列车空调的运行特性

列车空调的运行特性

沈裕浩　彭　彪　丁力行

(长沙铁道学院制冷空调教研室　长沙410075)

摘要　本文概要地介绍了列车空调系统的运行特点;在给定车速时,对其车体外表面上的压力场与风系统阻力进行了测定,并作了分析与讨论。

关键词　列车空调　运行特性　风系统

The Opera ti ng Performance

for The Tra i n A ir-Cond ition i ng System

Abstract　T h is paper discribes summ arizlly the characto ristics of the train air2conditi oning system.Fo r the qiven velocity of the train,the field of the outside surface of the veh icle and the resistence of the air system are m easured and analysed and discused.

Keywords　T rain air2conditi oning　operating perfo r m ance　air system

我国幅员辽阔,人口众多,铁路客车是我国旅客的主要客运工具。随着我国人民生活水平的提高和旅游事业的迅速发展,人们对铁路客运条件的要求越来越高。现代客车不但要保证安全高速地运行,而且还要为旅客和车上工作人员尽可能地创造舒适卫生的环境,因此,我国铁路的各大干线上相继开出了全列空调客车,取得了良好的社会效益。近期内,各大干线上将基本实现客车空调化,以满足人们在旅行途中的舒适性要求。自铁路列车普遍实现“提速”,更加促进了铁路的发展。列车空调装备及其技术将经受更大的考验,对其设计制造与运行管理提出了更高的要求。同时还要适应更高目标:满足准高速与高速铁路的需要,积极作好技术准备,有关部门正在组织力量攻克技术难关。本文将对目前普遍采用的车顶单元式列车空调在制冷运行中跟踪的有关测试结果作分析介绍。

一、列车空调装置运行特点

111　工作条件差　列车空调较之地面建筑物空调有诸多不同的特点:车厢界限尺寸有限,人员集中,使其单位容积内的热湿负荷比后者大得多。制冷装置于野外高速行驶的运动载体上,经常处在不稳定的环境条件下工作,加上进出隧道引起“活塞效应”,如若交会,情况更为复杂,使机组处在变化幅度很大的情况下运行。列车本身振动、与车轨道岔撞击。我国东西南北中,经纬跨度很大,环境气候差异变化大。列车空调系统中的制冷机组只能采用风

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冷,室外环境温度高,太阳辐射热强度大,因而导致系统的工作压力较高。如此等等,使列车空调机组处在恶劣的条件下工作。由于车厢内空调系统的安装尺寸受到限制,使得其通风系统结构布置困难,风道扁平,阻力较大。新风量大,约占总风量的1 3,新风热负荷大;对于全列空调,通风系统要全年工作。所有这些都使得列车空调技术难度增加。旅途运输,安全摆在首位,因而对机组系统的安全性与可靠性提出了更为严格的要求。

112　空气动力学因素干扰　由于列车高速行驶,气流在车体外表面上形成边

界层,其动压值随车速增加明显上升,静压则明显降低。附在客车上的空调制冷系统的工作条件与周围环境密切相关,因此机组的静态特性与实际运行时的动态特性相差很大。因为其冷凝器的冷却介质以及新风均为车体周围环境中的空气,它直接影响空调机组的性能。为了研究客车运行中车厢内的通风特性,我们曾在北京地铁客车上进行过客车运行时其车体外表面上的压力测量,测试结果如图1所示。它是在地铁列车时速为60km h 时,第二辆车测试

点所得的数据(详细内容见〔1〕

)

。图1　北京地铁客车时速60km h 的客车外表面压力场分布

实验结果表明:时速越高,车辆前端的正压越大,其它部位的负压亦随之增大。虽然地铁客车是在隧洞中运行的,与列车在旷野上运行时的边界条件有所不同,但其

变化趋势完全一致。〔2〕

介绍了在北京环行

线上进行准高速客车空调性能试验时,在不同车速情况下,双客一等车与2515m 二等车的车内外压差数据,列于表1。从表1可知,随着车速提高,车体外表面上的负压值明显增大。从中还可看出,当车速与图1条件相当时,二者所测数据基本吻合。

表1　不同车速时车内外压差测量值(kPa )

车速(km h )

50

80

100

120

140

160

双客一等车01040105201061010970112701147

车速越高,车厢外表面上的负压值越

大。国外有资料指出:车速为140-160km h 时,将对列车空调通风系统的性能产生明显影响。以车顶单元式空调机组为例,以列车静态的风机所测风量为基准值,当列车时速为140km h 时,新风机风量减少12%左右;时速为160km h 时,其

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风量减少约15%。试验还发现:随着车速的提高,空调机组的耗功率将会增加,例如时速为160km h时,机组总耗功率较静态试验时增加6%左右,这可能是由于冷凝风量减少导致压机排压升高的缘故。正如试验结果所指出,车底压力场对车速的敏感度比其它部位低,因而风冷冷凝器装在车辆底部时,因车速提高导致冷凝器风量减少的幅度比顶装式平缓。由此可知国外高速客车的空调机组冷凝器有的装在车底,当是一种可取的方案。

113　机组故障率高　列车空调机组由于工作条件恶劣,安装空间尺寸小,现场监控不方便,导致系统的故障率高。由于运行区域大,室外气候条件变化差异大,导致冷负荷变化大,机组制冷量难以及时与冷负荷匹配,在一些干线上,压缩机时有毁坏。由于列车震动撞击,制冷系统经常发生制冷剂泄漏。此外电气控制系统与通风系统也容易发生故障,因而列车空调的检修维护工作量较大。根据铁道部车辆局颁发的检修及运用管理规程要求,一年一小修,中修期二年,大修间隔期为六年。关于压机故障,制冷剂泄漏以及电气控制系统故障等问题,已有很多文献作过详细讨论。

二、客车空调风系统特性

211　风系统构成　以目前我国铁路普遍采用的车顶单元式列车空调为例, KLD29系统简图如图2所示。

机组中的蒸发器(夏天降温)与电加热器(冬天采暖)组成空气处理室。它所处理的空气由回风与新风组成,回风为车厢再循环空气,新风为车外新鲜空气,新鲜空气量约占总风量的1 3。经处理后的空气由通风机1经风道送入车厢内。制冷运行时,凉风在夏天使乘客凉爽,吸收热量后,回风大部分经回风口进行再循环,少部分作为废气要排至车厢外面。

为了保证机组内各

1通风机2电加热器3蒸发器4冷凝风机5新风口6新风调节门　7压缩机　8气液分离器　9冷凝器图2　KLD29客车空调系统简图

部件的清洁,并确保送风质量,在新风入口与回风入口处以及蒸发器入口处均装有过滤网,以过滤被处理空气中的尘埃、杂质。

212　风系统阻力　风机排出端的阻力,如果送风量为定值则保持稳定,但其吸入端的阻力却是变化的,它包括上述三层滤网阻力、蒸发器本身的阻力以及弯道风门的阻力。通常蒸发器本身及其弯道风门的阻力基本上保持不变,其值并不大,但过滤网在机组运行中捕捉尘埃、杂质以后,其阻力将会急剧增加。车厢与大气相通,在风机抽吸空气处理室内的空气时,其内自然会产生负压。

213　送风带水故障分析　客车在运行中,常发生从风道中向车内滴水的现象,直接困扰旅客的正常旅行生活。这种滴水不是车外降雨因车厢密封不良引起的,它是由于蒸发器表面处在低于车内露点温度以下而将空气中的水分凝结积聚起来,未

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