铁路客车通风系统设计技术

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客车设计部学习教材
KSJC03-04
铁路客车通风系统设计技术
作者 于海飞
内容提要:本文叙述了通风系统在铁路客车中的作用,详细介绍了通风系统的组成、设计原则及其设计要求和设计
计算方法,对客车通风系统的设计和学习了解将有积极的帮助。



1 概述
铁路客车空气调节中的通风系统是空调装置的重要组成部分,其作用是将经过空调机组处理的空气
排风道组成。离心式通风机将车外新鲜空气吸入车内,经过滤器处理再与车内循环空气混合,经过处理
后通过主风道进入客室,并用排风机将车内污浊空气排至车外。
自然通风:是一种依靠室外风力造成负压和室内外空气温度差造成热压使空气流动,不消耗机械动
力,是一种经济有效的通风方式,主要用在局部通风系统,如厕所、洗脸室和乘务员室等。自然通风的结
低速送风系统:通常主风道风速在 15m/s 以下的系统,铁道车辆上主风道风速一般不超过 8m/s。 高速送风系统:通常主风道风速在 15m/s 以上的系统,其末端装置多为诱导器。 4.2 按通风机数量区分为: 双风机系统 有送风机和回风机的系统。 单风机系统 仅有送风机的系统。 铁道车辆上采用的都是单风机系统,具有占用空间小、投资省和通风系统简化的优点。其缺点是, 在不同季节风量变化较大时,调节较困难;当回风道较长,需用送风机负担回风风压则是不经济的;而 且风机风压较高,噪声较大。 4.3 按通风机安装位置可分为吸入式和压出式两种系统。
25T 型车等。
c) 高级阶段---采用机械通风的高速客车, 主要用于“中华之星”、“先锋号”、“200 公里动车”
等。
下面就通风系统的设计步骤、组成、型式、设计原则、系统设计进行重点介绍。
2 设计步骤
2.1 设计依据
2.1.1《技术规范》对通风系统的有关规定;
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主要是室内的温度场、湿度场、速度场及空气的新鲜度等等,这就要求设计师合理的组织室内空气的流
动,使室内空气的温度、湿度及速度等满足舒适性要求,同时室内空气的质量须达到相关标准中卫生条
件和有害物质限量的规定。
通风方式分两种,一种是机械通风,一种是自然通风。
机械通风:由离心式通风机、可调式进风口、滤尘装置、送风道、支风道、回风道、废排风机及废
e) 通风系统设置必要的空气过滤网、风量调节阀和检查测试等设备,并考虑检修方便;
f) 厕所、洗脸室、厨房等地方的局部通风应与室内通风系统区分开来;
g) 包间式客车应尽量减少各包间送风量的相互影响;
h) 空气处理设备应尽量靠近空调客室,以减少风道长度和阻力损失,但应采取措施防止噪声和振
动传入室内;
i) 有排风装置时,新风量变化时排风量应相应变化,以防过度季节送人大风量时,室内产生正压
a) 通风系统应能保持室内温度、湿度和微风速达到设计要求,并保持客室内均匀一致;
b) 通风系统应尽量不占用有效容积;
c) 通风系统组成部分,如送风口、风道和回风口等,应和室内设备协调一致,造型美观大方;
d) 送风口的设计和布置应在室内得到合理的气流组织,气流不得直接吹在旅客身上,不得出现气
流的停滞区,送风口最好采用隐蔽的设计形式;
力造成负压产生的;二是室内外空气温度差造成热压使空气流动产生的。当列车静止时,室内外空气温 度差造成热压使空气流动,实现自然通风;当列车运行时,室外风力造成负压和室内外空气温度差造成 热压共同作用来实现自然通风。 6.2 机械通风设计
通风系统的设计主要是通风量的计算、通风管道的设计计算、通风机的选型。 6.2.1 通风量计算
力就等于 ΔP 。
ΔP = ζ ν 2 ρ
Pa
2
式中 ΔP ---通风器口两侧存在压力差,Pa;
ν ---空气流过通风器口的流速,m/s;
ρ ---空气的密度,kg/m3;
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ζ ---通风器口的局部阻力系数。
上式可改写为
ν = 2ΔP ΔP = ζ ν 2 ρ
m/s
ζρ
2
式中 μ ---通风器口的流量系数, μ = 1 , μ 值的大小与通风器口的构造有关,一般小于 1。 ζ
通过通风器口的空气量
L =ν • F = μF 2ΔP
