高速列车气密性研究综述

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(4) 美国标准 。美国运输部 (UMTA) 建议的气密 性标准为 117 s 内最大压力变化幅值为 700 Pa ,最大压 力变化率为 410 Pa/ s。
(5) 法国和意大利没有明确的气密性标准 。 (6) 我国 2001 年下发的《200 km/ h 及以上速度等 级列车密封设计及试验鉴定暂行规定 》( 以 下 简 称《暂 行规定》) 中 ,也没有对气密性提出明确的规定 。
4 气密性试验标准
气密性试验标准和气密性标准是 2 个不同的概 念 。气密性标准是基础 ,气密性试验标准是指模拟实 际列车内外的压力差 ,以一定的指标 (如空气流量 、泄 压时间) 变化作为车辆气密性的标准 ,是指导客车制造 的实用标准 。对于车辆制造厂而言 ,还不具备对车辆
·17 ·
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t ———车内空气压力由 p0变至 p 所需时间 (即泄 压时间) ,s 。
式 (1) 中的 2·VS 称为气密度 。当 2·VS ≤1 时 ,是 人体的耳部所能感觉舒适的极限 。日本原规定高速车
气密 度 值 为 车 内 空 气 压 力 由 400 mmH2 O 降 到 100 mmH2O 的时间不少于 40 s ,代入式 (1) 可得气密度 2·
1. 4 其他
在此期间 ,意大利 、荷兰 、前苏联 、法国等都积极开 展了一系列试验 ,对车辆气密性的技术要求和指标进 行了研究 。
我国自广深线准高速列车开行以来所带来的气密 性问题 ,给了我们一些感性的认识 。许多专家学者已 开始研究高速列车的气密性问题 ,试图通过试验研究 来确定高速列车必要的气密性标准 ,但实质性的进展 不多 。
2 气密度
为了保证车内的舒适度 ,不在瞬间发生很大的压 力变化 ,就必须严格控制车体各部的缝隙值 。日本铁 道技术研究所的研究成果指出 ,车体缝隙大小与压力 变化关系一般以下式表达 :
p0 - p = 2·VS ·t
(1)
式中 : p0 、p ———压力 ,mmH2O ;
S ———车体缝隙面积 ,cm2 ;
4. 4 中国
我国曾在《200 km/ h 及以上速度等级列车密封设 计及试验鉴定暂行规定 (送审稿) 》中 ,参照日本 、德国 的气密性试验标准 ,规定车内压力由 4 000 Pa 变化到 1 000 Pa 的时间不少于 50 s ,即泄压时间 t ≥50 s。后来 , 由于国内目前的制造工艺水平达不到 ,对这一标准作 了适当调整 。在《暂行规定》中明确指出 :车内压力由 3 600 Pa 变化到 1 350 Pa 的时间不少于 18 s ,即泄压时 间 t ≥18 s。这一标准介于 UIC 标准和德国标准之间 , 是否符合我国国情 (指我国机车车辆生产及现有车辆 状况 、铁路线路以及我国人口对气压变化的敏感程 度) ,尚缺乏足够的试验数据支持 。
流线型的列车头部及外形 ,而且已开始注意到列车进 入隧道的压力变化和对旅客的舒适度影响问题 。为 此 ,1966 年 ,日本在日立制作所笠原工厂建立了气密 试验室 。该试验室既可进行交变压力作用下的耐压疲 劳强度试验 ,又可进行多种车辆的气密性试验 。通过 大量压力变动与耳鸣关系的试验结果 ,得出了耳感舒 适度临界曲线 (见图 2) ,并提出了 JNR 新干线气密性 标准和相关的试验标准 。 1. 2 英国
对于普通车 (速度小于 160 km/ h) ,气密性的好坏 影响到车体传热系数 K 值的变化 。如北方严寒地区 冬季尽管采暖装置满负荷工作 ,车厢内空气温度仍达 不到舒适卫生的要求 ,这是因为热量通过气密性较差 的部位漏失了 。
对于准高速列车 ,气密性影响 K 值的变化 ,气密 性差还会造成灰尘侵入 。
ICE 列车 :车内压力由 4 000 Pa 变化到 1 000 Pa 的 时间不少于 50 s ,即 t ≥50 s。
