空气调节的概念与原理的认知

项目9　城市轨道交通车辆空调系统

【项目描述】

城市轨道交通车辆空调系统是调节车厢内空气的温度、湿度、洁净度和气流速度的装置,是满足乘客乘坐安全和舒适的重要设备,本项目简要介绍了空气调节与制冷、制热基本原理、城市轨道交通车辆空调系统的构成、空调机组装置及内部部件、车辆通风、加热装置,以及典型城市轨道交通空调机组的技术参数和日常维护等内容。

【学习目标】

1.掌握空调制冷、制热原理和空调系统的构成。

2.了解空气调节主要分类和作用。

3.掌握蒸汽压缩式制冷的4个过程。

4.了解我国城市轨道交通车辆空调系统的主要装置。

5.掌握我国现有城市轨道交通车辆典型空调机组及其维护。

【技能目标】

1.能够说明和分析城市轨道交通车辆空调系统的构成和主要装置的作用。

2.能够根据城市轨道交通车辆空调装置的技术参数,进行城市轨道交通车辆空调机组的一般日常维护和保养工作。

任务1　空气调节的概念与原理的认知

【活动场景】

空气调节,简称“空调”,与我们的生活已密不可分。本任务可在以下两种工作场景完成：一是在有空调实训设施的实验室通过透明的空调原理演示模型或打开家用空调机的外盖板；二是在城轨车辆空调检修基地对照打开单元式空调机组的外盖板,进行现场教学。

【任务要求】

1.掌握空调的概念及分类。

2.掌握蒸汽压缩式制冷原理及其4个过程。

3.了解热泵制热原理。

【知识准备】

(1)空调系统的概念

用人为的方法处理室内空气的温度、湿度、洁净度和气流速度的系统,称为空气调节系统,简称空调系统。

通过空调系统可使某些场所获得具有一定温度、湿度和空气质量的空气,以满足使用者及生产过程的要求和改善劳动卫生和室内气候条件。根据空气调节的使用分为舒适性空调和工业性空调两大类,城轨车辆空调为舒适性空调。根据空气调节的目的分为：制冷系统、供热系统、除湿系统、除尘系统等。

(2)空调系统的分类

1)按空气处理设备的集中程度划分

按空气处理设备的集中程度划分为集中空调系统、半集中空调系统和局部式空调系统。

①集中空调系统。集中空调系统的特点是所有的空气处理设备：风机、加热器、冷却器、加湿器、减湿器和制冷机组等都集中在空调机房内,空气处理后,由风管送到各空调房里,热源和冷源也是集中的。优点是处理空气量大,运行可靠,便于管理和维修,缺点是机房占地面积大。

②半集中空调系统。半集中式空调系统的特点是空调机房的空气处理设备只处理一部分空气,分散在各空调房间内还有空气处理设备,对室内空气进行就地处理,或对来自集中处理设备的空气进行补充再处理。诱导系统、风机盘管、新风系统就是这种半集中空调系统的典型例子。

③局部式空调系统。局部式空调系统是将空气处理设备全部分散在空调房间内,又称为分散式空调系统。通常使用的各种空调器就属于此类。空调器将室内空气处理设备、室内风机等与冷热源与制冷剂输出系统分别集中在一个箱体内。分散式空调只向室内输送冷热载体,而风在房间内的风机盘管内进行处理。

2)按负担冷热负荷的介质划分

按负担冷热负荷的介质划分为全空气系统、空气-水系统和制冷剂式系统。

①全空气系统。全空气系统是空调房间的冷热负荷全部由经过处理的空气来承担,比如,集中式空调系统就是这种系统。

②空气-水系统。空气-水系统是空调房间的冷热负荷既靠空气,又靠水来承担,比如,风机盘管加新风系统就是这种系统。

③制冷剂式系统。制冷剂式系统是空调房间的冷热负荷直接由制冷系统的制冷剂来承担,比如,局部式空调系统就属此类。

3)按冷却介质的种类划分

按冷却介质种类划分为直接蒸发式系统和间接冷却式系统。

①直接蒸发式系统。制冷剂直接在冷却盘管内蒸发,吸取盘管外空气热量。它适用于空调负荷不大,空调房间比较集中的场合。

②间接冷却式系统。制冷剂在专用的蒸发器内蒸发吸热,冷却冷冻水(又称制冷剂水),冷冻水由水泵输送到专用的水冷式表面冷却器冷却空气。它适用于空调负荷较大、房间分散或自动控制要求较高的场合。

4)按采用新风量划分

按采用新风量划分为直流式系统、闭式系统和混合式系统。

①直流式系统。又称全新风空调系统。空调器处理的空气为全新风,送到各房间进热湿交换后全部排放到室外,没有回风管。这种系统卫生条件好,能耗大,经济性差,用于有有害气体产生的车间、实验室等。

②闭式系统。空调系统处理的空气全部再循环,不补充新风的系统。系统能耗小,卫生条件差,需要对空气中氧气再生和备有二氧化碳吸式装置。如用于地下建筑及潜艇的空调等。

③混合式系统。空调器处理的空气由回风和新风混合而成。它兼有直流式和闭式的优点,应用比较普遍,如宾馆、剧场等场所的空调系统。

(3)蒸汽压缩式制冷原理

如图9.1所示为蒸汽压缩式制冷的原理图,制冷系统中制冷剂的低压蒸汽被压缩机吸入并压缩为高压蒸汽后排至冷凝器,同时轴流风扇(冷凝风机)吸入的室外空气流经冷凝器,带走制冷剂放出的热量,使高压制冷剂凝结成高压液体。高压液体经过节流机构后,在蒸发器内蒸发,吸收周围的热量,同时送风机使空气不断进入蒸发器的翅片间进行热交换,并将放热后的空气送向室内。因此,室内空气不断循环流动,达到降低温度的目的。

蒸汽压缩式制冷循环是全封闭的系统,可概括为4个过程：蒸发过程-压缩过程-冷凝过程-节流过程。简单地说8个字,即蒸发、压缩、冷凝、节流。

①蒸发过程。低压低温液体在蒸发器内蒸发,吸收室内空气热量,变成低压高温蒸汽。液体制冷剂经节流元件流入蒸发器后,由于压力的降低,开始沸腾汽化,其汽化(蒸发)温度与压力有关。液体汽化过程中,吸收被冷却介质——空气的热量,这些介质由于推动热量而温度降低,实现了制冷的目的。液体的汽化是一个逐渐的过程,最终所有的液体变为干饱和蒸汽,继而流入压缩机的吸气口。

②压缩过程。低压高温蒸汽在压缩机中压缩为高压高温蒸汽。为维持一定的蒸发温度,制冷剂蒸汽必须不断地从蒸发器中引出,从蒸发器出来的制冷剂蒸汽被压缩机吸入并被压缩成高压气体,且由于压缩过程中,压缩机要消耗一定的机械能,机械能又在此过程中转换为热能,所以制冷剂蒸汽的温度有所升高,制冷剂蒸汽呈过热状态。

