受电弓暖气子系统的高压绝缘供气管的高压热空气(受电弓暖气管路总进气)的湿度应该比较低，防止管内气流变成放电通路。

受电弓上下臂表面的输气管(见图5标记4和标记3)及弓头侧面的暖气管，应该不需要电气绝缘。输气管一般应该是独立的附加部件，安装固定到受电弓上下臂表面上；也可以与受电弓上下臂一体化设计和制造，比如焊接为一体，或利用外加硬(软)塑料壳封装为一体。输气管可以采用高压塑料管(软管，或硬管)，也可以采用铝管，铜管，不锈钢管，或其它材料管。

弓头碳滑板侧面的暖气管(见图2A标记2和图2B标记7)可以与铝合金的碳滑板座一体化设计和制造；也可以是独立的部件，安装固定到碳滑板座的两侧面上。弓头弓角侧面的暖气管(见图3A标记2和图3B标记7)可以是独立的部件，安装固定到弓角的两侧面上。

弓头(碳滑板和弓角)侧面的暖气管应该采用铝管，铜管，不锈钢管，或其它材料管；但是，不能使用塑料管(因为散热效果不好)。

固定散热片(见图6A至图6E的标记2)应该采用铝片，导热效果好，重量轻，可以降低受电弓的负担。当然，根据实际需要，固定散热片也可以采用其它合适的材料制造。

本系统的电源控制器的操作旋钮是本系统的唯一用户控制界面。用户通过手动控制操作旋钮，选择和设定本系统的运行方式(见图17)。根据试验结果及列车运行的实际需要，用户可以现场设计、编程、修改本系统的各种运行方式。下面给出的初步设计举例，仅供系统设计人员或用户对控制器编程时参考。

1)自动运行方式(见图17中标记5)：

列车运行在正常环境及天气条件下，本系统保持关闭状态，不工作。

如果列车周围的空气温度和湿度达到设定值，不论列车处于何种运行状态，电源控制器自动启动受电弓暖气子系统(为受电弓供暖的空气增压器)，输出50摄氏度(温度可变)的高压热空气气流；受电弓暖气子系统可以定时间隔运行，也可以连续运行。当列车驶出恶劣环境的地区以后，电源控制器自动关闭受电弓暖气子系统。

注意，受电弓暖气子系统的运行状态和效果，不受列车行驶状态(高速，或低速，或停车)的影响。

如果列车周围的空气温度和湿度达到设定值，或者由于环境污染造成车顶绝缘子的泄漏电流达到设定值，并且，当列车低速行驶或停车时，电源控制器自动启动车顶绝缘子吹拂子系统(用于吹拂车顶绝缘子的空气增压器)，输出30摄氏度(温度可变)的高压热空气气流；车顶绝缘子吹拂子系统可以定时间隔运行，也可以连续运行。当列车高速行驶时，电源控制器自动关闭车顶绝缘子吹拂子系统。

注意，车顶绝缘子吹拂子系统的运行状态和效果，与列车行驶状态(高速，或低速，或停车)密切相关。

对于保持降弓状态的受电弓，其配套的受电弓暖气子系统及车顶绝缘子吹拂子系统，都不工作。

2)前受电弓运行方式(见图17中标记6)：

不论列车处于何种环境及天气条件下，行驶状态如何，也不管前受电弓是升起或降下状态，电源控制器强制启动前受电弓暖气子系统(为前受电弓供暖的空气增压器)，输出60摄氏度(温度可变)的高压热空气气流；前受电弓暖气子系统可以定时间隔运行，也可以连续运行。在这种运行方式下，需要手工关闭前受电弓暖气子系统。

在上述启动过程进行的同时，当列车处于低速行驶或停车状态时，电源控制器强制启动前受电弓的车顶绝缘子吹拂子系统(用于吹拂前受电弓的车顶绝缘子的空气增压器)，输出40摄氏度(温度可变)的高压热空气气流；前受电弓的车顶绝缘子吹拂子系统可以定时间隔运行，也可以连续运行。在这种运行方式下，需要手工关闭前受电弓的车顶绝缘子吹拂子系统；或者，当列车高速行驶时，电源控制器自动关闭前受电弓的车顶绝缘子吹拂子系统。

在这种运行方式下，后受电弓配套的受电弓暖气子系统及车顶绝缘子吹拂子系统，都不工作。

这种运行方式一般用于列车停车时，手动控制前受电弓的现场试验；或列车开车之前，前受电弓的升弓过程中。

3)后受电弓运行方式(见图17中标记7)：

不论列车处于何种环境及天气条件下，行驶状态如何，也不管后受电弓是升起或降下状态，电源控制器强制启动后受电弓暖气子系统(为后受电弓供暖的空气增压器)，输出60摄氏度(温度可变)的高压热空气气流；后受电弓暖气子系统可以定时间隔运行，也可以连续运行。在这种运行方式下，需要手工关闭后受电弓暖气子系统。

在上述启动过程进行的同时，当列车处于低速行驶或停车状态时，电源控制器强制启动后受电弓的车顶绝缘子吹拂子系统(用于吹拂后受电弓的车顶绝缘子的空气增压器)，输出40摄氏度(温度可变)的高压热空气气流；后受电弓的车顶绝缘子吹拂子系统可以定时间隔运行，也可以连续运行。在这种运行方式下，需要手工关闭后受电弓的车顶绝缘子吹拂子系统；或者，当列车高速行驶时，电源控制器自动关闭后受电弓的车顶绝缘子吹拂子系统。

在这种运行方式下，前受电弓配套的受电弓暖气子系统及车顶绝缘子吹拂子系统，都不工作。

这种运行方式一般用于列车停车时，手动控制后受电弓的现场试验；或列车开车之前，后受电弓的升弓过程中。

4)双受电弓运行方式(见图17中标记8)：

不论列车处于何种环境及天气条件下，行驶状态如何，也不管前后两个(双)受电弓是升起或降下状态，电源控制器强制启动前后两个受电弓暖气子系统(分别为前后受电弓供暖的空气增压器)，输出60摄氏度(温度可变)的高压热空气气流；前后两个受电弓暖气子系统可以定时间隔运行，也可以连续运行。在这种运行方式下，需要手工关闭前后两个受电弓暖气子系统。

在上述启动过程进行的同时，当列车处于低速行驶或停车状态时，电源控制器强制启动前后两个受电弓的车顶绝缘子吹拂子系统(分别用于吹拂前后受电弓的车顶绝缘子的空气增压器)，输出40摄氏度(温度可变)的高压热空气气流；前后两个受电弓的车顶绝缘子吹拂子系统可以定时间隔运行，也可以连续运行。在这种运行方式下，需要手工关闭前后两个受电弓的车顶绝缘子吹拂子系统；或者，当列车高速行驶时，电源控制器自动关闭前后两个受电弓的车顶绝缘子吹拂子系统。

这种运行方式一般用于列车停车时，手动控制前后两个(双)受电弓的现场试验；或列车开车之前，前后两个(双)受电弓的升弓过程中。