地鐵車輛制動(dòng)空氣干燥器狀態(tài)指示及監(jiān)控功能分析

■賴文燁

（福州地鐵集團(tuán)有限公司。福州 350000）

車輛風(fēng)源系統(tǒng)是車輛空氣管路系統(tǒng)的基礎(chǔ)［1］，也是全列車空氣管路系統(tǒng)的基礎(chǔ)。風(fēng)源系統(tǒng)主要包括主空氣壓縮機(jī)，簡(jiǎn)稱主壓縮機(jī)組、總風(fēng)缸，又稱主風(fēng)缸、空氣壓力控制器，又稱空氣壓力調(diào)節(jié)器、空氣干燥器。

空氣壓縮機(jī)輸出的壓縮空氣中含有較高的水分、少量的油份和機(jī)械雜質(zhì)等，必須經(jīng)過(guò)空氣干燥器將其中的水分、油份和機(jī)械雜質(zhì)除去，才能達(dá)到車輛上用風(fēng)設(shè)備對(duì)壓縮空氣的要求。液態(tài)的水、油微粒及機(jī)械雜質(zhì)在濾清器中基本被除去，壓縮空氣的相對(duì)濕度降低是避免用風(fēng)過(guò)程中出現(xiàn)冷凝水危害的主要方式，它依靠空氣干燥器來(lái)完成。傳統(tǒng)的定期檢修已不能滿足要求且誤判率較高、不經(jīng)濟(jì)。迫切需要對(duì)空氣干燥器狀態(tài)進(jìn)行準(zhǔn)確判斷但基本原則是不能漏判。文中提出了系統(tǒng)提出了的空氣干燥器狀態(tài)判斷方法，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確判斷。

1 空氣干燥器性能要求

地鐵車輛空氣制動(dòng)系統(tǒng)所配置的風(fēng)源模塊內(nèi)基本都配置有空氣干燥器，空氣干燥器對(duì)來(lái)自空氣壓縮機(jī)輸出的壓縮空氣進(jìn)行干燥處理，也就是將壓縮空氣中的水分進(jìn)行分離處理后達(dá)到滿足空氣制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)備正常工作所需要的狀態(tài)。在壓縮空氣進(jìn)入空氣干燥器時(shí)首先進(jìn)行油、水的初步分離，然后再經(jīng)過(guò)干燥劑對(duì)水分及飽和濕空氣進(jìn)行干燥吸附處理，如圖1所示。

圖1 壓縮空氣處理過(guò)程示意圖

當(dāng)空氣干燥器處于全新?tīng)顟B(tài) （也就是干燥劑狀態(tài)良好）時(shí)，經(jīng)過(guò)空氣干燥器處理后的壓縮空氣濕度及含水指標(biāo)至少達(dá)到ISO8573-1：2010所定義試驗(yàn)條件下的3級(jí)要求 （也就是在壓力為7bar，+20℃測(cè)試條件下壓力露點(diǎn)溫度低于-20℃），如表1所示。在實(shí)際使用過(guò)程中為確?？諝庵苿?dòng)系統(tǒng)能正常工作，通常需要在每年定期用壓力露點(diǎn)儀對(duì)經(jīng)過(guò)空氣干燥器處理后的壓縮空氣進(jìn)行壓力露點(diǎn)測(cè)量，測(cè)量結(jié)果換算為相對(duì)濕度至少達(dá)到不超過(guò)35%的要求。如果測(cè)量出來(lái)的壓力露點(diǎn)結(jié)合測(cè)試時(shí)的壓縮空氣溫度所得到的相對(duì)濕度大于35%，則表明空氣干燥器的干燥劑已經(jīng)不能提供較好的處理效果，需要及時(shí)更換干燥劑。

當(dāng)壓縮空氣相對(duì)濕度＜35%時(shí)，對(duì)金屬的腐蝕量可以忽略，因此，在空氣干燥器大修前，只要壓力露點(diǎn)測(cè)量值換算相對(duì)濕度不超過(guò)35%就可以滿足空氣制動(dòng)系統(tǒng)正常使用要求，也就是經(jīng)過(guò)空氣干燥器后的壓縮空氣質(zhì)量含水量方面并非在空氣干燥器整個(gè)使用期間均能滿足 3級(jí)要求。