③冷凝过程。高压高温蒸汽在冷凝器中被室外空气带走热量,冷凝成高压低温液体。从制冷压缩机排出的高压制冷剂蒸汽,在冷凝器放出热量,把热量传给它周围的介质——冷凝风机强迫吸入的空气,从而使制冷剂蒸汽逐渐冷凝成液体。在冷凝器中,制冷剂蒸汽向介质散发热量有两个基本条件：一是制冷剂蒸汽冷凝时的温度一定要高于周围介质的温度,压根保持适当的温差；二是根据压缩机送入冷凝器的制冷剂蒸汽的多少,冷凝器要有适当的管长和面积,以保证制冷蒸汽能在冷凝器中充分冷凝。

图9.1　制冷循环原理图

④节流过程。高压低温液体经过节流机构后成低压低温液体。从冷凝器出来的制冷液体经过降压设备(如节流阀、膨胀阀等)减压到蒸发压力。节流后的制冷剂温度也下降到蒸发温度,并产生部分闪发蒸汽。节流后的气流混合物进入蒸发器进行蒸发过程。

压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器4大主件组成。用人为方法使制冷剂在密闭系统内进行物态(气态、液态)变化,达到连续、稳定提供冷量的一套制冷装置。整个制冷过程就是通过这4个装置形成一个循环系统,如此反复循环,从而不断使温度得到降低。

由制冷压缩机抽吸从蒸发器流过来的低压、低温制冷剂蒸汽,经压缩机压缩成高压、高温蒸汽而排出,这样就把制冷剂蒸汽分成了高压区和低压区。从压缩机的排出口至节流元件的入口端为高压区,该区压力称高压压力或冷凝压力,温度称为冷凝温度。从节流元件的出口至压缩机的吸入口为低压区,该区压力称为低压压力或蒸发压力,温度称为蒸发温度。正是由于压缩机造成的高压和低压之间的压力差,才使制冷剂在系统内不断地流动。一旦高低压之间的压力差消失,即高低压平衡之一,制冷剂就停止了流动。高压区和低压区压力差的产生及压力差的大小,完全是压缩机压缩蒸汽的结果。压缩机不停地运转是靠消耗电能或机械能来实现的。

制冷系统中制冷剂的循环与空气循环是密不可分的。空气循环包括内、外两种空气循环回路。内空气回路,车内的循环空气由机组的通风机吸入,通过机组的蒸发器(或电加热器)得到冷却(或加热),并由机组底部出风口经风道的车顶格栅送入车内,向车内吹出冷风(或热风),并通过温度调节器自动调节车内空气温度,保持车内的一定舒适温度。外空气回路,冷凝器的冷凝借助于轴流风机,从机组两侧吸进外界环境空气,经过冷凝器后,向机组上方排出。通过空气流动带走冷凝器中制冷剂的热量,从而使制冷剂蒸汽逐渐冷凝成液体。

(4)热泵制热原理

如图9.2所示,热泵循环是制冷循环的逆过程。其采用一个四通换向阀,通过四通换向阀切换,改变制冷剂的流向。在夏季制冷工况下,制冷剂在冷凝器放热,被室外空气带走热量；在蒸发器吸热,带走室内循环空气的热量。在冬季制热工况下,四通换向阀切换,蒸发器和冷凝器换位。具体过程：制冷剂的过热液体在蒸发器内吸收室外低温空气的热量,蒸发成低压高温气体。低压高温气体经压缩机的压缩,变为高温高压气体。再在冷凝器中将热能释放给带有一定新风的室内高温空气、同时自身变为高压低温液体。高压液体在膨胀阀中减压,再变为过热液体,进入蒸发器,循环最初的过程。同时,室内空气不断循环流动,达到升高温度的目的。

图9.2　热泵循环原理图

【任务实施】

以西安地铁2号线车辆空调系统为例进行研究,对空调系统的基本工作原理进行了解。

(1)空调安装及故障情况下的运行

西安地铁2号线的空调机组采用顶置式安装,如图9.3所示。空调机组采用单冷形式、微机控制并具有自诊断功能。每辆车安装制冷能力为29kW的空调机组两台。当列车的一台辅助电源故障时,每一台空调机组自动减半运行。空调机组因故不能制冷时,保证适当的通风。全列车各空调机组在车辆运行时由司机集中控制,在维修时可由维修人员单独控制。

(2)空调的运行情况

空调装置设有4种工况：手动、自动、通风和停止,并可通过本车控制装置对空调进行控制,也可通过司机室内的显示器进行控制和温度设定。在手动工况时,空调机组根据各自的温度控制器所设定的温度进行客室内温度控制；在自动工况时,空调机组根据外界环境温度自动调节客室内温度。

图9.3　空调机组采用顶置式安装

(3)空调与车辆总线关系

空调机组可与列车总线网络进行通信,并可通过列车总线网络对空调机组进行控制。列车空调机组的启动方式：采用同步指令控制,分时顺序启动。空调机组设在可自动调节的新风口和回风口。

(4)空调的排风及回风

新风调节机构及回风口的气流调节装置能保证从全开到全闭范围内调整风量,确保制冷和紧急通风功能的需要。设置调节挡板,用于调节新风、回风的混合比例。空调机组采用带有挡水百叶窗的新风口并设过滤装置。新鲜空气的最小供给量：制冷时司机室人均新风量不少于30m3/h；客室内人均新风量不少于10m3/h(按额定载客人数计)；客室内仅有紧急通风时,人均供风量不少于20m3/h(按额定载客人数计)。空调机组回风口内设有调节挡板,可在紧急通风时将回风口关闭,使通过空调机组送入客室的风全部为新风。在紧急通风时由紧急通风逆变器对空调机组的风机供电,保证车辆的紧急供风。车顶部的排水采用管道式,禁止直排,并保证空调机组与车顶部安装处无积水。

【效果评价】

评价表

任务2　城轨车辆空调系统构成的认知

【活动场景】

城轨车辆的空调系统包括空调机组、风道、排风口、控制柜等装置(见图9.4)。本次任务建议在城市轨道交通车辆检修车间的空调检修班组进行现场教学,或者在城轨车辆空调实训演练基地进行。

图9.4　空调系统结构图

【任务要求】

1.了解城轨车辆空调的发展概况。

2.掌握城轨车辆空调系统的构成。

3.掌握城轨车辆空调各子系统的功能。

【知识准备】

(1)城轨车辆空调的发展

空调与制冷装置被广泛应用于我国的工农业生产和人们的日常生活,对我国国民经济发展和人民物质文化生活水平提高具有重要意义。城轨车辆客室内的空气调节已经成为城轨车辆舒适乘坐环境的重要标志,目前,我国国内新造的城市轨道交通车辆均安装了空气调节装置。随着城市化进程的加快和城市轨道交通的快速发展,旅客对城轨车辆空调的舒适性要求也越来越高,城市交通运营部门也对空调的舒适性和节能提出更高的要求。

