350km/h智能化列車(chē)一等座車(chē)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王 劍 劉海波 耿興春

(中國(guó)北車(chē)集團(tuán)唐山軌道客車(chē)有限責(zé)任公司 產(chǎn)品研發(fā)中心，河北 唐山 063035)

自鐵路第6 次大提速以來(lái)，陸續(xù)推出了200km/h、250km/h及以上若干速度等級(jí)的高速列車(chē)。速度的提升對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的要求指標(biāo)也隨之提升，不同于普通客車(chē)的空調(diào)系統(tǒng)，高速車(chē)必須考慮到列車(chē)高速運(yùn)行時(shí)氣流、壓力、振動(dòng)等因素的影響，因而對(duì)于空調(diào)機(jī)組的結(jié)構(gòu)、安裝、換氣裝置的設(shè)置、氣流組織、控制等都有特殊的要求。本文簡(jiǎn)述適應(yīng)我國(guó)大部分地區(qū)的350km/h 高速智能化列車(chē)中一等座車(chē)空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理及結(jié)構(gòu)。

1 空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述

1.1 采用單元式空調(diào)機(jī)組

單元式空調(diào)機(jī)組，相對(duì)而言結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于維護(hù)，同時(shí)考慮到國(guó)內(nèi)各線路運(yùn)營(yíng)環(huán)境，新風(fēng)口位置應(yīng)盡量遠(yuǎn)離地面，因此采用車(chē)頂單元空調(diào)機(jī)組較為合理。雖然可能提高車(chē)輛中心，但通過(guò)合理配置其它設(shè)備，這一點(diǎn)可以忽略。為適應(yīng)限界及空氣動(dòng)力學(xué)要求，半埋入車(chē)體中并在空調(diào)機(jī)組兩端安裝導(dǎo)流罩以達(dá)到降阻的目的，總體上與車(chē)頂融為一體，形成流暢的氣動(dòng)力布局。

1.2 采用合理的氣流組織

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)水平的提高，高速車(chē)的發(fā)展，人們對(duì)乘坐舒適性提出了更高的要求，要在有限的空間內(nèi)達(dá)到舒適的乘車(chē)感受，必須通過(guò)合理的氣流組織來(lái)實(shí)現(xiàn)，采用按照冷熱空氣流通特點(diǎn)設(shè)置的流場(chǎng)，見(jiàn)圖1 和圖2。通過(guò)風(fēng)道內(nèi)部調(diào)節(jié)裝置分配冷熱風(fēng)的數(shù)量這種方式增加了乘客舒適度。

圖1 夏季流場(chǎng)

1.3 采用壓力保護(hù)系統(tǒng)

研究表明，當(dāng)列車(chē)行駛時(shí)，車(chē)體四周會(huì)形成一個(gè)負(fù)壓的附面層。車(chē)速越高，該附面層內(nèi)的壓力越低，當(dāng)車(chē)速高于160Km/h 時(shí)，負(fù)壓區(qū)的存在會(huì)影響車(chē)內(nèi)換氣。當(dāng)兩車(chē)交會(huì)或過(guò)隧道時(shí)，高速列車(chē)表面會(huì)產(chǎn)生較大的壓力變化，它會(huì)波及車(chē)內(nèi)，造成乘客不適。壓力保護(hù)系統(tǒng)能有效防止外界的壓力波傳入車(chē)內(nèi)。

1.4 溫度控制標(biāo)準(zhǔn)

圖2 冬季流場(chǎng)

按國(guó)際鐵路聯(lián)盟標(biāo)準(zhǔn)UIC553:2004《客車(chē)通風(fēng)、采暖和空調(diào)》規(guī)定的溫度調(diào)節(jié)曲線調(diào)節(jié)車(chē)內(nèi)溫度。一等座車(chē)空調(diào)系統(tǒng)采用以上結(jié)構(gòu)及工作原理設(shè)計(jì)后，提高了旅客的舒適度，并獲得良好的裝飾效果。該車(chē)在四方車(chē)輛研究所熱工試驗(yàn)室進(jìn)行的靜置熱工試驗(yàn)高速運(yùn)行試驗(yàn)中均達(dá)到令人滿意的效果。

2 空調(diào)機(jī)組參數(shù)及設(shè)計(jì)說(shuō)明

2.1 空調(diào)機(jī)組參數(shù)

制冷量44 kW制熱量35 kW總風(fēng)量 制冷 4，500m3/h制熱 2，500m3/h新鮮空氣流量(制冷) 1，600m3/h回風(fēng)量(制冷) 2，880m3/h制冷劑R407C交流電源 AC440V，60Hz，3相直流電源 DC110V (77～135V)

2.2 空調(diào)機(jī)組設(shè)計(jì)說(shuō)明

空調(diào)機(jī)組與鋁合金車(chē)體上的安裝框之間進(jìn)行連接和密封?？照{(diào)機(jī)組兩端車(chē)頂上各安裝有一個(gè)導(dǎo)流罩，這個(gè)罩的形狀應(yīng)依據(jù)設(shè)計(jì)要求和空氣動(dòng)力學(xué)載荷進(jìn)行最優(yōu)化設(shè)計(jì)。

客室空調(diào)機(jī)組采用單級(jí)蒸汽壓縮式制冷方式，R407C 環(huán)保制冷劑，有兩套完全獨(dú)立的制冷系統(tǒng)組成;制熱采用不銹鋼電阻式加熱管。