修理车 :车内压力由 3 500 Pa 变化到 1 000 Pa 的 时间不少于 36 s ,即 t ≥36 s。
4. 3 德国早期高速车 ,法国 、前苏联等国高速车
新造车 : t ≥22 s。 改造车 : t ≥12 s。
(Δp1/Δp2)
(3)
如果取Δp1/Δp2 = e ,则 τ= t , 即气密性常数等于
泄压时间 。试验时车辆充压达 3 600 Pa ,然后测量降
压至 1 350 Pa 所用时间 ,亦即车内压力变化接近3 600/
1 350 = e 所用时间 。
如一辆车有 i 个部位 ( i = 1 ,2 , …, n) ,其气密性常 数分别为 τi ( i = 1 , 2 , …, n) , 整车的气密性常数为 τ, 则τi与τ关系类似并联阻抗规律 ,关系式为 :
整车气密性是指在列车完成整备状态 (即在安装 厕所 、供水系统 、车窗和车门等等之后) 和关闭列车与 外界相通的所有开孔 ( 包括通过门和空调设备的开 孔) ,车内压力相对车外压力变化的密封性能 。
影响气密性的因素 ,除了端门 、侧门 、车窗的结构 和工艺外 ,还与车体钢结构焊接情况 、车端连接结构 、 地板上的各种电缆 、管道通过孔及排水孔 、污物处理装 置和通风换气装置的具体结构有关 。
摘 要 :介绍了世界各国的气密性研究现状 ,给出了高速列车的气密性要求 、气密性标准及气密性试验标准 ,对我国 气密性研究提出了建议 。
关键词 :高速列车 ;气密性 ;耳感舒适度 ;标准 中图分类号 :U292. 91 + 4 文献标识码 :A
随着列车运行速度的提高 ,列车运行中的空气动 力学问题越来越引起人们的重视 。其中 ,列车的气密 性是研制高速列车的关键技术之一 。
S V
≤0125 , 即相应的车体各部的间隙总和不大于
19
cm2 。以我国准高速列车为例 ,车内容积为 140 m3 ,当 2
·S
V
= 1 时 ,得车体允许的泄漏面积为不大于 70
cm2 ,
此时的泄压时间为 10 s ,这就是人体感觉舒适的最低
限度 。
图 2 耳感舒适度临界曲线
1. 3 德国
80 年代初期 ,原联邦德国决定建设新的高速铁路 网 (NBS) 。根据在英国 Derby 试验室进行的模拟不密 封客车在 NBS 线上运行的压力舒适性试验结果 ,原联 邦德国决定在新的高速线上采用气密性客车 。另外 , 又考虑到 NBS 线与日本新干线类似 ,线路中隧道所占 比例较大 ,故决定采用日本的气密性标准 。
V ———车内空气容积 ,m3 ;
3 气密性标准
气密性标准是指外界环境气压变化传入车厢内的 允许值 ,包括压力变化幅值和压力变化率 。世界各国 根据自己的试验研究结果 、线路条件等 ,制定了不同的 标准 ,综述如下 :
(1) 日本新干线的标准 。最大压力变化幅值为 1 000 Pa ,最大压力变化率为 300 Pa/ s。该标准适用于 新干线密封客车 。对传统的不密封客车没有相应的压 力标准 。
综 述·述 评
铁道车辆 第 42 卷第 5 期 2004 年 5 月
文章编号 :100227602 (2004) 0520016204
高速列车气密性研究综述
苏 晓 峰1 , 程 建 峰1 , 韩 增 盛2
(1. 南车四方机车车辆股份有限公司 客车产品开发部 ,山东 青岛 266111 ;2. 郑州铁路职业技术学院 机车车辆系 ,河南 郑州 450052)
(2) 英国标准 。4 s 内最大压力变化幅值为 4 000 Pa 。该标准适用于所有的英国铁路 。4 s 大致相当于 完成耳膜压力调整所需的时间 ,因此 ,像英国这样规定 一段时间内压力变化最大值似乎更有生理学的基础 。
(3) 德国标准 。采用原日本国铁 JNR 的标准 ,最 大压力变化幅值为 1 000 Pa ,最大压力变化率为 200 Pa/ s ,并允许将 200 Pa/ s 的限制放宽到 300 Pa/ s~400 Pa/ s 。
铁道车辆 第 42 卷第 5 期 2004 年 5 月
