客車空調(diào)機組干燥機的運用

何 正 上海鐵路局合肥車輛段

客車空調(diào)機組干燥機的運用

何 正 上海鐵路局合肥車輛段

介紹客車空調(diào)機組干燥機研制背景、結構組成、系統(tǒng)功能、工作原理及設備特點，并對設備的使用效果進行了評價。

空調(diào)機組；干燥機；工作原理；使用效果

1 引言

客車空調(diào)機組是一個整體，重約700kg，體積較大，電子元件較多，需要干燥的表面積較大，干燥工藝要求機組表面要無水滴附著，而機組局部金屬的絕緣電阻在2～500MΩ之間?？諝庀到y(tǒng)下的送風溫度根據(jù)空調(diào)機組部件的最低耐溫值確定，如果溫度過高，容易使電線絕緣皮老化，這使得干燥裝置的出風溫度不能高于60℃。

2 空調(diào)機組干燥機

空調(diào)機組干燥機是專為既有客車空調(diào)機組檢修而設計制造的非標設備，適用于路內(nèi)在用各型空調(diào)及青藏車、雙層客車使用的空調(diào)機組清洗后的干燥作業(yè)，以提高空調(diào)機組電氣絕緣性能。該設備可以同時滿足2臺空調(diào)機組的干燥作業(yè)。該設備采用熱泵干燥這一高效節(jié)能、環(huán)境友好、干燥效果好的新型干燥技術來滿足空調(diào)機組檢修工藝的使用要求。

2.1 結構組成與系統(tǒng)功能

空調(diào)機組干燥機主要由干燥房、熱泵干燥除濕系統(tǒng)、循環(huán)風機（包括主風機、輔風機、航插風干裝置）、輔助加熱裝置、自動收縮卷簾門、電控系統(tǒng)組成（見圖1）。

2.1.1 干燥房

干燥房尺寸：8.5m×4.0m×2.5m(長×寬×高)。

結構形式為鋼結構加彩鋼巖棉板組合。側面及后壁設有塑鋼觀察帶，室內(nèi)設有燈箱照明，能滿足連續(xù)干燥的需求，干燥房的兩端設有可升降的卷簾門，尺寸為2.95m×2.0m(寬×高)。

干燥室采用上送下回式氣流分布形式，送風口位于干燥室頂部的中央，回風口位于干燥室兩側壁面的下方。

2.1.2 熱泵干燥除濕系統(tǒng)

熱泵干燥除濕系統(tǒng)的工作介質(zhì)為空氣，主要構成部件是壓縮機、蒸發(fā)器、冷凝器和節(jié)流閥。為提高熱泵干燥系統(tǒng)的傳熱效率，對蒸發(fā)器和冷凝器進行再回熱處理，在系統(tǒng)上增加一個回熱器，利用從蒸發(fā)器出來的冷空氣來預冷進蒸發(fā)器前的高溫濕空氣，使循環(huán)空氣回熱，可大大提高系統(tǒng)的除濕能力。

圖1 空調(diào)機組干燥機結構示意圖

2.1.3 循環(huán)風機系統(tǒng)

設置4臺負壓風機置于空調(diào)機組上0.5m處。同時為確保空調(diào)機組兩側面局部絕緣電阻的良好干燥，在干燥室的左右兩面各對稱設置了6臺用于點干燥的射流風機，每臺風機引出3個帶收縮型口的噴嘴。

對要求獨立干燥的航插，設計兩臺移動式小型靜壓箱，PVC風管引風進行干燥。航插烘干裝置安裝在兩臺機組中部對應位置，裝置底部裝有萬向腳輪，可隨意調(diào)整位置，以方便對航插進行均勻送風烘干，以確保航空插頭干燥良好。

2.1.4 預熱輔助加熱器

采用電加熱器，可將干燥室的環(huán)境空氣溫度在3min內(nèi)加熱到60℃，同時也能直接降低熱泵系統(tǒng)的熱負荷。

2.1.5 電控系統(tǒng)

整套設備的控制方式分為自動控制和手動控制兩種形式。自動控制：通過人機界面設定參數(shù)，然后整機按照程序控制自動完成干燥全過程。當設備出現(xiàn)故障時，人機界面上顯示故障信息。手動控制：設備的所有功能均可手動控制，此功能主要供調(diào)試和維修時使用。故障報警：當系統(tǒng)在運行過程中出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)自動記錄故障原因，并停止運行系統(tǒng)，且操作面板中的蜂鳴器報警。

由于系統(tǒng)的控制對象較多，而控制對象又以小容量的負載居多，為了使控制系統(tǒng)達到既簡單、安全可靠又能方便靈活地進行各種控制，選擇PLC作為整個系統(tǒng)的控制核心，便能實現(xiàn)上述要求。

控制系統(tǒng)有輸入部分、PLC部分和輸出部分。

輸入部分由工況識別電路及檢測回路組成。工況識別電路用于識別：“自動/手動”控制及各種工況命令等信息。而檢測回路主要由傳感器組成，用于檢測系統(tǒng)的各種參數(shù)。

PLC部分采用一臺三菱可編程序控制器，它通過對輸入信息的判斷、運算，輸出相應的信號給控制對象，從而實現(xiàn)各種自動控制。

輸出部分包括以下三個回路：

（1）交流接觸器回路：PLC通過對交流接觸器線圈的控制從而實現(xiàn)對壓縮機、冷凝器及相應的風機的控制。

（2）顯示、報警回路：用于對系統(tǒng)的各個工況做出指示，并在系統(tǒng)故障時發(fā)出聲光報警并采取相應的保護措施。控制系統(tǒng)軟件使用的是簡單的梯形圖編程方式，延時及中間環(huán)節(jié)全部由PLC內(nèi)部的特殊模塊實現(xiàn)。