表 1 ISO8573-1:2010 參數(shù)表［2］

壓力露點(diǎn)是相對(duì)于常壓露點(diǎn)來(lái)說(shuō)的，壓力露點(diǎn)是處于一定壓力狀態(tài)下測(cè)量得到，壓縮空氣在較大壓力下測(cè)量得到的壓力露點(diǎn)溫度相對(duì)較高，對(duì)于同樣的壓縮空氣，當(dāng)壓力降低后測(cè)量得到的壓力露點(diǎn)溫度也會(huì)相應(yīng)降低。如圖2左所示的測(cè)量設(shè)備為KB專用于測(cè)量壓縮空氣壓力露點(diǎn)的設(shè)備。

圖2 露點(diǎn)檢測(cè)儀檢測(cè)干燥塔性能

除了上述通過(guò)每年定期進(jìn)行壓縮露點(diǎn)檢查來(lái)判斷空氣干燥劑是否能正常繼續(xù)使用外，還可以通過(guò)空氣干燥器狀態(tài)指示器或者狀態(tài)指示壓力開(kāi)關(guān)來(lái)判斷空氣干燥器是否出現(xiàn)其它異常情況。干燥劑自然失效是一個(gè)長(zhǎng)期使用的過(guò)程，但如果由于雙塔切換不正常導(dǎo)致某一干燥塔得不到再生而處于長(zhǎng)期工作時(shí)，則會(huì)直接導(dǎo)致壓縮空氣質(zhì)量下降直至壓縮空氣中出現(xiàn)大量液態(tài)水，當(dāng)然干燥劑本身性能也會(huì)受到一定程度的影響，如果這種異常情況持續(xù)較長(zhǎng)時(shí)間，則需要更換新的干燥劑。

2 空氣干燥器狀態(tài)指示

空氣干燥器在工作時(shí)，兩個(gè)干燥塔定時(shí)切換工作，雙塔工作周期在早期普遍設(shè)置為4min，在最近幾年基本上以2min為工作周期，確保干燥劑維持較好的吸附狀態(tài)。下面以周期為2min為例進(jìn)行說(shuō)明，當(dāng)一個(gè)干燥塔工作（處于干燥狀態(tài)）滿1min后，切換至另一個(gè)干燥塔工作，此時(shí)原先處于再生狀態(tài)的干燥塔進(jìn)入干燥狀態(tài)，而原先處于干燥狀態(tài)的干燥塔進(jìn)入再生狀態(tài)。

圖3 干燥塔干燥與再生工作切換周期

如圖3所示，圖中黑色部分代表再生階段，空白部分代表干燥階段。早期的空氣干燥器是通過(guò)配置機(jī)械式狀態(tài)指示器實(shí)現(xiàn)雙塔工作狀態(tài)指示，用于檢查干燥塔是否正常切換狀態(tài)。每個(gè)狀態(tài)指示器分別聯(lián)通各自的干燥塔，當(dāng)某一干燥塔處于干燥狀態(tài)時(shí)，其塔內(nèi)空氣壓力處于高壓狀態(tài)，因此機(jī)械式狀態(tài)指示器會(huì)在此壓力作用下頂出紅色指示器，當(dāng)某一干燥塔處于再生狀態(tài)時(shí)，其內(nèi)的空氣壓力處于接近大氣壓力狀態(tài)，則其機(jī)械式狀態(tài)指示器會(huì)在彈簧力作用下復(fù)位（紅色指示器），如圖4所示。

圖4 機(jī)械式狀態(tài)指示器

通過(guò)將原先的機(jī)械式狀態(tài)指示器更換為壓力開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)空氣干燥器工作狀態(tài)監(jiān)控功能，壓力開(kāi)關(guān)的設(shè)定值為2.7bar+/-0.5bar。

在空氣干燥器工作時(shí)，如果左邊的干燥塔處于干燥階段時(shí)，則其內(nèi)部的空氣壓力將大于壓力開(kāi)關(guān)的設(shè)定值，此時(shí)該塔壓力開(kāi)關(guān)的一組常閉觸點(diǎn)（NC，1-2）斷開(kāi)，同時(shí)另一組常開(kāi)觸點(diǎn)（NO，1-3）閉合；與此同時(shí)，右邊的干燥塔處于再生階段，則其內(nèi)空氣下降至2.7bar時(shí)，與該塔相聯(lián)通的壓力開(kāi)關(guān)原先閉合的一組常開(kāi)觸點(diǎn) （NO，1-3）斷開(kāi)，而另一組常閉觸點(diǎn)閉合（NC，1-2）閉合。

