空调及电热系统常见故障处理

时间：2022-11-07 百科知识版权反馈

【摘要】：目前，空调与制冷装置被广泛应用于城轨车辆上，车辆客室内的空气调节已成为车辆舒适乘车环境的标志。空调机组处理后的空气经风道送到客室、司机室。用来显示系统运行时制冷剂量和流动情况，而示镜中心部位的圆芯则用来指示制冷剂的含水量。

【项目描述】该项目主要介绍轨道交通车辆的空调及电热系统结构及功能；空调及电热系统的常见故障现象和原因分析；空调及电热系统的常见故障的处理方法及预防措施等。

【学习目标】学习掌握轨道交通车辆空调及电热系统结构及各部分功能；掌握空调及电热系统的常见故障现象和发生原因；掌握空调及电热系统的常见故障的处理方法及日常的预防措施和检查要点等。

【技能目标】掌握轨道交通车辆的空调及电热系统结构；能识别空调及电热系统的故障，并对故障原因进行分析；掌握空调及电热系统常见故障的处理方法及预防措施。

【活动场景】在城轨车辆检修现场讲解（或使用多媒体展示）城轨车辆空调及电热系统的结构组成及主要功能。

【任务要求】掌握城轨车辆空调及电热系统的组成及主要功能。

【知识准备】

随着我国经济的快速发展，人们生活质量的逐步提高，出门旅行的人数越来越多，人们对乘坐交通工具的舒适性要求也越来越高，为了满足广大旅客的需要，无论是长途旅客列车，还是近程的交通车辆，都把车辆客室的空调作为提高旅客舒适度、改善乘车环境的主要手段。目前，空调与制冷装置被广泛应用于城轨车辆上，车辆客室内的空气调节已成为车辆舒适乘车环境的标志。

（1）城轨车辆空调及电热系统组成

1）电热系统

电采暖装置主要通过对流换热来加热客室内的空气，一般将电热装置安装在客室座椅下面，如图6．1所示。当电热器接通电源后电热管开始放出热量，将周围的空气加热。由于电热器罩只有一面通向客室，因此被加热的冷空气通过电热器罩表面的穿孔板流向客室。热空气比重小，气流由下向上运动，形成自然对流，进行热交换，达到将乘客区的空气加热到适当的温度以满足舒适性的要求。因此，电热器罩板下部温度低而上部温度高。

2）空调系统

一般客室空调机组为单元式结构，安装在车顶两端，如图6．2所示。新风通过空调机组自带的新风口吸入，与客室内回风混合后，经空调机组蒸发器冷却进入客室。空调机组处理后的空气经风道送到客室、司机室。

图6．1　客室电热装置

图6．2　车顶空调装置

3）幅流风机

幅流风机在电机的带动下，除了叶轮转动外，蜗壳做70°范围内摆动，如图6．3所示。幅流风机工作后，通过幅流格栅，可提高客室内的气流速度，改变气流的流动方向，使客室内的温度、相对湿度均匀分布，达到改变乘客的“体感温度”，提高舒适性的目的。

图6．3　幅流风机

4）空调控制系统

由微机控制自动调节，保证客室的温度在规定设定的范围，同时起到自动保护空调设备的作用。一般由设备的控制器、保护元件及相关仪表和电路等组成。目前，大多数城轨地铁采用电脑智能化的控制方式，车内温度随环境温度变化而变化。采用UIC的标准，通过软件进行计算来获得最舒适的温度值，由微机控制自动调节，司机不需要设定温度。

（2）空调系统的工作原理及组成

空调用蒸气压缩式制冷系统的原理如图6．4所示：它主要由压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器等部件组成，并用管道将其各部件连成一个封闭的系统。液态制冷剂通过制冷系统回路的不断循环产生，并在蒸发器内蒸发，制冷剂在蒸发器内与被冷却空气发生热量交换，吸收被冷却空气的热量并汽化成蒸气，压缩机不断地将产生的蒸气从蒸发器中抽走，并压缩制冷剂，使其在高压下被排出；经压缩后的高温、高压蒸气在冷凝器内被周围的空气冷却，凝结成高压液体；利用热力膨胀阀使高压液体节流，节流后的低压、低温蒸气进入蒸发器，再次汽化，吸收被冷却空气的热量，如此周而复始。