气密性进行直接检验的条件 ,一般采用气密性试验标 准来间接检验 。
目前 ,实际测定车辆气密性的方法有 2 种 :一种是 恒压法 ,一种是减压法 。恒压法即车体内部加压 ,在所 充入的计量空气与车体漏气量之间可以建立起所需要 的压力平衡 ,计量空气的流量就是车体的漏气量 ,充气 量越小 ,气密性就越好 ;减压法即车体内部加压 ,一直 到建立起预定的压力为止 ,然后关闭进气阀 ,内压即衰 减 ,测定从预定的高压压力值降到低压压力值所需的 时间 ,时间越长 ,气密性就越好 。对客车车体的气密性 试验 ,一般都采取减压法 ,如日本 、德国 。世界各国制 定的气密性试验标准如下 。
高速列车气密性研究综述 苏晓峰 , 程建峰 , 韩增盛
化率的感觉 ,而且可以模拟乘客在整个旅行过程中人 耳感受到的空气压力变化 ,更能真实地反应出旅客对 整个旅行过程中空气压力变化的舒适性感觉 。该试验 室已进行了多种百度文库验 ,为了解压力变化对人耳舒适感 觉的影响提供了最全面 、可靠的资料 。并在此基础上 , 广泛地进行了国际间的共同研究 ,制定了自己的气密 性标准 。
5 气密性常数
由于气密性与车内压力变化有密切关系 ,因此规 定 ,若车内外压力差为Δp ,车内压力变化梯度为 d p/ d t ,则气密性常数τ为 :
·18 ·
τ=
Δp d p/ d
t
(2)
如一辆客车 ,开始时车外压力差为Δp1 , 经 t 秒后
变化为Δp2 ,则式 (2) 可改写为 :
τ=
ln
t
对于高速列车 (速度大于 200 km/ h) ,当列车高速 交会或高速通过隧道 (尤其是在隧道内交会) 时 ,周围 空气的流速和压力都会发生急剧的变化而形成空气压 力波 。图 1 是一列运行速度 200 km/ h 的列车和一列 运行速度 250 km/ h 的列车在长 2 065 m 的隧道中交会 时压力波的实测情况 。可以看出 ,压力波动达到近 5 kPa 。压力波通过车体缝隙进入车内 ,冲击旅客耳膜 , 造成旅客耳鸣 、耳痛 ,使人难以忍受 ,严重时 ,可使门窗 遭到损坏 。此外 ,为使车内具有良好的空气质量 ,需要 通风换气 ,从保证通风换气效果及列车空气阻力的因 素考虑 ,高速列车不能通过开窗和其他自然通风方式 换气 ,故采用了机械通风装置进行强迫通风换气
收稿日期 :2003208225 作者简介 :苏晓峰 (19652) ,男 ,高级工程师 。
·16 ·
的方式 ,这也要求车体具有一定的气密性 ,否则 ,会出 现无组织的渗透风 。因此 ,气密性的要求对高速列车 是必不可少的 。
图 1 隧道中的交会压力波
1 气密性研究发展概况
1. 1 日本 日本于 1964 年研制第 1 条高速线时 ,不仅考虑了
4. 1 日本
新造车 :车内压力由 4 000 Pa 变化到 1 000 Pa 的 时间不少于 50 s ,即泄压时间 t ≥50 s。
旧车 :走行 90 万 km 的密封试验要求车内压力由 4 000 Pa 变化到 1 000 Pa 的时间不少于 40 s ,即泄压时 间 t ≥40 s。
4. 2 德国
70 年代初期 ,英国为满足新一代列车在新电气化 的西海岸干线上高速运行的需要 ,提出了气密性的要 求 。英国在 Derby 的铁道研究所建造了一个瞬变压力 试验室 ,用于研究人对瞬变压力的反应 。在该试验室 内 ,不仅可以测试人耳对某一个压力变化量或压力变
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1 τ
=
1 τ1
+
1 τ2
+
…+
1 τn
(4)
例如 :部件 1 的气密性常数 τ1 = 50 s ,部件 2 的气
密性常数τ2 = 5 s ,则该车整车的气密性常数 τ= 4156
s。由此 ,可得出如下结论 :
(1) 车体各部件的气密性要求必须高于整车的气
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