冷凝空氣由機(jī)組兩側(cè)吸入，通過(guò)冷凝器并經(jīng)冷凝風(fēng)機(jī)垂直向上排出;混合空氣從空調(diào)機(jī)組兩側(cè)面吸入，經(jīng)過(guò)空氣過(guò)濾裝置、蒸發(fā)器、電熱器后，由通風(fēng)機(jī)向空調(diào)機(jī)組的前面吹出。

空調(diào)機(jī)組殼體由鋁合金材料和不銹鋼材料混合制造。壓縮機(jī)通過(guò)減震元件與機(jī)組框架相連，這種連接可以削弱傳遞到車(chē)體上的振動(dòng)和結(jié)構(gòu)噪音。制冷管路最大程度采取冗余和密封措施，為盡可能避免泄漏，管路選擇銅焊連接。

3 空調(diào)系統(tǒng)的組成及布置

客室空調(diào)系統(tǒng)主要由客室空調(diào)機(jī)組、新風(fēng)格柵、混合氣箱、送風(fēng)道系統(tǒng)、多孔客室頂板、廢排風(fēng)道系統(tǒng)、廢排單元、溫度和壓力波傳感器、空調(diào)控制系統(tǒng)等組成。

新風(fēng)格柵安裝車(chē)體的新風(fēng)開(kāi)口法蘭上，包括鋁材質(zhì)迷宮格柵、氣動(dòng)保護(hù)風(fēng)門(mén)、新風(fēng)溫度傳感器等。混合氣箱安裝在新風(fēng)格柵與客室空調(diào)機(jī)組之間，用于新風(fēng)和回風(fēng)的混合。送風(fēng)道系統(tǒng)主要包括過(guò)渡風(fēng)道、消音風(fēng)道、主送風(fēng)道、支風(fēng)道和軟風(fēng)道等，主要用于風(fēng)量的調(diào)節(jié)和分配。風(fēng)道主體材質(zhì)為鋁板和保溫材，消音風(fēng)道中還有風(fēng)道再熱器、送風(fēng)溫度傳感器、風(fēng)量調(diào)節(jié)風(fēng)門(mén)。通過(guò)風(fēng)量調(diào)節(jié)門(mén)實(shí)現(xiàn)制冷和采暖模式下的氣流分配。多孔客室頂板采用薄鋁板經(jīng)沖壓后制作，多孔送風(fēng)均勻性好?？褪覐U排風(fēng)道和車(chē)下廢排風(fēng)道，風(fēng)道主體材質(zhì)為鋁板和保溫材，主要用于廢氣的收集和排出。廢排單元包括廢排風(fēng)機(jī)、風(fēng)量調(diào)節(jié)風(fēng)門(mén)、壓力波保護(hù)風(fēng)門(mén)、應(yīng)急逆變器等組成，主要用于客室廢氣的排出，同時(shí)提供應(yīng)急通風(fēng)的電源和進(jìn)行應(yīng)急通風(fēng)。

4 空調(diào)系統(tǒng)的控制

司機(jī)室操作臺(tái)設(shè)置整列車(chē)空調(diào)開(kāi)啟集控開(kāi)關(guān)，通過(guò)車(chē)輛硬連線連接到每節(jié)車(chē)廂的空調(diào)控制器中，控制整列車(chē)空調(diào)系統(tǒng)的啟停;在司機(jī)室設(shè)置一個(gè)司機(jī)室客室空調(diào)功能選擇器，控制單車(chē)司機(jī)室空調(diào)的運(yùn)行模式，工作模式有:通風(fēng)、手動(dòng)制冷、手動(dòng)制暖、自動(dòng)、關(guān)閉位;在每節(jié)車(chē)廂設(shè)置一個(gè)客室空調(diào)功能選擇器，控制單車(chē)客室空調(diào)的運(yùn)行模式，工作模式有:通風(fēng)、手動(dòng)半冷、手動(dòng)全冷、手動(dòng)半暖、手動(dòng)全暖、自動(dòng)、關(guān)閉位。在選擇手動(dòng)模式時(shí)，空調(diào)機(jī)組可以根據(jù)選擇的工作模式開(kāi)啟相應(yīng)的空調(diào)部件來(lái)進(jìn)行客室內(nèi)溫度調(diào)節(jié);在選擇自動(dòng)模式時(shí)，空調(diào)機(jī)組根據(jù)環(huán)境溫度及客室內(nèi)部溫度情況自動(dòng)選擇工作方式來(lái)調(diào)節(jié)客室內(nèi)溫度。

空調(diào)機(jī)組在新風(fēng)口和廢排口設(shè)置壓力保護(hù)裝置，當(dāng)外界壓力產(chǎn)生波動(dòng)時(shí)，及時(shí)關(guān)閉新風(fēng)口，提高客車(chē)的舒適性。

［1］UIC553:2004，客車(chē)通風(fēng)、采暖及空調(diào)［S］.

［2］UIC651:2002，機(jī)車(chē)、動(dòng)車(chē)、動(dòng)車(chē)組和帶司機(jī)室客車(chē)的司機(jī)室結(jié)構(gòu)［S］.

［3］詹耀立.客車(chē)空調(diào)裝置［M］，北京:中國(guó)鐵道出版社，1999.

［4］孫毅剛.鐵路客車(chē)空調(diào)控制技術(shù)綜述［J］.鐵道車(chē)輛，1998，36(3):15-16.

［5］四方車(chē)輛研究所.國(guó)外高速客車(chē)空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)及車(chē)內(nèi)氣壓控制系統(tǒng)概況［R］.1997.