空调系统主要部件及作用：

图6．4　空调系统的工作原理

1）制冷压缩机

制冷压缩机的作用是将来自蒸发器的低温、低压气态制冷剂压缩成高温、高压的气体。空调机组的制冷压缩机主要有活塞式、螺杆式和涡旋式3种。普通厚度空调可采用涡旋式压缩机或活塞式压缩机。活塞式压缩机是比较常用的压缩机，价格比较便宜。薄型空调可采用全封闭涡旋式或螺杆式压缩机。全封闭涡旋式压缩机是当前最先进的制冷压缩机，如图6．5所示。在抗震动、抗液机以及频繁启停等方面具有优异的性能，特别适合于冲击和震动大的运输工具上。

图6．5　卧式全封闭涡旋式压缩机

图6．6　冷凝风机

2）冷凝器和冷凝风机

冷凝器为主要热交换设备，高压、过热的制冷剂蒸气在冷凝器中放出热量后，凝结成饱和液体或过冷液体。

车辆用空调装置采用的是空气冷却式冷凝器，制冷剂在管内冷凝，空气在管外流动，制冷剂放出的热量被空气带走。检修过程中需定期清扫和清洗冷凝器，其目的是增强换热器的传热系数，提高制冷剂和管壁间的换热系数，保证机组的正常运行和设计的制冷量。

为了增强换热时的空气流动循环，空调机组采用强迫通风的对流冷却，并通过两台轴流式风机来强化制冷剂在冷凝器中的凝结放热过程，如图6．6所示为冷凝风机。

3）蒸发器

制冷剂在蒸发器内吸热汽化，制冷剂在蒸发器内由液态变成气态，制冷剂在蒸发器内为汽化吸热过程。在蒸发器中，来自膨胀阀出口处的制冷剂，通过分配器从管子的一端进入蒸发器，吸热汽化，并在到达另一端时让制冷剂全部汽化，从而吸收管外被冷却空气的热量，空气的热量被蒸发器内的制冷剂吸收后温度降低，达到冷却空气的目的。

4）送风机

送风机一般为两台离心式风扇，兼有吸风和送风的双重功能。一方面，通过新风格栅吸入新风，并使它与回风混合；另一方面，将经过蒸发器冷却、减湿后的空气通过风机输送到客室的送风管道中，并被送到客室内，达到调节客室温度、湿度的目的，如图6．7所示为离心式通风机。

图6．7　离心式通风机

5）热力膨胀阀

膨胀机构位于冷凝器之后，它使从冷凝器来的高压制冷剂液体在流经膨胀机构后，压力被降低而进入蒸发器，它除了起节流作用外，还起调节进入蒸发器制冷剂流量的作用。通过膨胀机构的调节，使制冷剂离开蒸发器时有一定的过热度，避免制冷剂液体进入压缩机。

6）阀件

每台空调机组用的阀主要包括：压缩机的卸载阀、制冷管路上的液管电磁阀和手动截止阀、控制压缩空气风缸的组合电磁阀。

7）贮液器

用于贮存由冷凝器来的高压液体制冷剂，以适应工况变化时制冷系统中所需制冷剂量的变化，并减少每年补充制冷剂次数。在贮液器的中部设有一个可视液面的浮球，机组运行到稳定状态后，若制冷剂充足则视镜中的小球应上浮。

8）干燥过滤器

由于制冷系统在充灌制冷剂前难以做到绝对干燥，总含有少量的水汽。当制冷循环系统中存在水分时，一旦蒸发温度低于0℃，就会在节流机构中产生冰堵，影响系统的正常运行。

干燥过滤器中的干燥剂用来吸收制冷循环系统中的水分，过滤器用来清除系统中的一些机械杂质，如金属屑和氧化皮等，避免系统中出现的“冰堵”和“脏堵”。

9）流量／湿度指示器

用来显示系统运行时制冷剂量和流动情况，而示镜中心部位的圆芯则用来指示制冷剂的含水量。当圆芯纸遇到不同含水量的制冷剂时，其水化合物能显示不同的颜色，从而根据纸芯的颜色来判断含水的程度。纸芯的颜色变化可显示出制冷剂的含水量情况：正常、警示、超标，当纸芯的颜色为紫色时表明正常，当纸芯颜色开始偏红就说明系统中制冷剂的含水量已到了需加强跟踪的警示位置，一旦纸芯颜色为粉红色就必须尽快更换干燥过滤器。

