地鐵昌平線車輛總風(fēng)管路有水問題分析與改善方案探究

摘 要：風(fēng)源系統(tǒng)作為軌道交通車輛的重要系統(tǒng)之一，為車輛制動(dòng)系統(tǒng)及其它車載氣動(dòng)元件提供干燥清潔的壓縮空氣，而對(duì)壓縮空氣的干燥效果受機(jī)組運(yùn)行環(huán)境影響較大。文章結(jié)合空氣干燥原理，對(duì)城軌車輛總風(fēng)管冬季含水問題進(jìn)行分析，提出空氣凈化機(jī)組改進(jìn)措施。

關(guān)鍵詞：空氣凈化機(jī)組；管路含水；分析改進(jìn)

風(fēng)管路內(nèi)的液態(tài)水會(huì)造成金屬器件、管道生銹腐蝕，造成運(yùn)動(dòng)部件銹死或磨損，使氣動(dòng)元件動(dòng)作失靈和漏氣，水分銹蝕物還會(huì)堵塞節(jié)流小孔或過濾網(wǎng)；在溫度較低時(shí)，水分結(jié)冰還會(huì)造成管道凍結(jié)、凍裂或氣動(dòng)部件失靈等故障。由于空氣干燥效果不良，使氣動(dòng)系統(tǒng)的可靠性和使用壽命大大降低，由此造成的損失往往大大超過氣源處理裝置的成本和維修費(fèi)用，故保證正常工況下風(fēng)源處理系統(tǒng)的可靠性是絕對(duì)必要的。

1 故障概述

北京地鐵昌平線地鐵車輛風(fēng)源系統(tǒng)采用TSAG-0.9ARII空氣凈化機(jī)組，2011年12月份在校準(zhǔn)BHB減壓閥過程中，發(fā)現(xiàn)減壓閥內(nèi)排出一定量的磚紅色液態(tài)水，并且在空壓機(jī)啟動(dòng)壓力開關(guān)和總風(fēng)管過濾器等處，同樣發(fā)現(xiàn)有液態(tài)水的存在，夏季無液態(tài)水出現(xiàn)。昌平線主要為高架線路，運(yùn)行環(huán)境溫差較大，冬季環(huán)境最低氣溫-15℃左右，夏季可達(dá)35℃，甚至更高。

2 凈化機(jī)組工作原理及工作過程

TSAG-0.9ARII空氣凈化機(jī)組對(duì)氣體的處理流程如下：

第一步：通過電機(jī)帶動(dòng)螺桿，空氣壓縮機(jī)產(chǎn)生高溫的濕空氣；

第二步：高溫高濕的壓縮氣體通過帶有散熱器的后冷卻裝置，通過連接于電機(jī)的強(qiáng)冷風(fēng)機(jī)對(duì)后冷卻器進(jìn)行降溫處理，帶走高壓氣體熱量；

第三步：降溫后的高壓氣體依次經(jīng)過油水分離器、精密和超精密過濾器，將其中凝結(jié)的液態(tài)水滴、油滴和固體顆粒物進(jìn)行分離、過濾；

第四步：經(jīng)過凈化的壓縮空氣進(jìn)入膜管干燥器，膜管干燥器主風(fēng)路出口處有一個(gè)溢流閥，膜管內(nèi)的壓力達(dá)到開啟壓力后溢流閥才會(huì)開啟，這樣為更多的水分從膜管表面滲出提供了基本的壓力，再利用溢流閥下游經(jīng)過干燥處理的空氣反吹膜管外表面滲出的水分，并與大氣相連。

在這里，我們首先將膜式干燥器脫水膜的工作原理進(jìn)行簡(jiǎn)要說明。

脫水膜是利用有特殊選擇性的膜絲，對(duì)水分子進(jìn)行去除。 膜絲具有選擇性滲透功能，僅允許水分子由高濃度側(cè)轉(zhuǎn)移至低濃度側(cè)，達(dá)到最終平衡狀態(tài)。脫水膜便利用此原理，使飽和壓縮空氣中高濃度水分子轉(zhuǎn)移，同時(shí)并不會(huì)損失壓縮空氣，從而達(dá)到使壓縮空氣干燥的目的。原理如圖：

3 影響凈化機(jī)組干燥效果的因素分析

根據(jù)原理，影響膜管干燥效率的因素有：

（1）壓力

空壓機(jī)打風(fēng)的過程是一個(gè)壓力上升的過程，膜管工作壓力與溢流閥開啟壓力相關(guān)，所以溢流閥開啟壓力越接近膜管工作額定壓力，膜管干燥效率越高，同時(shí)膜管前端的壓縮空氣也能凝結(jié)出更多的水。

（2）進(jìn)口壓力露點(diǎn)

