鐵路車輛空調(diào)制冷管路檢漏方法研究

顧鵬　郝先濤

摘 要：目前，我國的經(jīng)濟(jì)在快速發(fā)展，社會在不斷進(jìn)步，一般車輛空調(diào)機(jī)組制冷管路采用介質(zhì)檢漏法進(jìn)行檢漏，即充入少量制冷劑再充入干燥氮?dú)猓构苈穬?nèi)達(dá)到一定壓力，再用鹵素檢漏儀進(jìn)行檢測。在充注及回收過程中部分制冷劑會被排放到大氣中，形成污染。若生產(chǎn)批量較大，每年排放到大氣中的制冷劑量會很多，因此，采用新的檢漏介質(zhì)具有重要的意義。通過對制冷行業(yè)的調(diào)研，除制冷劑外，制冷系統(tǒng)中常用的檢測介質(zhì)還有純氦氣、氦氮混合氣、氫氮混合氣等。其中，氦氮混合氣檢漏氦氣的充注量非常少且檢測效果不好，氫氮混合氣檢漏對環(huán)境要求較高，而純氦氣屬于惰性氣體對空氣無污染且價(jià)格適中，因此，采用純氦氣作為檢測介質(zhì)是不錯(cuò)的選擇。

關(guān)鍵詞：鐵路車輛;空調(diào);氦氣;檢漏

引言

隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及人民生活水平的提高，旅客對旅途中鐵路客車客室的空氣品質(zhì)、舒適度的要求也越來越高。同時(shí)，對于高速運(yùn)行的客車，車廂的氣密性要求很高，不允許像過去客車那樣可采用開窗的方法進(jìn)行通風(fēng)換氣。因此空調(diào)裝置已經(jīng)成為必須具備的現(xiàn)代鐵路客車裝備之一。由于人體舒適度受氣溫因素作用的影響較大，因此，在夏季，當(dāng)空調(diào)裝置制冷效果較差時(shí)，會嚴(yán)重影響旅客的乘車舒適度。本文重點(diǎn)解決由于制冷量故障而影響空調(diào)裝置制冷效果差的問題，通過分析空調(diào)機(jī)組焓差試驗(yàn)臺、制冷介質(zhì)、空調(diào)機(jī)組各零部件檢修故障等問題，找出空調(diào)機(jī)組檢修過程中引起制冷量不足的原因，完善空調(diào)機(jī)組的檢修工藝;并且空調(diào)機(jī)組在嚴(yán)格按照檢修工藝要求進(jìn)行部件檢修、組裝，在試驗(yàn)臺上進(jìn)行制冷量試驗(yàn)，制冷量仍低于原設(shè)計(jì)參數(shù)90%的情況下，設(shè)計(jì)了一套提高制冷系數(shù)的回?zé)嵫h(huán)改造方案。

1鐵路客車空調(diào)裝置的組成和功能

我國目前的鐵路空調(diào)客車的空調(diào)裝置通常由通風(fēng)系統(tǒng)、空氣冷卻制冷系統(tǒng)、采暖系統(tǒng)、加濕系統(tǒng)和自動控制系統(tǒng)等5大基本系統(tǒng)組成。鐵路客車的空調(diào)裝置通過將一定量的車外新鮮空氣和車內(nèi)再循環(huán)空氣混合后，經(jīng)過過濾、冷卻或加熱、減濕或加濕等處理，以一定的流速送入車內(nèi)，并將車內(nèi)一定量的污濁空氣排出車外，以實(shí)現(xiàn)車內(nèi)濕度和溫度良好地保持在人體感覺舒適的范圍內(nèi)。

2鐵路車輛空調(diào)制冷管路檢漏方法

2.1回?zé)嵫h(huán)空調(diào)系統(tǒng)的工作原理

液態(tài)制冷劑節(jié)流后進(jìn)入濕蒸汽區(qū)，節(jié)流后制冷劑的干度愈小，它在蒸發(fā)器中氣化時(shí)的吸熱量愈大，循環(huán)的制冷系數(shù)愈高，而在蒸發(fā)后的制冷劑過熱度越高，通過壓縮后，到達(dá)冷凝器的制冷劑溫度越高，與外界空氣的換熱溫差越大，產(chǎn)生的效果就是排到室外的熱量越多，循環(huán)的制冷系數(shù)愈高。在實(shí)際循環(huán)中，在一定的冷凝溫度和蒸發(fā)溫度下，如果能夠設(shè)置一個(gè)裝置，能同時(shí)滿足使進(jìn)入節(jié)流裝置前的制冷劑達(dá)到過冷，使進(jìn)入壓縮機(jī)前的制冷劑達(dá)到過熱，即用節(jié)流前的制冷劑對壓縮機(jī)前的制冷劑進(jìn)行加熱，交換熱量，不但可增加單位制冷量，而且可以減少蒸發(fā)器出口管與環(huán)境空氣之間的傳熱溫差，減少甚至消除吸氣管道中的有害過熱。