检修中，在制冷系统运行情况下，若流量指示器中有气泡出现，则必须确认管路是否有堵塞的问题，否则说明制冷剂量不足，须及时补加制冷剂，不然容易导致系统因低压问题出现的故障。

图6．8　压力开关

10）压力开关

压力开关有高压压力开关和低压压力开关两种，如图6．8所示。当制冷系统的压力异常高时，高压压力开关动作，使压缩机停止运行，避免意外事故的发生和设备的损坏。

11）温度传感器

空调系统分别在客室、新风入口、送风管道处设有温度传感器，用于监测客室温度、环境温度和已处理空气的温度，通过对温度采样值的判断来控制空调机组的运行模式。

（3）空调系统的通风流程

空调系统的通风流程如图6．9所示。

图6．9　空调系统的通风流程图

【任务实施】

1．在检修生产现场能够识别空调装置的主要部件名称。

2．对空调装置的主要部件说明其功能作用。

3．能够描述空调系统的通风流程。

【效果评价】

评价表

续表

【活动场景】使用多媒体展示城轨车辆空调及电热系统的常见故障及原因分析。

【任务要求】能够识别城轨车辆空调及电热系统的常见故障，并对故障原因进行分析。

【知识准备】

电热故障主要分为：电热管故障、电热保险故障、继电器故障等；空调故障主要分为：主回路故障、控制回路故障和器件故障；幅流风机故障主要分为：控制电路故障、器件故障等。

（1）电热装置常见故障

电热器发生故障分为电热器组成故障、控制回路故障、保险及继电器故障。发生故障时，根据相应的故障现象进行排查处理，见表6．1。

表6．1　电热装置常见故障及原因一览表

（2）幅流风机常见故障

幅流风机常见的故障有异响、不转等问题，见表6．2。

表6．2　幅流风机常见故障及原因一览表

（3）空调系统常见故障

空调机组常见的故障大致可以分为3类：一类是制冷系统故障；一类是电气控制系统故障；另一类则为机组机械故障。

1）制冷系统故障

制冷系统中制冷剂泄漏是最常见的故障，其泄漏部位主要发生在管路的焊接处、压缩机吸排气口的连接处、压力开关的引接处等，由于管路焊接不良或车辆运行中冲击、震动造成连接螺钉松动或连接部位多次震动后出现裂纹原因均可引起系统泄漏。制冷剂的泄漏点不同，其泄漏程度也不尽相同。较轻微的泄漏可引起制冷量不足，低压压力过低而压力开关保护动作，蒸发器吸热不足等现象，严重的泄漏可造成机组制冷不良。在制冷剂已漏光，系统中混入空气，压缩机继续运转将最终导致压缩机因过热而被烧毁。

压缩机低压压力过低可能的原因有：制冷系统有泄漏；制冷剂不足；膨胀阀等低压处开启不足；外界温度过低；蒸发器入口有堵塞。

制冷系统中真正导致压力过高的最大可能是系统中混入了空气。空气可能是在机组低压部分压力偏低时被压缩机吸入，或者是在维修中因操作不当而使空气混入到系统中。由于空气是不凝性气体，它在系统中的存在将直接产生如下不良后果。如造成压缩机负荷增大，且温升异常，电机过热或烧损；冷凝压力上升，制冷量下降；高压压力开关动作，系统无法正常运行。一旦发现有空气混入系统中，必须立即加以处理。导致压缩机高压过高的原因还包括：外界温度过高；冷凝器入口或出口有堵塞；冷凝器脏；制冷剂过多；冷凝风机不工作或工作异常。

2）电气故障

通常电气控制方面出现的故障，可根据控制系统读出的故障代号，结合电路控制图的控制逻辑进行查找。但有时某些故障现象可能不太明显，难以直观地判断出故障发生的原因，因此可以借助PTU，通过控制器和PTU之间的通信连接，借助故障分析软件，根据记录故障发生过程中的数据来分析信号之间的逻辑关系，从而判断故障真正的原因。

