一種新型高速動車組空調(diào)機組的研究與應用

摘 要：文章主要介紹了一種可適應我國高寒、強風沙、強紫外線、隧道多等復雜運用環(huán)境的高速列車空調(diào)機組，該型空調(diào)機組首次應用于國內(nèi)外高速動車組。

關(guān)鍵詞：環(huán)境；高速動車組；空調(diào)機組

1 概述

為適應我國西北及西南區(qū)域高海拔、空氣稀薄、隧道多、風沙大、高寒多雪、強紫外線的復雜線路環(huán)境，保證高速動車組車廂內(nèi)舒適環(huán)境，研究開發(fā)了一種新型高速動車組用空調(diào)機組。該空調(diào)機組采用模塊化設計，將多種功能高度集成，極大地方便了安裝、檢修維護工作。

2 空調(diào)機組組成

該型空調(diào)機組為單元式、車頂安裝結(jié)構(gòu)；集通風、制冷、制熱、新風、廢排、車內(nèi)壓力主動控制等功能于一體，并能較好地適應我國高原地區(qū)的復雜運用環(huán)境。

空調(diào)機組主要有制冷系統(tǒng)、蒸發(fā)風機、電加熱、冷凝風機、廢排風、壓力主動控制組件等主要組成部分，主要組成見圖1。

圖1 空調(diào)機組主要組成及結(jié)構(gòu)圖

3 主要功能

空調(diào)機組除了具有通風、制冷、制熱、新風、廢排等常規(guī)功能外，還具有主動式車內(nèi)壓力功能，可適應高寒、高海拔等復雜運營環(huán)境，該部分功能如下。

3.1 主動式車內(nèi)壓力控制

列車高速通過隧道或隧道內(nèi)交會時，車外的氣壓變化會通過車輛的新風口、廢排口傳入車內(nèi)，導致車廂內(nèi)氣壓變化率明顯增大，乘客會感覺到耳鳴，對列車舒適性造成嚴重影響。為解決上述問題，目前國內(nèi)外高速動車組采取的壓力波動控制方式主要有兩種：第一種是主動式壓力控制裝置，采用機外靜壓較大的新風機和廢排風機抑制車外壓力波動傳入車內(nèi)；第二種是被動式壓力控制裝置，通過控制新風進口、廢氣排出口的關(guān)閉和開啟，隔絕車外壓力波動對車廂內(nèi)的影響。

兩者相比較，主動式壓力控制裝置可持續(xù)保證新風供給和廢氣排出，更適合于高海拔空氣稀薄、線路長、多隧道、車內(nèi)人員密集的運用環(huán)境。動車組高速運行時，主動式壓力控制裝置工作，新風閥和廢氣閥門關(guān)閉，通過變頻控制的高壓風機實現(xiàn)車內(nèi)的新風吸入與廢氣排出，此時新風和廢氣流向示意圖見圖2。

動車組低速運行時，主動式壓力控制裝置停止工作，新風閥和廢氣閥門開啟，通過空調(diào)機組送風機和廢排風機實現(xiàn)車內(nèi)新風的吸入與廢氣排出。高壓風機停止工作，可降低空調(diào)機組工作時噪聲和功率消耗，此時新風和廢氣流向示意圖見圖3。

圖3 動車組低速運行時新風和廢氣流向示意圖

3.2 高原環(huán)境適應性

我國西北地區(qū)多為高原地區(qū)，動車組運用線路多為高寒、多雪、紫外線輻射強、多風沙的環(huán)境，因此，在結(jié)構(gòu)及功能設計上進行了重點考慮。

（1）空調(diào)機組所選用電機、潤滑油脂、橡膠密封件、電氣元件等均在-40℃的低溫環(huán)境下進行了試驗驗證，可在-25℃的環(huán)境溫度下啟動，在-40℃的環(huán)境下正常運轉(zhuǎn)。

（2）針對高寒地區(qū)多雪問題，避免車廂新風吸入口被降雪封住，影響車內(nèi)新風的吸入，在空調(diào)機組的新風口設置了融雪裝置。在-20℃條件下，進行除雪試驗，人工造雪效率為30L/h，相當于我國的烏魯木齊歷史上的最大降雪量，試驗進行1小時試驗后，空調(diào)機組新風口積雪基本消除，除雪效果較好。

（3）我國西北地區(qū)日照時間長，空氣透明度號，因此，紫外線輻射強烈。西北地區(qū)全年日時數(shù)約為3200h-3300h，輻射量在6680MJ/m2-8400MJ/m2，而海拔每上升1000m輻射量約增加10%。因此，空調(diào)機組部件材料方面充分考慮了抗輻射性能，對裸露在大氣中的電氣線纜均采用了抗紫外線的保護線管。

其次，強紫外線輻射條件下，即使環(huán)境溫度較低，但車內(nèi)溫度也會較高，有制冷需求?？照{(diào)機組采用了雙速冷凝風機，通過制冷系統(tǒng)冷媒壓力傳感器控制風機的高、低速切換，保證在環(huán)境溫度較低時，也能滿足車廂內(nèi)的制冷需求，

（4）西北地區(qū)線路穿過了戈壁灘區(qū)域，春秋季節(jié)風沙較大。為保證新風質(zhì)量和制冷效果，空調(diào)機組兩側(cè)設置了過濾裝置。在新風區(qū)域的過濾采用了兩級過濾，第一級為迷宮式過濾結(jié)構(gòu)，過濾較大的沙粒，第二級為褶皺式高效無紡布過濾網(wǎng)，過濾直徑為0.075mm以上的沙粒。冷凝進風方面，冷凝器翅片間距相比常規(guī)結(jié)構(gòu)增大，冷凝風中攜帶的沙塵可直接通過翅片，兩側(cè)進風區(qū)底部設置了排沙口，避免設備內(nèi)部沙塵堆積。

4 運用及試驗驗證

在國內(nèi)蘭新線試驗期間，對該型空調(diào)機組的上述性能進行了近1年的運行試驗驗證，制冷、通風、采暖等設計功能正常，系統(tǒng)環(huán)境適應性良好。

在線路中典型的紅西隧道內(nèi)通過和交會時分別進行了車內(nèi)壓力變化測試，試驗隧道為復線，截面積為100m2，長度為1334m，車輛運行速度為250km/h，車內(nèi)的壓力變化數(shù)據(jù)見表1。測試結(jié)果表明該型空調(diào)機組的主動式壓力控制功能良好，滿足設計及相關(guān)標準要求（800Pa/3s）。

5 結(jié)束語

該新型空調(diào)機組與既有的國內(nèi)外高速動車組用空調(diào)機組相比，主要針對高寒、高海拔、強風沙、強輻射、隧道多等復雜環(huán)境，進行了諸多改進和創(chuàng)新，不僅提高了動車組運行時車內(nèi)環(huán)境的舒適性，也極大地提高了動車組的運用可靠性和可維護性。

參考文獻

[1]李樹典.CRH2型200km/h動車組車內(nèi)壓力波動控制研究[J].機車電傳動，2009（2）.

[2]韓春剛，宋永順.蘭新高速鐵路環(huán)境對動車組性能的影響分析及對策[J].鐵路計算機應用，2014（2）.

作者簡介：夏建軍（1981，7-），男，漢族，籍貫：四川仁壽，學歷：大學本科，職稱：工程師，主要從事動車組、客車空調(diào)系統(tǒng)的設計研發(fā)。

李來彬（1974，6-），男，漢族，籍貫：山東臨沂，學歷；大學本科，職稱：高級工程師，主要從事動車組、客車通風系統(tǒng)的設計研發(fā)。