m3/s
ρ
G = L • ρ = μF 2ΔPρ
kg/s
式中 F ---通风器口有效通风面积,m2。 由上式可以看出,只要已知通风器口两侧的压力差 ΔP 和通风器口有效通风面积 F 就可以求得通 过该通风器口的空气量 G 。要实现自然通风必须存在压力差 ΔP ,ΔP 产生的原因有两种:一是室外风
V = nL 式中:V---所需新鲜空气量(m3/h)
n---客车定员数(人); L---每位旅客的新鲜空气供给量(m3/h·人)。 每位旅客的新鲜空气供给量见表 1。 6.2.1.4 我公司生产的 25T 型车通风量情况见表 2 所示。 6.2.1.5 我公司生产的 25G 型车通风量情况见表 3 所示。 6.2.2 通风管道设计计算 通风管道的设计任务是:确定通风管道的位置和风道的尺寸;计算通风管道的压力损失,以供选择通 风机。
过大。
6 通风系统设计
6.1 自然通风设计
自然通风不消耗机械动力,是一种经济的通风方式,对于产生大量余热的茶炉室,利用自然通风可达
到较大的通风换气量。由于自然通风易受室外气象条件的影响,特别是列车运行时风力的作用很不稳定,
所以现在的自然通风主要用于茶炉室、厕所和储藏室等的局部通风中。
如果客车上的通风器口两侧存在压力差 ΔP ,就会有空气流过该通风器口,空气流过通风器口的阻
2.1.2 总体设计、技术要求; 2.1.3 相关技术标准的规定; 2.1.4 同类车辆通风系统设计。 2.2 设计定位(设计方案确定)
通风方式确定(自然通风还是机械通风或自然通风和机械通风相结合); 系统方案确定(系统布置图); 重要部件确定(通风机组、送风装置、回风装置、新风装置等); 通风房间确定(客室、洗脸间、厕所、电气控制柜等); 其它要求确定(材料、保温、密封、技术要求等)。 2.3 提出联系书 由于通风系统涉及范围广,对车体、车电、设备等相关部分的设计关系均应全部确定并按要求提出 联系书(包括结构要求、强度要求、电气接口、风口要求、安装要求等)。 2.4 完成设计 (对于常规客车要特别注意以往曾出现的的问题是否已经整改)。 3 通风系统的组成 3.1 通风机组 通风机组是通风系统的动力装置,是空调机组的组成部分,由离心式通风机和电动机组 成。通风机组应尽量靠近空调房间,以减少风道的长度和阻力损失,同时应采取措施减少机组噪声和振 动对室内的影响。 3.2 送风装置 送风装置包括主风道、风量调节阀和送风口,其作用是输送调节和分配风量。在通风机 和主风道连接处通常装有软风道,用来调节风道安装误差和阻止通风机振动传给主风道以至传到客室 内。 3.3 回风装置 回风装置的作用是引导室内部分空气(再循环空气)与新风混合,以节约能量,在满足新 风量的前提下,要尽量利用回风,回风装置包括回风口、回风道,是否采用回风机须根据车型具体情况 确定。 3.4 新风装置 新风装置用以吸入室外新鲜空气,通常由带有调节器的新风吸入口、新风道和新风通风 机组成,25G、25T 车用单元式空调机组的新风口设在机组的后端,也有设在机组的两侧面或底部。 3.5 排风装置 排风装置的作用是将车内多余或污浊的空气排出车外,由排风口、排风道、排气扇和自 然通风器组成。 3.6 空气过滤器 空气过滤器分新风和回风过滤器,其作用是消除空气中灰尘和杂质,安装在空气处理 室前面,但都要便于拆卸清洗,我们一般采用的过滤网材料是双面尼龙网。 3.7 风量调节装置 风量调节装置主要用来调节风量大小以达到调节客室内的温湿度来满足乘客的舒 适性要求,风量调节阀分手动调节和电动调节两种。一般 25G、25T 型客车,硬座和餐车没有风量调节
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表1 表2
每位旅客的新鲜空气供给量
外部温度
新鲜空气最少供给量 L(m3/h·人)
低于-20℃
10
-20~-5℃
15
-5~+26℃
20
高于+26℃
15
25T 型车通风量情况
车型
行李车 软、硬座车 软卧车 餐车 硬卧车
总风量
高速(m3/h) 低速(m3/h)
夏季 新风量 (m3/h)
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吸入式系统 通风机放置在空气处理室之后,此时空气处理设备在通风机的吸入端,因此通过空气