目前,我国采用的轨道车辆空调类型多是传统的单冷型空调机组,有些机组装有电预热器,可对新风进行预热。单冷型机组不仅能耗浪费,而且还存在车厢内温度波动大等问题。近年来,随着变频技术逐步成熟,变频冷暖空调不仅能够有效地改进非变频空调系统的这些不足,使空调设备的输出功率随着负荷的增减而变化,起到明显的节能效果、节省运行费用。

(2)城轨车辆空调系统的构成

城轨车辆安装空调装置的目的是为广大乘客提供舒适的乘坐环境,主要控制车厢内空气的温度、湿度、气流速度和洁净度,在空调正常运行情况下,能够使人体保持热平衡而满足舒适感。

城轨车辆空调系统一般由通风系统、空气冷却系统、空气加热系统、空气加(减)湿系统以及自动控制系统共5大部分组成。其作用是将一定量的车外新鲜空气和车内再循环空气混合,经过滤、冷却或加热、减湿或加湿等处理后,以一定的流速送入车内,并将车内一定量的污浊空气排出车外,从而控制客室内温度、湿度、风速、清洁度及噪声,并使之达到规定标准,以提高车内的舒适性,改善乘车环境。

1)通风系统

通风系统的作用是将车外新鲜空气吸入并与车内再循环空气混合,在滤清灰尘和杂质后,再压送分配到车内,同时排出车内多余的污浊空气,以保证车内空气的洁净度以及合理的流动速度和气流组织。通风系统一般由通风机组、空气过滤器、新风口、送风道、回风口、回风道以及废排气口等组成。

城市轨道交通车辆车内空气的品质和气流组织不仅关系乘坐舒适度,还直接关系乘客的乘坐安全。因此,城市轨道交通车辆对车内空气具有一定要求。

①城市轨道交通车辆对风压的要求。城市轨道交通车辆普遍采用静压风道,使用静压风道能够降低噪声,使送风均匀,且可有效地防止外界未经处理的空气及灰尘的渗入。

②城市轨道交通车辆对风速的要求。城市轨道交通客车车内的空气流速,同样影响人体的散热。车内空气流速的增大可以加速人体表面的对流散热,促进人体表面汗液的蒸发,从而增加散热效果。

③城市轨道交通车辆对送风布置的要求。城市轨道交通车辆通常车内乘客较多,车辆内部要求做到全面送风。即使是空调机回风口区域,也要设送风口。否则气流受拥挤人群扰动、阻塞,局部区域内的乘客会感觉不到气流而不适。

④城市轨道交通车辆对新风量的要求。城市轨道交通车辆载客量大,车内人员密度大、流动大,在客室内,由于人的呼吸,车内氧气减少,二氧化碳含量增加,车内过多的二氧化碳会使旅客感到气闷、疲劳,当增加到一定浓度后就会影响人的健康。此外,车内还可能产生其他有害气体,使车内空气变得污浊。因此,必须不断更换车内的空气,使车内空气保持一定的新鲜程度。因此,按照卫生标准和要求,每人必须有10～30m3/h的新鲜空气量。

⑤城市轨道交通车辆对废排风量的要求。由于城市轨道交通车辆载客量大,客室内所需新风量大,使空调系统的通风量增大,从而也使客室的正压值增大。为保证客室内的压力平衡,需将客室内多余的空气排出车外,因此,城市轨道交通车辆一般需设置废排口或废排装置。城市轨道交通车辆废排口或废排装置的废排量应略小于或等于新风量,一般为新风量的90%～95%。

⑥城市轨道交通车辆对应急通风的要求。空调系统故障状态下的运行及紧急通风的要求。空调系统应自动转入紧急通风状态,此时由蓄电池提供DC110V电源,制冷压缩机和冷凝风机全部停止运转,仅通过专用逆变器给蒸发器风机提供交流电源使其工作,保证客室正常通风。同时,回风调节挡板将回风关闭,新风阀全部打开,输送空气全部为新鲜空气,以维持客室内的氧气含量及空气流动。在紧急通风状态下,蓄电池应保证通风系统一定时间的应急通风。

由此可见,通风系统是车辆空气调节的重要组成部分。城市轨道交通车辆的空调装置通风系统的通风量为新鲜空气量和再循环空气量之和。空调机组设有可自动调节的新风口和回风口。新风调节机构可保证从全开到全闭范围内调整新风量,回风口的气流调节装置可确保制冷和紧急通风功能的需要。调节机构设置调节挡板,用于调节新风、回风的混合比例。新风阀与排气阀同步,根据车辆载客量的不同,可调节不同的开度,改变新风量。

2)空气冷却系统

空气冷却系统(也称制冷系统)的作用是对车内的空气进行降温、减湿处理,使车内空气的温度与相对湿度保持在规定的范围内。冷却系统工作时,蒸发器将要送入车内的空气冷却,由于蒸发器表面的温度低于空气的露点温度,空气中的部分水蒸气就会凝结成水滴,形成通常所说的“空调水”。因此,空气在通过蒸发器冷却的同时也得到了减湿处理。为保证制冷系统安全、有效地工作,制冷系统除压缩机、蒸发器、冷凝器、节流装置4大件外,还配有贮液器、干燥过滤器、气液分离器等辅助设备。

空气冷却系统通常集中在空调机组内,为单元式机组装置。目前,国内城市轨道交通车辆大多采用的是单冷式空调机组,此外也兼具空气加热功能的冷暖空调机组。空气冷却系统将在下一任务中详细介绍。

3)空气加热系统

空气加热系统与空气冷却系统的作用相反,是对车内的空气进行加热处理。车辆空气加热方式主要有电加热、热泵制热和电(热泵)辅助加热3种。

①电加热是通过空调机组中的电加热器对新风进行预热,再与客室高温回风混合来保持车内温度的方式。适用于冬季较为温暖、空气加热负荷较小的地区。主要设备是空气预热器。另一种是地面电加热。使用客室电加热设备直接对客室中的循环空气进行加热。主要设备是客室电加热器,一般布置在座椅下或车内侧墙上,比如西安地铁2号线的电加热器就安装在座椅下。

②热泵制热是利用空调机组制冷系统转换蒸发器和冷凝器后的制热功能来实现的,热泵制热提高了机组的利用率,我国南方一些城市的城轨车辆较适合采用此种方式。

③电(热泵)辅助加热是机组制热与客室电加热混合使用的方式。在空调机组中加装特定设备(空气预热器或热泵),由空调机组完成预加热。再由客室电加热设备进行加热。

4)空气加(减)湿系统

空气加(减)湿系统的作用是对车内的空气湿度进行调节。客室内空气的相对湿度也是影响人体舒适的重要因素,当人体周围的相对湿度较大时,将要影响人体的蒸发散热,而使人们感到闷热。当人体周围的相对湿度较小时,人体的水分随人体热辐射散发,而使人们感到干燥。按照卫生标准和要求,相对湿度应为40%～70%。

