動(dòng)車組空調(diào)排水泵故障分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)

黃繼林

（南寧局集團(tuán)公司 南寧車輛段，高級(jí)工程師，廣西 南寧 530001）

動(dòng)車組空調(diào)裝置在夏季采用制冷工況時(shí)會(huì)產(chǎn)生冷凝水，冷凝水通過排水泵排到空調(diào)機(jī)組外。CRH2A/380A統(tǒng)型動(dòng)車組在夏季運(yùn)用過程中頻繁報(bào)出空調(diào)裝置排水泵故障，給動(dòng)車組運(yùn)用檢修以及旅客出行舒適體驗(yàn)都帶來了極大影響。為解決該問題，南寧局集團(tuán)公司南寧車輛段從2015 年6 月5 日起將排水泵濾網(wǎng)清洗周期調(diào)整到4～6天或運(yùn)行1.5萬km，但仍頻繁報(bào)出排水泵異常的故障。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2015 年1 月～12 月，配屬動(dòng)車組共發(fā)生空調(diào)裝置排水泵異常故障38 件，其中CRH2A 動(dòng)車組29 件，CRH380A 動(dòng)車組9 件。鑒于排水泵異常故障在夏季高溫季節(jié)集中發(fā)生，而現(xiàn)場(chǎng)檢查報(bào)出故障的空調(diào)機(jī)組排水泵濾網(wǎng)未出現(xiàn)嚴(yán)重臟堵的情況。經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查分析，發(fā)現(xiàn)原排水泵濾網(wǎng)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上存在缺陷，為此進(jìn)行系統(tǒng)分析研究，提出優(yōu)化排水泵濾網(wǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，開展源頭質(zhì)量整治，消除空調(diào)裝置排水泵異常故障，確保夏季動(dòng)車組空調(diào)設(shè)備的正常工作。

1 排水泵裝置結(jié)構(gòu)及原理

1.1 結(jié)構(gòu)介紹CRH2A/380A 統(tǒng)型動(dòng)車組每臺(tái)空調(diào)機(jī)組（生產(chǎn)廠商為石家莊國祥，以下同）裝有1 臺(tái)排水泵，型號(hào)：CJV-0942。排水泵通過安裝支架固定在機(jī)組箱體內(nèi)，排水泵吸水口距接水盤底面10 mm，排水泵吸水口距濾網(wǎng)底部3.5 mm。機(jī)組檢查口和接水盤一體設(shè)計(jì)，便于排水泵清洗［1］。接水盤采用滑軌式防脫結(jié)構(gòu)，為保證接水盤拆卸時(shí)滑動(dòng)順利，排水泵濾網(wǎng)采用2 顆M 4 螺釘安裝在排水泵支架上。接水盤上方設(shè)2 個(gè)浮子開關(guān)（直徑30 mm），型號(hào)：RF-1396A1，作用是檢測(cè)空調(diào)冷凝水水位，浮子開關(guān)動(dòng)作高度距接水盤底部38 mm，如圖1［2］。

圖1 排水泵及接水盤安裝結(jié)構(gòu)

1.2 工作原理空調(diào)機(jī)組蒸發(fā)區(qū)通過風(fēng)道與客室相通，考慮車廂內(nèi)外氣壓平衡問題，空調(diào)機(jī)組蒸發(fā)區(qū)需有良好的氣密性，蒸發(fā)器在蒸發(fā)過程中產(chǎn)生的冷凝水匯集在接水盤中，通過排水泵排到空調(diào)機(jī)組外?？照{(diào)機(jī)組在制冷工況時(shí)排水泵就同步工作（空調(diào)機(jī)組蒸發(fā)器產(chǎn)生最大冷凝水量為0.4 L/min，排水泵額定排水量為0.6 L/min 以上，滿足空調(diào)冷凝水排放要求）。如果排水泵發(fā)生異常不能正常排水，當(dāng)接水盤內(nèi)冷凝水水位深度達(dá)到38 mm 及以上時(shí)，接水盤上方的2個(gè)浮子開關(guān)同時(shí)動(dòng)作，1 min后在空調(diào)機(jī)組顯示設(shè)定器報(bào)出“排水泵異?！惫收?，空調(diào)機(jī)組還能繼續(xù)工作，但此時(shí)排水泵排水量減少，當(dāng)浮子開關(guān)持續(xù)保持此狀態(tài)30 min 仍不恢復(fù)，空調(diào)機(jī)組控制邏輯則判斷排水泵不工作導(dǎo)致冷凝水無法排出，判定為排水泵故障，空調(diào)機(jī)組自動(dòng)停機(jī)。