整個電氣控制系統(tǒng)組裝在電氣控制柜中，形成電氣控制柜組，安裝在干燥裝置旁。整個電氣控制系統(tǒng)的操作、監(jiān)控、報警、參數(shù)設定和調(diào)整，均集中在電控柜上，便于操作和生產(chǎn)管理。

2.2 工作原理

熱泵干燥技術是熱泵技術和干燥技術的有機結合。按照干燥介質(zhì)的循環(huán)方式劃分，熱泵干燥裝置可分為開式、半開式和封閉式。由于系統(tǒng)對干燥室溫度有一定的要求，另外還要滿足一定的干燥時間要求，以保證后續(xù)使用的連續(xù)進行，因此采用干燥室內(nèi)空氣強制對流方式進行干燥是一種比較合適的方式，另外，為了達到更好的節(jié)能效果，采用具有回熱裝置的熱泵干燥，將為空氣作為干燥介質(zhì)，系統(tǒng)采用閉式循環(huán)。

系統(tǒng)由熱泵與干燥兩個單元組成，結構如圖2所示。

在整個系統(tǒng)中有兩個回路，即制冷劑循環(huán)回路與空氣循環(huán)回路。來自干燥過程排放廢氣進入熱泵蒸發(fā)器，熱泵工質(zhì)吸收其熱量后液態(tài)工質(zhì)蒸發(fā)為氣態(tài)，然后氣態(tài)工質(zhì)經(jīng)壓縮機絕熱壓縮成為高溫高壓狀態(tài)進入冷凝器，在冷凝器中高溫高壓熱泵工質(zhì)液化冷凝放出冷凝潛熱加熱來自經(jīng)蒸發(fā)器降溫除濕后的冷干空氣，把冷干空氣加熱到要求的溫度后引入干燥器內(nèi)作干燥介質(zhì)循環(huán)使用。

圖2 閉式帶回熱結構的熱泵干燥系統(tǒng)原理圖

如圖2所示將蒸發(fā)器前后的空氣進行熱交換 (即回熱)，使干燥室出口處的溫濕空氣在進入蒸發(fā)器之前先與蒸發(fā)器出口處經(jīng)過冷凝除濕后的冷干空氣流過回熱器進行熱交換，使進入蒸發(fā)器的溫濕空氣溫度下降，同時由于熱量的交換，使從熱泵蒸發(fā)器冷凝除濕后的冷干空氣升溫，從而實現(xiàn)空氣的回熱。由于對循環(huán)空氣進行了回熱處理，蒸發(fā)器在吸熱量不變的情況下，降低了蒸發(fā)器的顯熱負荷，增加了吸收濕空氣潛熱負荷，從而提高系統(tǒng)的除濕能力。另外，循環(huán)空氣經(jīng)過回熱后，使進入熱泵冷凝器的空氣的溫度提高，減小了冷凝溫差，加速了機組的干燥。

2.3 設備特點

（1）熱泵干燥是一種低耗能、環(huán)境友好、溫和、高效的干燥方式，使用熱泵干燥對清洗后的空調(diào)機組進行干燥，是一種合理的干燥方法。設計中針對干燥對象的特點，系統(tǒng)采用閉式循環(huán)的熱泵干燥。

（2）將干燥室排出的溫濕空氣與蒸發(fā)器出口處的空氣進行熱交換(即回熱)，使得蒸發(fā)器入口處的溫度下降，冷凝器入口處的溫度上升，這種設計使得蒸發(fā)器和冷凝器的熱交換量減小，也使得蒸發(fā)器和冷凝器傳熱面積減小，不僅提升了系統(tǒng)性能還減少了制作成本。

（3）干燥室空氣流場分布特性對十干燥質(zhì)量和效率具有重要影響，為此設置了4臺用于面干燥的室內(nèi)負壓大風機和12臺用于點干燥的射流風機，以及專門用于航插干燥的靜壓箱。這種設計保證了機組特殊干燥部位的有效干燥，提高了整體干燥效率。

（4）由于干燥房或多或少會受到環(huán)境條件的影響，在外界環(huán)境不利的條件下，采取預熱干燥室、適當延長干燥周期以及加裝輔助電加熱裝置的措施均可保證干燥效果。

（5）與常規(guī)真空干燥方式相比，熱泵干燥具有更好的技術經(jīng)濟性，具有不受氣候影響、高效節(jié)能、環(huán)保無污染、使用壽命長、維護費用低、運行安全可靠、全自動免人工操作等優(yōu)點。

3 使用效果評價

（1）能充分烘干清洗過程中殘留在空調(diào)機組里的余水。

（2）能充分烘干冷凝器、蒸發(fā)器的水分，使得空調(diào)機組其他設備在運行中不會受到水分影響。

（3）能充分烘干空調(diào)機組內(nèi)的冷凝風機、通風機，保證電機絕緣效果更好。

（4）能充分烘干空調(diào)機組內(nèi)附屬的小型配件，確?？照{(diào)機組運行正常。

（5）能充分烘干所有線圈、航用插頭、風門電機、壓縮機等。

（6）烘干設備的使用避免空調(diào)機組在實驗運行的過程中出現(xiàn)絕緣不良，從而導致故障或影響機組運行。

4 結束語

該設備工作效率高，干燥周期短、效果好，干燥性能指標能夠設定控制，并提供自動及手動兩種工況模式供選擇，改變以往空調(diào)機組露天干燥作業(yè)效率低、干燥時間長、航空插座等干燥仍需人工介入的情況，能較好地滿足空調(diào)檢修工藝要求。

責任編輯：王 華

來稿日期：2014-08-13