通常情况下,夏季气候高温潮湿,需减湿；冬季寒冷干燥,需加湿。在夏季,一般是利用空调制冷开启的同时进行减湿；而在我国南方的一些地上轨道车辆,当空调制冷的除湿负荷能力达不到减湿负荷要求时,可采用先干燥新风、后与回风混合通过制冷减湿的方法来提高系统的减湿能力。在冬季,车内空气温度升高,其露点温度也随之升高,车内空气的相对湿度(相对湿度是指空气中的水汽距离饱和的程度,即气温与露点的差值)也随之变化。由于车内乘客的散湿量较大,因而通常不需要再进行加湿调节。加湿系统仅在某些对车内相对湿度要求较高的车辆内安装。

5)自动控制系统

自动控制系统的主要作用是控制通风、制冷或采暖系统的运行及停止。其余的控制任务是为让空调顺利工作提供一系列保障和辅助措施,如,电机间的启动顺序和互锁、避免压缩机频繁启动、运行信息的监控、各种故障的保护和处理、方便调试使用的手动功能、简单的温度设定等。空调控制系统一般采用微机控制方式,空调装置设有手动、自动、通风和停止4种工况。支持集中控制和本车控制,可通过本车控制装置对空调进行控制,通过司机室内的显示器进行控制。在手动工况时,空调机组根据各自的温度控制器所设定的温度进行客室内温度控制。在自动工况时,空调机组根据外界环境温度自动调节客室内温度。

目前,国内城市轨道交通车辆空调控制采用微处理器的控制系统,主要设备有本车空调控制柜、司机控制屏以及之间连接的通信设备。

【任务实施】

以西安地铁2号线车辆空调为例进行研究。

(1)空调机组概况

如图9.5和图9.6所示分别为西安场地铁2号线空调机组的结构图和空调机组的外形图。西安地铁2号线地铁车辆空调机组各零部件组装在一个不锈钢板制成的箱体内,加盖板后形成一个整体。空调机组的主要部件包括全封闭制冷压缩机2台、冷凝器2台、毛细管2组、蒸发器2台、干燥过滤器2个、离心风机2台、轴流风机2台、气液分离器2个、回风电动阀1个、新风电动阀2个、新风感温头1个、回风感温头1个等。

空调机组分为室内侧和室外侧,其中室内侧分为蒸发腔和新风腔,室外侧分为压缩机腔和冷凝腔。离心风机、蒸发器、回风电动阀、回风滤尘网等安装在蒸发腔；气液分离器、新风电动阀、新风滤尘网等安装在新风腔；压缩机、压力开关、干燥过滤器、电磁阀等安装在压缩机腔；轴流风机、逆止阀和冷凝器等安装在冷凝腔。空调机组的箱体和上盖全部采用SUS304不锈钢板制成。组成制冷系统的部件及配管全部用银钎焊连接,构成全封闭的制冷循环系统,作为制冷剂的R407C封闭在制冷系统内。空调机组的回风口在机组底部中间处,冷风出口在机组底部两侧,新风口在机组左右侧板的中间部位。空调机组新风腔处装有高效新风过滤网,车内回风口处装有高效回风过滤网,对车内循环风进行过滤。

(2)主要部件功能

①压缩机。制冷压缩机为全封闭卧式压缩机,是将电动机、压缩机构及供油系统组装在同一个密封的机壳内。制冷压缩机通过橡胶减振器安装在空调机组箱体内。制冷压缩机的作用是将来自蒸发器的低温低压的R407C气体压缩成高温高压的气体,并送往冷凝器。

②离心风机。室内侧通风机为直联多叶片式离心风机。室内侧通风机可以强化冷媒在蒸发器中的蒸发过程,并将经蒸发器冷却降温的空气或经电加热器加热升温的空气送入车内。

③轴流风机。室外侧通风机为直联轴流式风机,风机的叶轮安装在立式电机上,并采取防水结构。室外侧通风机用于强化冷媒在冷凝器中的凝结放热过程。

④蒸发器。西安地铁2号线的蒸发器为铜管套铝肋片式的。低温低压的气液混合的冷媒在蒸发器内蒸发,当车内循环空气和新鲜空气混合后,通过蒸发器时进行热交换。这时,空气的热量被蒸发器内的冷媒吸收,温度降低。

⑤冷凝器。其结构形式与蒸发器相同。高温高压的R407C气体,通过冷凝器时,在外界空气的强制冷却下,变成常温(约50℃)高压的冷媒液体。

图9.5　车辆空调机组结构图

图9.6　空调机组的外形和结构图

⑥毛细管。为一组内径极小的细长铜管,当高压液体冷媒流经这组高阻力管时,起节流降压的作用。

⑦干燥过滤器。将滤网固定在容器内,并封入干燥剂,过滤冷媒中的残余杂质,吸取冷媒中的残留水分。

⑧高、低压压力开关。高压开关,当制冷系统的压力异常高时,高压开关动作,停止压缩机的运转,保护制冷系统。高压开关的复位方式为自动复位。低压开关,当制冷系统的压力异常低时,低压开关动作,停止压缩机的运转,保护制冷系统。低压开关的复位方式为自动复位。

⑨电磁阀。旁通电磁阀(SV14,SV24),是保证压缩机在长时间停止后以及温度较低情况下启动时的轴承润滑,需要在一定时间内(从压缩机启动开始30s)打开电磁阀。容量控制电磁阀是配合压缩机内能量调节机构可以控制压缩机的容量,通过两个电磁阀的开闭及每台机组两台压缩机工作状态组合,进行全运转以及控制容量运转(约70%)的切换,可实现空调机组多级能量调节,制冷能力实现100%,70%,50%共3档。当打开高压侧(SV12,SV22),关闭低压侧时(SV13,SV23),为全运转状态；当打开低压侧(SV13,SV23),关闭高压侧(SV12, SV22)时为容量控制运转状态。液管电磁阀(SV11,SV21)是安置在冷凝器出口,防止压缩机停止时冷媒液倒流入压缩机侧,防止造成再次启动时润滑不良。逆止阀是安装在压缩机的排气管上,在压缩机停止时,防止冷媒液从排气管逆流回压缩机侧。