电气系统故障主要包括以下4种：

①短路故障。

短路故障主要是电气设备的绝缘因老化、变质、机械损坏或过电压击穿原因被破坏而导致出现的故障。

②缺相故障。

城轨车辆空调的压缩机、送风机和冷凝风机一般都采用380 V交流电源供电，由于接线松脱或其他人为原因，导致三相有一相缺相的故障，大多数都设有缺相保护继电器用来保护设备。

③反相故障。

当压缩机、送风机和冷凝风机的三相连接的顺序错误时将导致反相故障，此时压缩机、送风机、冷凝风机反向运转，压缩机反向运转时噪声较大，且很快导致压缩机烧损，送风机、冷凝风机反转时进风和出风方向刚好颠倒。

④继电器故障。

控制空调机组各部件启停的继电器，由于老化或其他原因，则会出现继电器卡滞或不能动作的故障。

3）机组机械故障

在车辆运行过程中，空调机组出风口漏水是常见的问题之一，时常会导致乘客投诉和影响司机驾驶操作。主要出现在空调机组底部附近客室内顶棚、灯具处漏水。其原因主要体现在以下4个方面：

①空调机组蒸发器底部接水盘的排水孔出现脏堵，冷凝水通过排水孔外流动的阻力增加，接水盘水位升高，通风机将冷凝水吸入到风道，造成漏水。

②排水管路堵塞，蒸发腔的冷凝水就排水困难，水位升高，冷凝水流到通风机腔，在通风机的作用下吹进风道，造成漏水。

③新风干球温度较高，相对湿度较大，新风口开度过大，空调出风进入过饱和状态，导致出风口滴水。

④空调机组隔板密封胶缺涂或出现老化剥离时，蒸发腔的冷凝水通过其中的缝隙流到通风机腔，在通风机的作用下吹进风道，造成漏水。

空调机组漏水问题需要设计厂家不断地改善机组的结构设计，运用单位加强空调机组的定检检验和维护，消除运用中出现的漏水问题，进一步提高旅客的舒适性。

空调机组冷凝器、蒸发器铝翅片变形是常见的现象，如图6．10所示，一般属人为作业时工具碰撞所致。虽然对制冷系统不会造成影响，但变形面积大会影响系统与外界热交换，可使用翅片校正工具来修复。

图6．10　冷凝器翅片变形

空调机组在运用中一般还存在下列常见故障现象，见表6．3。

表6．3　空调机组常见故障

【任务实施】

1．在车辆检修现场能够对电热管的故障进行处理，更换电热管。

2．在车辆检修生产现场能够对空调电器故障进行处理，更换开关或继电器等；

3．在车辆检修生产现场能够对空调的机械故障进行处理，对散热片变形进行调整。

【效果评价】

评价表

【活动场景】使用多媒体展示城轨车辆空调及电热系统常见故障的处理方法及预防措施。

【任务要求】掌握城轨车辆空调及电热系统的常见故障的处理方法和部件检查要点。

【知识准备】

空调控制系统出现故障时会向列车监控系统报故障，检修或司机可先查看车辆TMS，检查是哪节车辆发生故障，同时查看故障履历，检查是否曾经发生过同样故障。并通过故障代码和故障现象诊断并及时作出相应处理。

客室幅流风机出现故障需要检查机械部分是否有刮蹭，电源控制系统是否存在故障，电机是否有烧焦味。

电热装置故障主要检查控制电源及电热管的接线是否良好。

下面主要讲述空调制冷剂的检漏方法及加注方法。

（1）制冷剂的检漏方法

制冷剂的检漏一般采用外观检查、泡沫检漏、电子检漏仪和测工作电流4种方法。

1）外观检查

由于制冷剂泄漏会渗出冷冻油，一旦发现管路某处有油迹的话，可用白布擦拭或用手直接触摸检查，并作进一步确认。

图6．11　电子检漏仪检漏

2）泡沫检漏

这是一种简便的方法，用混有清洁剂的水涂在预计可能发生泄漏的被检处，若该处有泄漏的话，将会出现气泡，从而可以确定出确切的泄漏发生位置。

3）电子检漏仪

用电子检漏仪接近被检处，一旦检漏仪测到有泄漏现象，将发出异常的声音予以提示，此时应擦拭干净触头，在怀疑处再次测试确认，如图6．11所示。

4）测工作电流

压缩机正常工作电流应接近于额定电流，如果电流过大，则表明制冷剂加多了；反之，电流过小，则制冷剂不够。这要求在系统和电路正常的情况下进行测试。

（2）制冷剂加注方法

制冷剂加注一般都是采用低压加注和静态加注两种方法。

1）低压加注

启动空调机组制冷运行（通过应用软件强行启动制冷运行），从压缩机低压处加注，观察加注后的压力到正常工作范围值（不同类型的制冷剂，该范围值均不同）。当加到压缩机低压处的压力达到范围值即停止，再观察空调的制冷效果。如果空调制冷效果良好，测试高压压力，其工作压力不能超过高压范围。