車輛制動(dòng)需要聯(lián)接每個(gè)空氣干燥器上的兩個(gè)壓力開(kāi)關(guān)（可以僅用1-3組觸點(diǎn)），用于判斷空氣干燥器是否正常轉(zhuǎn)換。

3 通過(guò)空氣干燥器壓力開(kāi)關(guān)狀態(tài)組合進(jìn)行風(fēng)源模塊相關(guān)故障判斷邏輯

列車控制系統(tǒng)（TCMS）在得到某一空氣干燥器的兩個(gè)狀態(tài)信號(hào)時(shí)，需要進(jìn)行相應(yīng)邏輯判斷，如果判斷有故障后，則需要將故障信息進(jìn)行上傳或者顯示、記錄，同時(shí)還需要對(duì)故障風(fēng)源模塊（包括空壓機(jī)或者空氣干燥器故障）進(jìn)行停止工作并進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整措施（如將故障空壓機(jī)角色改變?yōu)檩o空壓機(jī)，從而在出現(xiàn)空氣干燥器故障后盡量不使用該風(fēng)源模塊），故障判斷條件可參考以下邏輯進(jìn)行判斷：

圖5 狀態(tài)指示壓力開(kāi)關(guān)

表2 故障判斷邏輯列表

圖6 工作周期示意圖

對(duì)于空氣干燥器狀態(tài)判斷基本原則是不能漏判但也不能誤判。上述判斷邏輯是在考慮了減少誤判可能性基礎(chǔ)上的一種建議，由于空氣干燥器在工作過(guò)程中出現(xiàn)某一壓力開(kāi)關(guān)狀態(tài)不正常時(shí)空氣干燥器仍可以繼續(xù)維持一段時(shí)間的干燥處理能力，因此，適當(dāng)?shù)难訒r(shí)可以實(shí)現(xiàn)不漏判也不誤判的目的。上述 T3=3×（T/2+10），也就是當(dāng)一個(gè)高電平信號(hào)持續(xù)經(jīng)過(guò) 3個(gè)工作過(guò)程 （半周期+10秒 延時(shí)）后仍不能復(fù)位，則判定空氣干燥器存在長(zhǎng)時(shí)間不切換干燥塔。如果不切換故障確實(shí)存在，則上述判斷條件完全可以排查出來(lái)，如果僅出現(xiàn)一次，后面狀態(tài)又正常了，則上述判斷條件并不會(huì)直接給出故障判斷，也就是允許該風(fēng)源模塊正常工作，盡量不影響列車的正常使用。

當(dāng)車輛判斷其中一個(gè)空氣干燥器或者風(fēng)源模塊出現(xiàn)故障后，將該故障風(fēng)源模塊定義為輔助空壓機(jī)角色（不管先前是主空壓機(jī)還是輔空壓機(jī)），使列車上另一臺(tái)空壓機(jī)作為主空壓機(jī)工作。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)上述空氣干燥器故障判斷條件可以基本判斷空氣干燥器的設(shè)備狀態(tài)。但對(duì)于內(nèi)部空氣干燥劑質(zhì)量狀態(tài)，也就是輸出壓縮空氣的質(zhì)量仍不能通過(guò)上述這些條件進(jìn)行判斷，因此對(duì)于即使配置了空氣干燥器壓力開(kāi)關(guān)狀態(tài)監(jiān)測(cè)及相應(yīng)故障處理的項(xiàng)目仍建議進(jìn)行日常綜合性檢查，比如通過(guò)庫(kù)停檢查短時(shí)排放總風(fēng)缸排水塞門來(lái)進(jìn)行相應(yīng)判斷。通過(guò)總風(fēng)缸排風(fēng)狀態(tài)（比如是否有水、是否有白色泡沫等異物）對(duì)車輛風(fēng)源系統(tǒng)空氣質(zhì)量有一個(gè)宏觀的界定。