2 現(xiàn)狀調(diào)查

2015 年7 月20 日，選取經(jīng)常報(bào)出故障的1 組車CRH2A-2346 與未報(bào)出故障的1 組車CRH2A-2287做對(duì)比調(diào)查分析，從排水泵濾網(wǎng)的結(jié)構(gòu)來測(cè)量分析。測(cè)量ZE 234602 車2 位蒸發(fā)器與ZE228700 車2位蒸發(fā)器排水泵濾網(wǎng)安裝尺寸，如表1所示。

表1 排水泵安裝各部尺寸 單位：㎜

通過調(diào)查，不同車組排水泵濾網(wǎng)的結(jié)構(gòu)是一致的，從設(shè)計(jì)及制造的角度來說無差異，只是報(bào)出故障的車組濾網(wǎng)底面與排水口距離比未報(bào)出故障的車組長(zhǎng)。其次從車組擔(dān)當(dāng)?shù)倪\(yùn)行交路及運(yùn)行環(huán)境看，南寧局集團(tuán)公司配屬的動(dòng)車組在京滬高鐵、京廣高鐵、滬昆高鐵、南昆客專、貴廣線、南廣線及局管內(nèi)各高鐵線路上運(yùn)行，未安排擔(dān)當(dāng)特定的某條線路，交路擔(dān)當(dāng)均衡。

再調(diào)查運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)及運(yùn)行里程，南寧局集團(tuán)公司配屬統(tǒng)型動(dòng)車組擔(dān)當(dāng)交路單日運(yùn)行大多時(shí)長(zhǎng)在15～17 h，每個(gè)月綜合運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)基本均衡。夏季5～10月期間，結(jié)合動(dòng)車組運(yùn)用修每4～6天對(duì)排水泵濾網(wǎng)及接水盤進(jìn)行清洗（根據(jù)環(huán)境溫度及實(shí)際運(yùn)用情況適當(dāng)調(diào)整）。每個(gè)月運(yùn)行里程據(jù)統(tǒng)計(jì)在4.5 萬km～4.8萬km左右，相差不大。

主機(jī)廠給出增加清洗排水泵濾網(wǎng)頻次來解決故障的方案。按南寧動(dòng)車所夏季每天平均有16 組車需拆卸排水泵濾網(wǎng)，每組動(dòng)車組有16 臺(tái)空調(diào)機(jī)組，需拆卸2 560顆螺釘，工作量大，勞動(dòng)強(qiáng)度高。排水泵濾網(wǎng)拆洗頻繁，配件脫落的安全風(fēng)險(xiǎn)也隨之增大。這種方法沒有從根本上解決問題。同時(shí)在夏季夜班一級(jí)修作業(yè)時(shí)每4～6天拆洗1次濾網(wǎng)，拆卸、清洗、安裝作業(yè)完畢后才能進(jìn)行一級(jí)修，延長(zhǎng)了一級(jí)修作業(yè)時(shí)間，檢修臺(tái)位利用率大大降低，影響動(dòng)車所檢修能力。