2）静态加注

停止空调机组运行，从加注口片加注制冷剂，当系统压力达到相应要求时为合适，再让空调运行制冷30min，然后再作仔细检查。

（3）制冷剂加注注意事项

空调机组加注制冷剂时应注意：加注时一定要缓慢注入，加注一定量后让空调运行10min左右，再测压力和电流，不够时再分次加注，不能以运行前的压力和电流作为标准，那样的话，很可能已经加多了。冬天，加制冷剂时，可以人为地使室内温度传感器达到能够制冷的温度从而使空调制冷运行或通过相关软件强行使空调制冷运行。

空调及电热系统检修的关键部件及注意事项：

1）电热系统

电热管上的灰尘和其他污染物能够使电热管发热效果下降，严重影响电加热器的性能。检查、维修间隔取决于环境空气的污染程度和系统的运行时间，一般检修周期为一年。清洁电热管的方法如下：

①打开电热器罩壳，用软毛刷轻轻刷掉电热器表面灰尘。

②用真空吸尘器吸掉刷下来的灰尘。

2）幅流风机

风机长时间运转，会在叶轮、集风器表面积污垢，如不及时清扫，会对叶轮的动平衡产生影响，风机运转时会产生震动，异常音响。当积少量灰尘时，可用软毛刷清扫，可在钢结构上进行，不必拆卸，若灰尘较多时，应把产品拆卸下来，卸下叶轮、集风器，以免产生扭曲变形，产生震动异常音响，影响设备运行。平时要检查风机运转是否灵活，有无异音现象，否则更换轴承，检查橡胶件是否老化等。

3）空调系统

①冷凝器。冷凝器的散热片上落上灰尘异物时会影响换热效率，使高压侧的压力升高，所以需进行定期检查、清扫或清洗。清扫时，把压缩空气按运转时的反方向吹入肋片间隙或从脏物附着多的一侧用吸尘器进行吸尘。特别脏时，应使用专用洗涤剂进行清洗。

②蒸发器。蒸发器弄脏，会使室内通风机风量减小，冷量不足，甚至会导致蒸发器表面的凝结水被通风机吹入风道内，并通过出风口滴入车内，所以视灰尘的附着情况应定期清扫或清洗。清扫时，从脏物附着多的一侧用吸尘器进行吸尘。特别脏时或存在油污时，应使用专用洗涤剂进行清洗。

③排水系统。定期检查、清洗排水口，并疏通排水管，使之不被垃圾或异物等堵塞。

④前盖板门锁检查。定期检查前盖板门锁，当锁舌出现细小裂纹时必须进行更换。定期检查前盖板，前盖板原则上不允许踩踏，当前盖板出现变形，或当前盖板门锁锁紧后前盖板出现松动时，查明原因，及时进行维修或更换门锁。

⑤冷凝风机。运转时，发现有异常声音；震动时，需更换轴承或电机。

⑥通风机。可用软毛刷刷洗附着在叶片内侧的灰尘（注意不要使叶片变形）。运转时，发现有异常声音；震动时，请更换球轴承。

⑦隔热材料检查。目测蒸发器室中隔热材料是否老化：如发现隔热材料表面有明显裂痕、明显损伤、与箱体黏结处有开胶现象，须除去老化或损坏部分，换粘新的相应隔热材料。

⑧减震器检查。减震器不需特殊维护，如损坏或失效，应予以更换。当目测减震器表面有明显的裂纹或空调机组或压缩机有异常的震动和噪声。

⑨紧固件检查（压缩机、风机、电加热器和终端的螺栓）。通过查看螺栓防松标记或以锤轻击来检查各元件（如压缩机、风机、电加热器、电气元件终端等）的安装螺栓是否松动。

电气连接检查。确认电线端头连接及其紧固螺栓连接牢固、可靠。