2.2制冷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

制冷系統(tǒng)中制冷劑采用R22。蒸發(fā)器采用冷卻強(qiáng)制流動空氣的干式蒸發(fā)器，選用平直式翅片，采用正三角形叉排排列;冷凝器采用空氣強(qiáng)制流動的空冷冷凝器，選用平直式翅片采用正三角形叉排排列。試驗(yàn)臺需測試不同型號壓縮機(jī)，壓縮機(jī)冷量范圍變化較大，制冷系統(tǒng)采用電子膨脹閥實(shí)現(xiàn)變工況要求。在標(biāo)況下計(jì)算得到壓縮機(jī)進(jìn)口制冷劑比體積為v=0.04002m3/kg。壓縮機(jī)的排量是按壓縮機(jī)進(jìn)口處吸氣狀態(tài)進(jìn)行換算，壓縮機(jī)進(jìn)口制冷劑為過熱態(tài)，因此需要?dú)怏w流量計(jì)測量壓縮機(jī)的吸氣量，本試驗(yàn)臺選用氣體渦旋流量計(jì)，該流量計(jì)壓降較小，對制冷系統(tǒng)影響較小。選用一臺出廠合格的型號為ZR81KC—TFD—522的渦旋壓縮機(jī)進(jìn)行驗(yàn)證性校驗(yàn)試驗(yàn)。

2.3氦氣泄漏率換算

在靜態(tài)下測量制冷系統(tǒng)內(nèi)制冷劑的壓力為6 bar，這樣為了保持條件一致，向同一個(gè)容器中充注同樣6 bar壓力的氦氣，由于容器體積以及外部環(huán)境不變，在計(jì)算氦氣泄漏率時(shí)，只需要考慮氣體本身的性質(zhì)對泄漏率的影響。而氣體本身性質(zhì)對泄漏率的影響主要體現(xiàn)在氣體的粘滯系數(shù)上，即QAηA=QBηB式中：QA為A氣體的泄漏率（mbar·L/s）;ηA為A氣體的粘滯系數(shù)（Pa.s）;QB為B氣體的泄漏率（mbar·L/s）;ηB為B氣體的粘滯系數(shù)（Pa.s）。經(jīng)查閱相關(guān)資料，氦氣與R407C的粘滯系數(shù)比為1.38，可以計(jì)算出6 bar氦氣的泄漏率為QHe=1.263×10-4/1.38=9.15×10-5mbar·L/s。

2.4空氣系統(tǒng)風(fēng)量對比

在20℃工況下，進(jìn)行空氣系統(tǒng)循環(huán)風(fēng)量的測量。風(fēng)速的理論值和實(shí)測值對比如圖4所示。經(jīng)過冷凝器、蒸發(fā)器、風(fēng)閥2和進(jìn)出口的循環(huán)風(fēng)量接近理論值。經(jīng)過風(fēng)閥5的熱回風(fēng)風(fēng)量偏小，造成此現(xiàn)象的原因?yàn)椋海?）常規(guī)風(fēng)閥在閥片全閉時(shí)，漏風(fēng)量一般不超過5%。本試驗(yàn)臺中，送風(fēng)機(jī)豎直安裝，風(fēng)速較大且風(fēng)豎直向下吹，導(dǎo)致風(fēng)閥6漏風(fēng)嚴(yán)重，因此通過出風(fēng)口和風(fēng)閥5熱回風(fēng)的總風(fēng)量減小。（2）試驗(yàn)臺控制在2m×2m×2m空間內(nèi)，風(fēng)道較緊湊，風(fēng)閥5的測點(diǎn)位于風(fēng)道轉(zhuǎn)彎處，風(fēng)在轉(zhuǎn)彎時(shí)會發(fā)生湍流現(xiàn)象，導(dǎo)致熱線風(fēng)速儀測量風(fēng)速出現(xiàn)較大偏差。風(fēng)閥5風(fēng)量偏小，導(dǎo)致風(fēng)閥6處于全閉狀態(tài)。后期應(yīng)對風(fēng)閥6嚴(yán)密性進(jìn)行改進(jìn)。