⑩吸气过滤器。是安装在压缩机的吸气管上,过滤吸气冷媒中的残余杂质。

(3)工作原理概述

1)制冷系统的工作过程

如图9.7所示为西安地铁2号线空调机组制冷系统工作的流程图。

图9.7　空调机组制冷系统流程图

由压缩机压缩成高温高压的R407C蒸汽,进入风冷冷凝器,经外界空气的强制冷却,冷凝成常温高压的液体,进入毛细管节流降压,变成低温低压的气液混合冷媒,然后进入蒸发器,吸收流过蒸发器的空气的热量,蒸发成低温低压的蒸汽,再经过气液分离器,被压缩机吸入,完成一个制冷循环。压缩机不断工作,达到连续制冷的效果。车内的空气通过蒸发器时,空气中的水分冷凝成水滴,被引到车外而起除湿作用。

2)车厢内的降温过程

车厢内的循环空气及由新风口引入的新鲜空气,由机组的通风机吸入,在蒸发器前混合,通过蒸发器得到冷却,并由机组底部出风口送入车顶通风道各格栅,向车内吹出冷风。在制冷系统连续工作下使车内温度逐渐降低,并由温度调节器自动调节车内空气温度。可在一定范围内调节车内空气温度。冷凝器的冷凝借助于轴流风机,从机组上方吸进外界环境空气,经过冷凝器后,向两侧排出。

【效果评价】

评价表

任务3　城轨车辆空调机组的认知和维护

【活动场景】

空调机组是空调系统最基础、最重要的部分,是对室内空气进行制冷(制热)处理的设备。本任务在城市轨道交通车辆检修车间进行现场教学。

【任务要求】

1.了解城市轨道交通空调的主要形式和分类。

2.掌握城市轨道交通车辆空调机组及内部主要部件的构成和功能。

3.了解KH29H空调机组基本情况和日常维护要求。

【知识准备】

(1)城轨车辆空调机组的形式

城轨车辆空调机组可为城轨车辆的司机室和客室提供冷风和新鲜空气,以提高司机驾驶和乘客乘坐的舒适性。城轨车辆空调机组主要由空调机、司机室送风单元、风道、送风格栅、幅流风机、废排装置和控制装置等组成。

城轨车辆空调系统有单机组形式和双机组形式。

①单机组形式,即一辆车设有一台单元式空调机组,通常设在车顶中部。单机组形式虽然节省了初装费用,但机组送风机功率足够大以满足整节车辆的通风要求,也存在车内风速不均匀的问题。

②双机组形式,即一辆车设有两台单元式空调机组,通常设在车顶两端。是目前城市轨道交通车辆常用的空调形式。每台机组有安装座,通过减振器固定在车顶凹处的平台上,并加设防护罩(罩板)以防灰尘和雨水。机组侧下面有出风口两处,回风口一处,其周围均设防风防雨密封胶条、胶垫与车体密封。风道系统送风经连接风道分为左、右两路,进入主风道。主风道采用均匀静压送风,以保证出风口送风的均匀性。空调机组送出的风进入车内主风道,并沿主风道在推进过程中进入静压箱,进行静压平衡调节,使沿车长方向的空气在静压箱中静压相等,并形成一定的静压值,空气通过静压箱上的开口将静压转换成一定的动压喷射出去。从相邻的空调机组主风道引支风管进入司机室送风机,经过风口调节后向司机室送风。主风道分前、中、后3部分贯通全车。主风道材质为铝板,外贴隔热吸声材料,通过法兰相互连接。空调机组下面两出风口之间为回风口。送风经外露软风道进入主风道,另两路左右回转,风道下面开有顺长风口,通过密封座与车内饰带送风口相通。

(2)城轨车辆空调机组的分类

城轨车辆空调机组的分类如下：

①按功能分为冷风型、电热冷热风型、热泵冷热风型、热泵辅助电热型。

②按结构分为整体式和分体式两种。

③按使用气候环境温度分为(以气候环境最高温度为准)

●T1　　45℃

●T2　　50℃

●T3　　55℃

(3)城轨车辆空调机组的主要部件

空调机组各零部件组装在一个不锈钢板制成的箱体内,加盖板后形成一个整体。空调机组内通常有两套独立的制冷系统,主要部件包括全封闭制冷压缩机2台、冷凝器2台、毛细管2组、蒸发器2台、干燥过滤器2个、离心风机2台、轴流风机2台、气液分离器2个、回风电动阀1个、新风电动阀2个、新风感温头1个、回风感温头1个等。

空调机组分为室内侧和室外侧。室内侧分为蒸发腔和新风腔,离心风机、蒸发器、回风电动阀、回风滤尘网等安装在蒸发腔。气液分离器、新风电动阀、新风滤尘网等安装在新风腔。室外侧分为压缩机腔和冷凝腔。压缩机、压力开关、干燥过滤器、电磁阀等安装在压缩机腔。轴流风机、逆止阀和冷凝器等安装在冷凝腔。

城轨车辆空调机组的外形和结构,如图9.8所示。空调机组的箱体和上盖全部采用SUS304不锈钢板制成。组成制冷系统的部件及配管全部用银钎焊连接,构成全封闭的制冷循环系统,制冷剂封闭在制冷系统内。采用下送下回送风方式的空调机组,其回风口在机组底部中间处,冷风出口在机组底部两侧,新风口在机组左右侧板的中间部位。空调机组新风腔处装有新风过滤网,车内回风口处装有回风过滤网,对车内循环风进行过滤。

图9.8　空调机组外形及结构图

1)制冷压缩机

根据制冷压缩机的工作原理不同,可分为容积型和速度型两大类。容积型主要有活塞式压缩机和螺杆(涡旋)式压缩机,它们是通过活塞(或螺杆、涡旋)在汽缸中运动所形成的可变工作容积来完成制冷剂蒸汽的压缩和输送的。速度型压缩机是指透平式压缩机,也称离心式压缩机,它是用高速旋转的叶轮使制冷剂蒸汽产生压力,同时获得动能,然后再通过扩压器、蜗壳使蒸汽的动能转变为压力能,从而完成压缩和输送制冷工质的任务。我国部分轨道车辆的空调装置采用涡旋式制冷压缩机。

图9.9　卧式涡旋式制冷压缩机

涡旋式压缩机(Soroll Compressor)由一个固定的渐开线涡旋盘和一个呈偏心回旋平动的渐开线运动涡旋盘组成可压缩容积的压缩机。全封闭卧式涡旋压缩机(见图9.9),是将电动机、压缩机构及供油系统组装在同一个密封的机壳内。制冷压缩机通过橡胶减振器安装在空调机组箱体内。制冷压缩机的作用是将来自蒸发器的低温低压的制冷剂气体压缩成高温高压的气体,并送往冷凝器。从结构及工作原理来看,小型涡旋式压缩机具有如下的特点：

①效率高。涡旋压缩机吸气、压缩、排气连续单向进行,直接吸气,因而吸入气体有害过热小；没有余隙容积中气体的膨胀过程,因而输气系数高。同时,两相邻压缩腔中的压差小,气体泄漏量少。另外,旋转涡旋盘上所有接触线转动半径小,摩擦速度低,损失小,加之吸、排气阀流动损失小,因而效率高。