3 原因分析

3.1 濾網(wǎng)臟堵分析經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，出現(xiàn)故障的排水泵濾網(wǎng)內(nèi)、外部均有淤泥污物，內(nèi)部淤泥污物厚度大約在2～3 mm 左右，部分排水泵口濾網(wǎng)外部淤泥污物聚集較多。分析發(fā)現(xiàn)濾網(wǎng)容易積淤泥污物的原因是運(yùn)行過程中高鐵線路上的揚(yáng)塵進(jìn)入空調(diào)機(jī)組蒸發(fā)區(qū)內(nèi)與冷凝水混合形成淤泥污物。車廂內(nèi)有灰塵及絮狀臟物，從客室座椅下的空調(diào)回風(fēng)口風(fēng)道吸入空調(diào)機(jī)組內(nèi)，再經(jīng)過蒸發(fā)器濾網(wǎng)附著在濾棉表面，車組在運(yùn)行中由于震動(dòng)會(huì)有部分臟物掉落在排水盤內(nèi)。如果淤泥污物不能及時(shí)隨著冷凝水排到空調(diào)機(jī)組外，堆積越多，越易堵住濾網(wǎng)，甚至?xí)氯潘每?，如圖2、圖3所示。

圖2 排水泵濾網(wǎng)外部

圖3 排水泵濾網(wǎng)內(nèi)部

3.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)缺陷經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查分析和試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)冷凝水無法正常排出的主要原因是排水泵的排水口與底板之間的間隙過小，淤泥污物易堵在排水口管口，造成排水不暢，導(dǎo)致報(bào)出故障；排水泵濾網(wǎng)設(shè)計(jì)強(qiáng)度偏低，隨著排水泵口部濾網(wǎng)外側(cè)淤泥污物逐漸堆積，吸水阻力變大，在排水泵口部形成負(fù)壓腔，由于負(fù)壓致使濾網(wǎng)上凹變形貼近排水泵口，使排水泵吸水量減小，少量的淤泥污物都無法通過排水泵排出去，使得淤泥污物堆積越來越多，最終導(dǎo)致排水泵無法吸水。

3.3安裝方式不合理每次清洗排水泵濾網(wǎng)時(shí)，需要拆卸濾網(wǎng)安裝螺釘，由于空間狹小，M 4的螺釘在拆卸時(shí)容易掉落甚至造成排水泵膠管斷裂。急需對(duì)濾網(wǎng)的安裝結(jié)構(gòu)加以改進(jìn)。

3.4 結(jié)論當(dāng)排水泵濾網(wǎng)內(nèi)淤泥污物積多后，冷凝水進(jìn)入濾網(wǎng)的量減少，但排水泵可以吸入其吸水口部濾網(wǎng)內(nèi)的淤泥物，因此水僅從排水泵口部濾網(wǎng)處被吸入；一段時(shí)間后會(huì)造成排水泵口部濾網(wǎng)外側(cè)淤泥污物堆積，吸水阻力變大，在排水泵口部形成負(fù)壓腔，致使泵口濾網(wǎng)向排水泵口處上凹接近排水泵口，此時(shí)如果泵口濾網(wǎng)外側(cè)淤泥污物仍不斷堆積，排水泵吸水量將大大減小，無法達(dá)到排水量要求從而導(dǎo)致報(bào)出排水泵異常故障。

4 解決措施

4.1 提高排水泵濾網(wǎng)強(qiáng)度原排水泵濾網(wǎng)的規(guī)格為16×16 目，絲徑為0.45 mm。拆卸下排水泵濾網(wǎng)，發(fā)現(xiàn)濾網(wǎng)底部有凹陷現(xiàn)象，濾網(wǎng)強(qiáng)度明顯不足。為了提高排水泵濾網(wǎng)底部的強(qiáng)度，降低排水泵將排水泵濾網(wǎng)吸附的可能性，在排水泵口處的濾網(wǎng)外側(cè)增加一個(gè)擋板，使排水泵不直接從口部濾網(wǎng)處吸水，讓水從濾網(wǎng)四周滲入，使排水泵與濾網(wǎng)之間有足夠的吸水空間，避免濾網(wǎng)被吸附在排水泵管口造成臟堵。排水泵口擋板采用0.8 mm 厚鋼板，材質(zhì)與原濾網(wǎng)盒體一致，既保證了濾網(wǎng)底部的剛度，同時(shí)也不會(huì)對(duì)接水盤拆裝過程產(chǎn)生阻礙影響，滿足日常維護(hù)操作要求。