处理设备的气流较均匀,同时由于可直接从室外导入新风,可以不必另设新风机。通风机作为一个热源,
其产生的显热对处理后的空气起到加热作用,减少送风温差。通风机出风速度高,噪声亦大,由于通风
冬季
≥35℃ <35℃ >-5℃ ≤-5℃且>-20℃
≤-20℃
排风量(m3/h)
1600 1000 160
120 --
4500 3000 900 1350 900 600 410 1400/900
4500 3000 600 900 600 400 260 600/400
构主要由通风器帽、通风器安装座、连接软管、连接筒和风口等组成。
我国铁路客车的通风系统发展过程可分以下几个阶段:
a) 初级阶段---采用自然通风客车,主要用于 21 型车、部分 22 型车、部分 25 型车等。
b) 中级阶段---采用机械通风和自然通风相结合的普通空调客车, 主要用于 25G 型车、25K 型车、
∑ G = Qi /(IB − In ) i =1 5
∑Qi = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5
i =1
式中:G---通风量(kg/h); Q1 ---通过车体隔热壁的传热量(W);
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Q2 ---太阳辐射热量(W);
Q3 ---人体散发显热量(W);
Q4 ---人体散发潜热量(W);
Q5 ---机电设备散发热量(W);
In---送入室内空气的焓值(kj/kg);
IB---排出室外空气的焓值(kj/kg)。
b) 根据湿平衡概念计算通风量
G
=
W dB − dn
1000
式中:W---客室内的总散湿量(kg/h);
dB ---送入车内空气的含湿量(g/ kg);
客车空调装置通风系统的通风量是指每小时送入车内的空气量,为了节约能量,提高空调装置的经 济性,通风量中通常采用一部分再循环空气,因此,通风量应由新鲜空气和再循环空气两部分组成。 6.2.1.1 通风量可根据夏季的热湿负荷来计算
a) 根据热平衡概念计算通风量
5
∑ GIn + Qi = GIB i =1 5
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装置,硬卧车装有手动调节装置,软卧车装有无级电动调节装置。 以 25G 型硬卧车为例,通风系统的组成布置如图 1 所示。
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1 通风机组 2 送风装置 3 回风装置 4 新风装置 5 排风装置 6 空气过滤器 7 风量调节装置
图 1 25G 型硬卧车通风系统 4 通风系统的型式 4.1 按风道内风速的高低区分为:
dn ---排出车外空气的含湿量(g/ kg)。
6.2.1.2 按规定允许的送风温差计算通风量
G = Qx Cp (tB − tn )
Qx = Q1 + Q2 + Q3 + Q5 式中:Qx ---车内总的显热量(W),Q1、Q2、Q3、Q5 同上;
Cp---湿空气的定压比热,可取 0.278W·h/(Kg· K); (tB-tn)---送风温差℃,铁路客车的送风温差一般为 5~8℃。 6.2.1.3 新风量的确定 为了保证车内空气新鲜,二氧化碳含量不超过规定的值所需的空气量即新风量,一般根据车内定员 数确定。
机输送的是温度较低的空气,对同一型号的通风机其风量和风压较压出式为高。
压出式系统 通风机放置在空气处理室之前,此时处理后潮湿空气不通过通风机,风机产生的显热
增加处理前的负荷,因此对同样冷源,可以得到送风温差。由于进风温度提高,可以提高空气冷却器的
制冷能力,空气析湿量小,出风温度降低,噪声也降低。
5 通风系统设计原则
输送和分配到客室内,将客室内再循环空气送回到处理室,在客室内获得合理的气流组织和分布,通过空
气的循环作用使室内空气达到稳定的温度、湿度和气流速度,同时将室内污浊的空气排出室外,并不断
补充新鲜空气,使室内的空气参数满足设计要求,给旅客和乘务人员提供一个舒适温馨的旅行和工作环
境。
随着社会经济的发展,旅客对乘车环境和舒适性的要求越来越高,影响舒适性的因素是多方面的,
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