2.5壓縮機(jī)試驗(yàn)臺精度

選用標(biāo)準(zhǔn)機(jī)進(jìn)行壓縮機(jī)排量測試。當(dāng)電流頻率為50Hz時(shí)，壓縮機(jī)設(shè)計(jì)排量為19.23m3/h。為了獲得壓縮機(jī)排量試驗(yàn)臺調(diào)試過程中各處的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，用溫度及壓力傳感器分別采集各個(gè)測點(diǎn)的溫度及壓力，為便于記錄壓縮機(jī)排量試驗(yàn)臺的測試數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)了空調(diào)壓縮機(jī)排量試驗(yàn)臺調(diào)試程序界面。

3實(shí)施效果

為保證氦氣檢漏的準(zhǔn)確性和可靠性，將檢漏工序設(shè)置在密閉的空間進(jìn)行，并通過調(diào)節(jié)來保證溫度的穩(wěn)定。制冷劑泄漏時(shí)，會在漏孔附近長時(shí)間停留，由于比重比空氣大，會在空調(diào)機(jī)組底部匯集，對于檢測底部管路焊口造成難度，而氦氣沒有這種特性，其比重小，很快飛散到空氣中，不會造成誤判。在用氦氣進(jìn)行檢漏時(shí)，將測頭靠近焊接縫隙或接頭處，在每個(gè)焊接縫隙或接頭停留1秒左右，并均勻環(huán)繞移動，檢測效率大幅提升。

結(jié)語

通過對各車輛段鐵路空調(diào)客車制冷故障的調(diào)研可知鐵路空調(diào)客車在投入運(yùn)用10年后，空調(diào)裝置極易出現(xiàn)制冷故障。主要是由于使用時(shí)間較長，其壓縮機(jī)、蒸發(fā)器冷凝器等部件老化、腐蝕，通過以上實(shí)例可見在外界溫度不高時(shí)制冷效果還可以，但隨著外界溫度升高其制冷狀態(tài)就逐漸變差，當(dāng)外界溫度達(dá)到40℃及以上時(shí)其制冷作用就更差。因此，提出幾個(gè)方面的建議：①當(dāng)鐵路空調(diào)客車的使用壽命超過10年后，在實(shí)施廠修時(shí)應(yīng)更換空調(diào)機(jī)組;對不到廠修期而運(yùn)用中機(jī)組狀態(tài)很差的更換機(jī)組或其關(guān)鍵部件，如壓縮機(jī)、蒸發(fā)器、冷凝器等。②根據(jù)列車運(yùn)行線路，對各車輛段開往南方溫度較高地方的列車，尤其是暑期外界溫度有相當(dāng)長時(shí)間達(dá)到或超過40℃的列車，編掛的客車空調(diào)裝置狀態(tài)要盡可能好，以避免因高溫制冷效果差而帶來的不良反映。③加強(qiáng)對鐵路空調(diào)客車空調(diào)機(jī)組的維護(hù)，在每年的客車春秋季整修中對空調(diào)機(jī)組進(jìn)行開蓋檢查，特別是在春季整修空調(diào)機(jī)組即將投用前，并對其蒸發(fā)器、冷凝器等進(jìn)行清洗除塵，以保證機(jī)組良好的換熱效果。④建議各客車車輛段根據(jù)客車配屬量，儲備一定量的空調(diào)裝置關(guān)鍵配件，以滿足客車運(yùn)用及定期檢修的需要。

參考文獻(xiàn)：

[1]沈維道、童鈞耕.工程熱力學(xué).高等教育出版社，2009.11.

[2]吳業(yè)正等編.制冷與低溫技術(shù)原理.北京：高等教育出版社，2004.

[3]邵雙全等.制冷劑充灌量和毛細(xì)管長度對空調(diào)性能的影響.低溫工程.2002年第2卷.

[4]《鐵路客車電氣裝置檢修規(guī)則（試行）》（鐵總運(yùn)[2015]29號）.北京：中國鐵道出版社出版發(fā)行，2015.1.

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