4.2 增大排水泵濾網(wǎng)孔徑及絲徑將排水泵濾網(wǎng)由原來的16×16目（絲徑：0.45 mm，孔徑：1.1 mm）改為10×10 目（絲徑：0.6 mm，孔徑1.9 mm），增大了濾網(wǎng)的孔徑，減小堵塞的可能性；同時(shí)增大了濾網(wǎng)的絲徑，并在排水泵進(jìn)口處的濾網(wǎng)內(nèi)側(cè)增加擋板及圓鋼支撐，增強(qiáng)了濾網(wǎng)的強(qiáng)度，且圓鋼可支撐排水泵進(jìn)水口，保證排水泵進(jìn)水口與濾網(wǎng)底部之間的間隙，使排水泵不直接接觸濾網(wǎng)底部，避免由于負(fù)壓使濾網(wǎng)上凹變形從而導(dǎo)致局部臟堵造成排水泵故障，使冷凝水能從濾網(wǎng)四周均勻滲入，見圖4。優(yōu)化設(shè)計(jì)的排水泵濾網(wǎng)只增大了孔徑及絲徑，沒有改變?yōu)V網(wǎng)外形尺寸，且排水泵濾網(wǎng)擋板焊接至濾網(wǎng)內(nèi)部，該方案不影響接水盤的拆裝，也不改變空調(diào)裝置的整體功能和檢修要求。

圖4 優(yōu)化設(shè)計(jì)后濾網(wǎng)結(jié)構(gòu)

4.3 改進(jìn)排水泵濾網(wǎng)安裝方式將濾網(wǎng)的安裝方式由螺釘安裝改為快開鎖緊固，利用原濾網(wǎng)安裝孔固定2個(gè)快開鎖支座，并增加限位結(jié)構(gòu)，防止快開鎖支座轉(zhuǎn)動(dòng)。用不銹鋼鉚釘將搭扣鉚接在快開鎖支座上，圓形一字頭螺柱安裝在濾網(wǎng)上，利用固定擋圈防止螺栓在拆裝時(shí)脫落。拆裝濾網(wǎng)時(shí)，只需將圓形一字頭螺柱逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)1/4圈，就可以拆卸濾網(wǎng)，安裝時(shí)反向操作。

2015年9月在南寧局集團(tuán)公司選取5列統(tǒng)型車按照排水泵濾網(wǎng)優(yōu)化方案改進(jìn)的濾網(wǎng)進(jìn)行裝車考核，驗(yàn)證考核周期為30天。當(dāng)年10月在武漢局選取非統(tǒng)型動(dòng)車組進(jìn)行裝車驗(yàn)證。通過1個(gè)月的運(yùn)用數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，未發(fā)生報(bào)出排水泵異常故障，運(yùn)用考核情況良好。

通過上述方案驗(yàn)證，經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計(jì)的排水泵濾網(wǎng)，安裝使用后未再出現(xiàn)由于濾網(wǎng)臟堵報(bào)出排水泵異常的故障，解決了頻報(bào)故障影響空調(diào)裝置正常運(yùn)轉(zhuǎn)的問題。

5 結(jié)束語

2016 年2 月，配屬南寧局集團(tuán)公司動(dòng)車組全部結(jié)合二級(jí)修更換優(yōu)化后的排水泵濾網(wǎng)，從3 月份到12月份，未再發(fā)生排水泵異常故障。實(shí)踐證明對(duì)濾網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，能有效解決空調(diào)裝置頻繁報(bào)出排水泵異常故障的問題，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了檢修效率。從2016年3月起在全路四方股份技術(shù)平臺(tái)的既有動(dòng)車組上推廣改造，同時(shí)自2016 年3月起對(duì)新造動(dòng)車組的排水泵濾網(wǎng)結(jié)構(gòu)也按此方案實(shí)施。2017年1月至12月，進(jìn)一步跟蹤動(dòng)車組空調(diào)裝置故障情況，經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析，未見由于濾網(wǎng)臟堵造成排水泵異常故障，證明優(yōu)化設(shè)計(jì)后的排水泵濾網(wǎng)結(jié)構(gòu)合理、效果明顯。經(jīng)過此次優(yōu)化設(shè)計(jì)及改造工作，也積累了動(dòng)車組檢修運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)，為確保動(dòng)車組安全運(yùn)行打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。