②力矩变化小、振动小、噪声低。涡旋压缩机压缩过程较慢,并可同时进行两三个压缩过程,机器运转平稳,而且曲轴转动力矩变化小；其次,气体基本连续流动,吸、排气压力脉动小。

③结构简单,体积小,质量轻,运动零部件少。没有吸、排气阀,易损件少,可靠性好。涡旋压缩机同活塞式压缩机相比,体积小40%,质量减轻15%,效率高10%,噪声低5dB(A)。但其制造需高精度的加工设备及精确的调心装配技术,这就限制了它的制造及应用。

2)送风装置

送风装置主要由离心风机和轴流风组成。如图9.10所示,室内侧通风机为车辆客室送风,通常采用直联多叶片式离心风机,可强化制冷剂在蒸发器中的蒸发过程,并将经蒸发器冷却降温的空气送入车内。如图9.11所示,室外侧通风机为冷凝器提供强迫送风,通常采用直联轴流式风机,风机的叶轮安装在立式电机上,并采取防水结构,用于强化制冷剂在冷凝器中的凝结放热过程。

图9.10　离心风机

图9.11　轴流风机

3)换热装置

蒸发器和冷凝器是最主要的换热器。它们传热效果的好坏直接影响制冷机的质量尺寸和经济性。蒸发器将低温低压的气液混合的制冷剂在蒸发器内蒸发,当车内循环空气和新鲜空气混合后,通过蒸发器时进行热交换。这时,空气的热量被蒸发器内的制冷剂吸收,温度降低。车辆空调的冷却介质是车辆循环空气,蒸发器通常为铜管套铝肋片的直接蒸发式空气冷却器。

冷凝器根据冷却介质和冷却方式的不同,可分为水冷式冷凝器、空气冷却式冷凝器和蒸发式冷凝器3种。城轨车辆空调冷凝器属空气冷却式冷凝器,其结构形式与蒸发器相同。高温高压的制冷剂气体,通过冷凝器时,在外界空气的强制冷却下,变成常温(约50℃)高压的制冷剂液体。

4)膨胀机构

当高压液体制冷剂流经膨胀机构时,起节流降压的作用。膨胀机构除了起节流作用以外,还起调节进入蒸发器制冷剂流量的作用。膨胀机构的种类很多,根据它们的应用范围,可分为以下5大类型：

①手动膨胀阀,用于工业用的制冷装置。

②热力膨胀阀,用于工业、商业和空气调节装置。

③电子膨胀阀,用途与热力膨胀阀相同。

④毛细管,用于家用制冷装置。

⑤浮球调节阀,用于工业、商业和生活用制冷装置。在城市轨道交通车辆制冷装置中一般采用毛细管,为一组内径极小的细长铜管,也常采用热力膨胀阀。

5)辅助设备

城轨的制冷设备中除了必需的制冷压缩机、冷凝器、蒸发器和膨胀机构外,还有许多改善制冷系数和保证运转安全不可缺少的辅助设备,主要有干燥过滤器、吸气过滤器、气液分离器、储液器等。

①干燥过滤器,用于吸附制冷剂中的水分,清除制冷剂中的机械杂质,如金属屑及氧化物等。干燥过滤器是将滤网固定在容器内,并封入干燥剂,当制冷剂在通过其中时,起到过滤和干燥的作用。

②吸气过滤器,安装在压缩机的吸气管上,过滤吸气制冷剂中的残余杂质。

③气液分离器,气液分离器一般用于分离蒸发器所排出的低压蒸气中的液滴,可防止活塞式制冷压缩机的液击。

④储液器,用于储存制冷剂液体,通常在大型制冷装置中使用。

6)压力保护装置

为保证城轨制冷设备的运行安全,在系统中常装有压力保护器件,以便压力达到规定的极限值时,压缩机能自动停车。

压力保护装置可分为高压压力开关和低压压力开关两种。

①高压压力开关,当制冷系统的压力异常高时,高压开关动作,停止压缩机的运转,保护制冷系统。高压开关的复位方式为自动复位。

②低压压力开关,当制冷系统的压力异常低时,低压开关动作,停止压缩机的运转,保护制冷系统。低压开关的复位方式为自动复位。

7)阀门

城轨车辆制冷装置中的阀门主要有电磁阀和截止阀。电磁阀是一种自动开启的阀门,用于自动接通和切断制冷系统的管路,广泛应用于空调机组中。截止阀安装在制冷设备和管路上,起着接通和切断制冷剂通道的作用。

阀门可分为旁通电磁阀,容量控制电磁阀、液管电磁阀和逆止阀。

①旁通电磁阀,为保证压缩机在长时间停止后以及温度较低情况下启动时的轴承润滑,需要在一定时间内(从压缩机启动开始30s)打开电磁阀。

②容量控制电磁阀,此电磁阀配合压缩机内能量调节机构可以控制压缩机的容量,通过两个电磁阀的开闭及每台机组两台压缩机工作状态组合,进行全运转以及控制容量运转(约70%)的切换,可实现空调机组多级能量调节,制冷能力实现100%,70%,50%共3档。当打开高压侧,关闭低压侧时,为全运转状态；当打开低压侧,关闭高压侧时为容量控制运转状态。

③液管电磁阀,安置在冷凝器出口,防止压缩机停止时制冷剂液倒流入压缩机侧,防止造成再次启动时润滑不良。

④逆止阀,安装在压缩机的排气管上,在压缩机停止时,防止制冷剂液从排气管逆流回压缩机侧。

8)管道

制冷装置中各单个设备或部件需用管道连接才能构成完整的系统,制冷剂所产生的冷量也要通过管道才能输送至需要冷量的地方。若将制冷压缩机比作制冷系统的心脏,那么管道就是血管。因此管道尺寸确定的正确与否,直接影响制冷机的能力,甚至影响制冷机的正常运转。管道采用的材质一般有：铜管(不适于氨机)或无缝钢管。管路之间的连接采用焊接方式。

9)温度控制装置

空调机组有许多工作点温度需要控制。首先是被冷却对象温度恒定；此外,排气温度等必须在安全范围以内。为此用温度调节器实现调节或用温度控制器作为电开关,发出电气指令,使执行器对装置的相应部分完成控制动作。常采用传感器与温控器。传感器用作温度检测,一般采用热电偶或热敏电阻作传感器。温控器多使用电子调节器。