進(jìn)口壓力露點(diǎn)越低，也就是說壓縮空氣進(jìn)入膜管前析出的水越多，經(jīng)過膜管干燥后，出口氣體越干燥。

（3）反吹氣量

技術(shù)協(xié)議對(duì)反吹量的要求是15%。

凝結(jié)水一般隨飽和壓縮空氣進(jìn)入干燥器內(nèi)進(jìn)行干燥與凈化處理。如果干燥器干燥效果不佳，相對(duì)濕度及溫度較高的壓縮空氣將進(jìn)入空氣制動(dòng)機(jī)和其他風(fēng)動(dòng)設(shè)備。由于壓縮空氣的自然冷卻，溫度將下降，壓縮空氣的相對(duì)濕度將再次上升，并可能再次析出水分。

所以為了減輕膜管干燥器的工作負(fù)擔(dān)，保障干燥效果，由壓縮機(jī)輸送到空氣干燥器處理的壓縮空氣應(yīng)盡可能接近環(huán)境溫度，從而使盡可能多的水分在壓縮空氣進(jìn)入空氣干燥器前冷卻凝結(jié)。但實(shí)際上為防止冬季冷卻管內(nèi)結(jié)冰，或干燥器內(nèi)結(jié)霜，不可能將進(jìn)入空氣干燥器的壓縮空氣冷卻到與環(huán)境溫度相同，這就使經(jīng)空氣干燥器干燥處理后的壓縮空氣與環(huán)境溫度之間存在一個(gè)溫差。所以空氣干燥器輸出的壓縮空氣相對(duì)濕度的控制指標(biāo)一定要考慮這一溫差。

4 運(yùn)行環(huán)境典型溫度統(tǒng)計(jì)

下圖是昌平地區(qū)一年之中平均氣溫最高月份的氣溫走勢(shì)圖：

下圖是昌平地區(qū)一年之中平均氣溫最低月份的氣溫走勢(shì)圖：

5 控制指標(biāo)確定

我們對(duì)壓縮空氣的最終控制目標(biāo)是：在一日平均氣溫定為-5℃，壓縮空氣溫度降到環(huán)境氣溫時(shí)，相對(duì)濕度在30%以內(nèi)（壓縮空氣在相對(duì)濕度35%這種“臨界濕度”以下，不會(huì)對(duì)壓縮空氣裝置產(chǎn)生大氣腐蝕，即使空氣中存在所謂腐蝕誘發(fā)劑如酸等，也不出現(xiàn)腐蝕，昌平線技術(shù)協(xié)議要求相對(duì)濕度在30%以內(nèi)）。

上圖為焓濕圖，我們從圖中可以查出壓縮空氣不同溫度下的壓力露點(diǎn)與相對(duì)濕度的關(guān)系，將上述的溫差（螺桿壓縮機(jī)干燥后的排氣溫度與環(huán)境溫度溫差不高于+15℃）考慮進(jìn)去，即出口溫度10℃，為保證干燥效果，查上表可得空氣干燥器的干燥控制指標(biāo)應(yīng)確定為相對(duì)濕度10%左右。這樣也就滿足了地鐵車輛空氣管路系統(tǒng)在壓縮空氣降溫到環(huán)境溫度時(shí)，使壓縮空氣達(dá)到干燥處理的要求，即相對(duì)濕度不大于30%。

6 改進(jìn)措施

綜上所述，我們必須在能夠達(dá)到技術(shù)要求的前提下，最大限度的節(jié)約成本，我們應(yīng)做如下改善：

（1）要根據(jù)壓縮空氣溫度目標(biāo)值，進(jìn)一步改善冬季后冷卻裝置的冷卻性能（有條件還可以考慮通過后冷裝置結(jié)構(gòu)改善，實(shí)現(xiàn)冷卻能力與環(huán)境溫度變化相關(guān)聯(lián)的特性）。

（2）要根據(jù)后冷裝置改善后，在環(huán)境溫度最低，保證膜管出口壓縮空氣濕度達(dá)標(biāo)的情況下，重新確定膜管尺寸規(guī)格；根據(jù)壓縮空氣濕度與壓力實(shí)測(cè)值關(guān)系，調(diào)整溢流閥開啟壓力。

（3）改善管路安裝結(jié)構(gòu)，有盲端的總風(fēng)壓管路（如總風(fēng)壓壓力監(jiān)測(cè)管路等）應(yīng)該盡量避免“U”形結(jié)構(gòu)，并采用最低點(diǎn)高度高于總風(fēng)缸供風(fēng)管路的“L”形結(jié)構(gòu)，可以保證即使有液態(tài)水出現(xiàn)的情況下，也可以回流至總風(fēng)缸，在檢修過程中及時(shí)將水排出。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：馬輝，（1985.10）男，漢族，河北保定人，南車（天津）地鐵車輛有限公司，車輛調(diào)試與檢修。