(4)空调机组的保护措施

为了确保空调机组可靠、安全地工作,空调机组在制冷系统和电气系统方面具有以下保护措施：

①电源有过电压和欠电压保护。

②压缩机内部设压力保护、过热保护,运行设延时启动保护。

③各电机设短路、缺相、过载保护。

④电加热器有温度继电器及温度熔断器保护。

这些保护功能都是通过空调控制装置中的传感器及控制元件来实现的。

【任务实施】

下面以西安地铁2号线车辆采用的KH29H空调机组为例,认知城轨车辆空调机组及内部部件。

(1)KH29H空调机组的基本特点

如图9.12所示的是西安地铁2号线KH29H空调机组外形尺寸图,表9.1为西安地铁2号线空调机组的主要技术参数。KH29H型单元式空调机组是单冷车顶单元式超薄型空气调节设备,安装在车顶两端,机组壳体材料为不锈钢,机组从前箱体底部中间回风,底部两边送风,新风从机组两侧导入。空调机组送风经由车上风道朝两边均匀导入车内。与空调机组配套的电气控制柜安装在车内,电气控制柜通过连接器与空调机组相连。

(2)KG29H空调机组的主要性能

KG29H空调机组采用单冷形式、微机控制并具有自诊断功能。每辆车安装制冷能力为29kW的空调机组两台。当列车的一台辅助电源故障时,每一台空调机组自动减半运行。空调机组因故不能制冷时,保证适当的通风。空调装置设有4种工况：手动、自动、通风和停止,并可通过本车控制装置对空调进行控制,也可通过司机室内的显示器进行控制和温度设定。在手动工况时,空调机组根据各自的温度控制器所设定的温度进行客室内温度控制；在自动工况时,空调机组根据外界环境温度自动调节客室内温度。空调机组可与列车总线网络进行通信,并可通过列车总线网络对空调机组进行控制。

图9.12　KH29H空调机组外形尺寸图

表9.1　西安地铁2号线KG29H空调机组的技术参数

(3)西安地铁2号线车辆KH29H空调机组的日常保养与维护

1)冷凝器、蒸发器、排水系统

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,因此,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。蒸发器脏污,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。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。

2)前盖板门锁检查和隔热材料检查

定期检查前盖板和前盖板门锁。前盖板原则上不允许踩踏,当前盖板出现变形,或者当前盖板门锁锁紧后前盖板出现松动时,须查明原因,及时进行维修或者更换门锁。当锁舌出现细小裂纹时必须进行更换。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、与箱体粘接处有开胶现象,须除去老化或损坏的部分,换新的相应隔热材料。

3)冷凝风机和通风机

运转时,发现有异常声音、振动时,需更换轴承或电机。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、振动时,更换球轴承。

4)减振器检查和紧固件检查

减振器不需特殊维护,当目测减振器表面有明显的裂纹或空调机组或压缩机有异常的振动和噪声,应予以更换。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。

5)绝缘电阻检查和电气连接检查

用500V电阻表测量绝缘电阻并确认带电部分与无电部分之间的阻值大于2MΩ。如果不大于2MΩ,须检查各部分是否有绝缘老化并作适当地修补。确认电线端头连接及其紧固螺栓连接牢固、可靠。

【效果评价】

评价表

任务4　城轨车辆空调附属设备的认知和维护

【活动场景】

城市轨道交通车辆空调系统是一个集通风、制冷(制热)等功能的多部件组成的集合体,城轨车辆空调装置除主要部件外,还有许多重要的附属设备,为了更好地学习这些重要的附属设施,本任务建议在城市轨道交通车辆检修车间进行现场教学或者城轨车辆实训基地进行。

【任务要求】

1.能说明城市轨道交通空调系统的重要附属装置的主要结构和工作原理。

2.能进行城市轨道交通车辆空调装置重要附属装置的一般性检查、检修工作。

【知识准备】

城轨车辆空调装置除空调机组外,还有司机室送风单元、废排风机、风道等通风设备和客室电加热器等空气加热设备和控制设备。

(1)司机室送风单元

城轨车辆司机室内一般不设单独的空调机组。为保证司机室的送风量和冷量,设有司机室送风单元,有风量和风向可调的送风口,送风口也可关闭。送风口内置调速风机,风速控制旋钮设在司机台上,可由司机根据实际需要进行手动控制。送风单元内置的调速风机通过单独的风道与相邻的空调机组相连。司机室送风单元主要包括司机室增压单元和可调式送风口。增压单元内设调速风机,客室空调机组处理后的空气经风道通过可调式送风口送入司机室,在增压单元内调速风机的作用下送入司机室。调速风机的风速控制旋钮设在司机台上,便于司机手动调节风速。如图9.13所示为司机室可调式送风口,司机室的风量、风向可调式送风口,由司机根据需要手动调节。

(2)幅流风机

城轨车辆空调装置中的幅流风机是安装在地铁列车、轻轨列车天棚上与钢结构连接的通风换气装置。城市轨道交通车辆一般采用幅流风机以扰动客室内空气,促进空气对流,减小客室内温度差,为乘客提供舒适的服务。

图9.13　司机室可调式送风口

1)工作原理

幅流风机的叶轮在电机的驱动下高速旋转,产生流场,介质在叶道内流动,在叶片的作用下,获得能量,将机械能转化为动能,达到通风换气的目的。幅流风机主要有双轴幅流风机和单轴幅流风机两种。

2)幅流风机的结构

如图9.14所示为双轴幅流风机的结构示意图。由图可知,幅流风机主要由以下5部分组成。

①叶轮部,由耐腐蚀,具有良好的刚度、强度的铝合金材料经落料、压型等工艺制成。叶轮的一端传动轴与辐板铆接,与轴承配合,然后与轴承座连接；另一端固定套外部的聚氯丁橡胶套与辐板连接,然后与电机主轴配合(见图9.14)。为获得均匀流场,叶片型线经三元流理论设计,采用特殊结构。

②电机,动力源与支架连接。由主电机、摆头电机及连杆机构组成。摆头电机固定在连杆机构上,该机构与主电机轴套相连,摆头电机通过齿轮逐级变速,带动摆头机构每分钟转动5 次。主电机采用全封闭的轴承,能承受较大的力和扭矩,使用寿命高,故障率低,当负载扭矩增高大于规定扭矩时,输出轴出现滑动现象,有效地保护了内部减速机构。

③集风器,型线与叶轮相匹配,材质与叶轮相同,电机侧与连杆机构相连。

④摆头机构,连杆机构与集风器连接,在摆头电机的驱动下,使摆头电机的圆周运动转化成往复机械运动,使风力范围覆盖广泛。

⑤轴承座,支撑叶轮旋转与支架相连。

⑥支架,优质碳素结构钢经下料、折弯、焊接而成,在其两侧配备把手,便于安装。

(3)风道、废排装置

1)风道

如图9.15所示为带司机室的城轨车辆送风道布置图。一般情况下,为了实现城轨整车送风均匀,城轨车辆一般采用静压风道。其工作原理是空调机组下部送出的风进入车内主风道,并沿主风道在推进过程中进入静压箱,进行静压平衡调节,使得在主风道的不同截面上,具有不同静压的空气在静压箱中得到平衡,并形成一定的静压值,空气通过在静压箱上的开口将静压转换成一定的动压喷射出去,从而达到均匀送风的目的。相对于空调机组出风口,风道对称布置,最大限度保证送风均匀。回风口沿车体长度方向布置,保证回风滤网等设备检修的同时最大限度地保证车内造型美观。送风格栅采用铝型材,送风格栅断面结构有利于送风均匀。

图9.14　双轴幅流风机外形图

1-叶轮组；2-电动机组；3-集风气(2件)；4-支撑板(2件)；5-风挡板； 6-集风蜗型板；7-电机罩；8-轴承座；9-橡胶梅花套

图9.15　送风道布置图

2)废排装置

城轨车辆考虑客室内向客室外的换气功能,在车体适当位置设置排气口,并在车体侧墙考虑适当的风道,确保客室内向客室外的排气功能的实现,以防客室内正压过高造成的新鲜空气输入量减少和对关门造成困难。司机室回风与客室间的换气通过在司机室间壁门上开通风口,可实现司机室送风单元在不同工作情况下的功能：在司机室送风单元风机调到高速时,由司机室向客室回风。若司机室送风单元全部关闭时,可实现司机室和客室间的压力平衡。

(4)客室加热器

城轨车辆在冬季由于客室的热损失较大,因此必须加设取暖装置,以补偿客室内的热损失,从而保证冬季车内空气的温度达到指定的范围。为提高车辆内部的温度及空气质量,采取以下措施来保证冬天客室和司机室的舒适性：

在车体中采用优质的防寒保温材,减小车体的传热系数,降低车内向车外的热传递。

由于司机长时间在司机室工作,同时穿的衣服比乘客要少,因此,司机室的温度要比客室的温度稍高才能满足司机的舒适性要求。除了采用司机室送风单元为司机室送入热风外,还在司机室中设置电热器,以满足司机室舒适性要求。

通过合理的控制系统来满足冬季客室和司机室舒适性要求。采暖控制将客室电热、司机室电热以及新风阀的开度视为一个系统,综合考虑,为乘客和司机提供一个良好的乘车环境。

根据热媒不同,客室加热器也可分为温水加热器和电加热器两种。城市轨道交通车辆通常采用在座椅下方的电热器,即地面式取暖装置。这种方式有利于被加热的热空气较客室内上层冷空气轻,而产生客室内上、下空气环流。

1)客室电热器

如图9.16所示为城轨车辆客室内电暖器布置。客室电热器安装在座椅底部的安装座上。每组电热器内设两支电热管,两支电热管分两路,可分别或同时工作、停止。电热器设“全暖”“半暖”两个控制位,由司机集中控制。

2)司机室电热器

如图9.17所示为城轨车辆司机室的电加热器。为提高司机室冬季采暖的舒适性,在司机室设带风机的强迫通风电热装置。司机室电热装置结构如图,每个电热器内设一台小型贯流风机,两支电热管。司机室电热装置安装在司机台下。司机室电热装置内风机与电加热器设置连锁,风机启动后电热装置投入运行,电热装置设热继电器进行超温保护,当由于风机故障等原因使电热器温度超过设定值时,自动停止工作。由司机手动操作,设半暖、全暖位。

图9.16　客室电热器结构及布置图

图9.17　司机室电热装置结构图

(5)空调控制柜

城轨车辆的空调控制柜用于控制本车的空调机组的操作和显示。一般在每辆车上各设有一个空调控制柜,其外观如图9.18所示。此控制柜与客室内的空调装置一起为乘客提供空调控制。空调控制柜控制单元由PLC主机单元、温度扩展模块、信息显示操作屏组成。信息显示操作屏外观如图9.19所示。此外,司机台上的操纵显示屏中也有空调的控制和显示界面,用于司机控制全车空调系统和观察车辆空调系统的工作状态。

通过空调系统中的传感器、控制元件和列车控制系统,从而实现空调系统的自动化控制。一般来说,自动化包括以下5方面：

①自动监视,自动记录出某些参数随时间的变化情况。

②自动显示,用发光二极管或声响来预示某一参数已达到规定数值。

③自动保护,当某一参数达到危险的数值时,使机器停止工作。

④自动控制,使系统中各元件按规定的顺序启动及停止运转。

⑤自动调节,使某些参数保持给定的数值或按规定的规律来变动。

图9.18　客室空调控制柜内外观图

图9.19　客室空调控制柜内信息显示操作屏

【任务实施】

以西安地铁2号线车辆空调为例,重要附属配件的维护保养如下。

(1)幅流风机、废排风机的定期维护

幅流风机、废排风机的定期维护如下：

①风机工作一定时间后,应对各转动部件进行清洁(清洗),加润滑油。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,彻底清洁。

②风机工作更长的一定时间后,应拆下后进行分解维护工作。包括检查动作轴承：运转是否灵活,有无异音现象；更换幅流风机摆头电机及必要的试验等。

(2)客室电加热器的定期维护

客室电加热器使用过程中必须注意以下事项：

①电热管发生击穿或闪烁现象,应该断开电源,进行检查更换。

②避免乘客触碰电热管,以防烫伤或触电。

③不允许将水或其他杂物放入电加热器,不允许使用湿布清洁电加热管。

④不得随意磕碰电加热器,以防损坏电加热器外罩。

⑤在夏季停用电热加热器时,应该断开电加热器的控制电源。

电加热器在使用过程中必须进行定期检查,保持电热管表面干燥、清洁。通常每年在冬季使用电加热器前或定期维护时进行。具体内容如下：

①电加热器外罩是否变形,紧固螺钉是否缺失。

②打开电加热器外罩,用软毛刷轻轻刷掉电热管表面的灰尘及杂物。

③检查电加热器相关线路空气开关、接触器、端子排的接线是否松脱、烧损、变色等。

④将电加热器通电运转数小时以上,观察各电加热器的各空气开关、接触器、端子排接线是否出现过热现象。

【效果评价】

评价表

项目小结

空调系统保证了城轨车辆内的温度、湿度、空气流速保持在一个舒适范围内,是改善旅客乘车环境的重要装置。空调系统工作的好坏不仅关系乘客乘坐舒适感受的程度,并且关系着乘客生命安全。现代化的城市轨道交通列车采用了封闭式车窗,无法随意打开,一旦空调系统发生故障,车厢内的空气循环将受到严重影响,乘客会因空气中含氧量不足、高温而出现身体不适,甚至会出现中暑虚脱、晕厥,后果是很严重的。可见,城轨车辆空调对旅客旅途的生命安全也是相当重要的,大力发展车辆空调也极有必要。

思考与练习

1.简述空调系统制冷原理。

2.制冷循环有哪几个过程?

3.简述城市轨道交通车辆空调系统的构成。

4.空调机组的四大件是什么,各起什么作用?

5.城市轨道交通车辆空调装置除空调机组外,还有哪些主要设备,分别属于哪个系统?

6.城市轨道交通车辆采暖方式有哪些?通常采用什么方式?