高速動車組車內(nèi)壓力保護系統(tǒng)分析

張玉剛 劉渠海

摘 要：為避免動車組高速進出隧道、隧道內(nèi)運行、明線及隧道內(nèi)會車時，車外壓力劇烈變化傳入車內(nèi)，給乘客造成耳膜壓迫等不適感，高速動車組設(shè)有車內(nèi)壓力保護系統(tǒng)，用于抑制車外壓力波動向車內(nèi)的傳遞速度。本文對高速動車組主動式及被動式車內(nèi)壓力保護系統(tǒng)進行原理介紹及優(yōu)缺點對比，并提出未來更高速度等級下，車內(nèi)壓力保護系統(tǒng)的技術(shù)展望。

關(guān)鍵詞：高速動車組;壓力保護;主動式;被動式

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.01.041

1 車內(nèi)壓力波動的產(chǎn)生

列車高速運行時，其外表面的空氣壓力將隨車速及運行環(huán)境而發(fā)生波動。特別是高速列車會車或在進出隧道時，車體表面的瞬時壓力波幅值會在較大范圍內(nèi)變化。處于列車前部的客車，在外界正壓的作用下排氣阻力增加;處于列車尾部的客車，在外界負壓的作用下，新風(fēng)風(fēng)機的進風(fēng)阻力增加。外界空氣的壓力波動會通過空調(diào)系統(tǒng)的進、排風(fēng)口影響到車內(nèi)，如果車內(nèi)空氣壓力變化速度超過一定值，就會引起壓迫耳膜等不適感，從而影響乘客的舒適性。因此，高速動車組設(shè)計時，在保證整車氣密性的前提下，需要設(shè)置車內(nèi)壓力保護系統(tǒng)。

國內(nèi)動車組車內(nèi)壓力波動控制指標(biāo)按《高速電動車組整車試驗規(guī)范》中評價如下：優(yōu)：≯200Pa/s;良：≯800Pa/3s;合格：≯1250Pa/3s。

《UIC660 保證高速列車技術(shù)兼容性的措施》第4.6.2.1條中要求，車輛內(nèi)部壓力波動應(yīng)同時滿足：≤500Pa/s，≤800Pa/3s，≤1000Pa/10s，≤2000Pa/60s。其中，對乘客舒適性影響較大的波動數(shù)據(jù)同樣為每1s，每3s壓力變化率。

2 車內(nèi)壓力保護系統(tǒng)分類及工作原理

車內(nèi)壓力保護系統(tǒng)主要包括主動式和被動式兩種型式：

主動式車內(nèi)壓力保護系統(tǒng)采用新風(fēng)廢排一體式高靜壓風(fēng)機抑制車外空氣壓力波動傳入車內(nèi);

被動式車內(nèi)壓力保護系統(tǒng)采用壓力波動檢測手段，利用壓力保護閥關(guān)閉動車組空調(diào)系統(tǒng)新風(fēng)及廢排閥門，將列車內(nèi)部與外部空氣隔離。

目前國內(nèi)高速動車組中CRH2及380A系列動車組采用主動式車內(nèi)壓力保護系統(tǒng)，其余CRH系列及CR400系列動車組多采用被動式車內(nèi)壓力保護系統(tǒng)。

2.1 主動式車內(nèi)壓力保護系統(tǒng)

主動式車內(nèi)壓力保護通過換氣裝置實現(xiàn)。

換氣裝置采用高靜壓一體式風(fēng)機，風(fēng)機最大靜壓可達10kPa。換氣裝置能克服進排風(fēng)阻力，保證列車新風(fēng)與廢排風(fēng)量穩(wěn)定，不隨車外壓力波動劇烈變化，且新風(fēng)及廢排采用同軸風(fēng)機實現(xiàn)，風(fēng)量相等，保證車內(nèi)壓力穩(wěn)定。

2.2 被動式車內(nèi)壓力保護系統(tǒng)

被動式空氣壓力波動保護系統(tǒng)在空調(diào)系統(tǒng)新風(fēng)口、廢排口位置設(shè)有壓力保護閥。壓力監(jiān)控單元根據(jù)車內(nèi)外壓力變化及相應(yīng)地面信息控制壓力保護閥的開閉。

當(dāng)動車組會車或過隧道時，安裝在頭車的壓力波傳感器將壓力波動信號傳給監(jiān)控單元，監(jiān)控單元驅(qū)動全列壓力保護閥迅速關(guān)閉，實現(xiàn)對車內(nèi)壓力波動的控制，當(dāng)檢測到車外壓力波動、車內(nèi)外壓差達到條件時，監(jiān)控單元驅(qū)動壓力保護閥分車、分時序打開，恢復(fù)車內(nèi)新風(fēng)供應(yīng)。

3 車內(nèi)壓力保護系統(tǒng)對比

3.1 測試數(shù)據(jù)對比

兩種型式壓力保護系統(tǒng)在國內(nèi)高速動車組上得到了廣泛應(yīng)用，根據(jù)一組車內(nèi)壓力波動跟蹤測試數(shù)據(jù)對比：采用主動式壓力保護，列車以350km/h隧道內(nèi)交會時，車內(nèi)壓力波動速率達到379Pa/s，586Pa/3s;采用被動式壓力保護，列車以350km/h隧道內(nèi)交會時，車內(nèi)壓力波動速率達到298Pa/s，333Pa/3s。

兩種型式壓力保護系統(tǒng)對車內(nèi)壓力波動的控制能力均滿足《高速電動車組整車試驗規(guī)范》中 “良：≯800Pa/3s”的標(biāo)準(zhǔn)，乘客舒適性良好。

3.2 優(yōu)缺點分析

主動式車內(nèi)壓力保護系統(tǒng)工作時，特別是在運行線路為長隧道、連續(xù)隧道群時，車內(nèi)可實現(xiàn)持續(xù)的新風(fēng)量供應(yīng)，車內(nèi)空氣質(zhì)量得到保證，CO2濃度控制較好。隨著車輛速度提升，車外壓力波動更加劇烈，主動式車內(nèi)壓力保護系統(tǒng)對車內(nèi)壓力波動控制能力會下降。而且主動式壓力保護系統(tǒng)對于車外壓力向車內(nèi)的傳遞趨勢只可抑制無法阻止，因此對于1s、3s壓力波動控制效果較好，而對于車內(nèi)外壓差較大的情況，難以保證≤1000Pa/10s、≤2000Pa/60s波動速率。

被動式車內(nèi)壓力保護系統(tǒng)對車內(nèi)壓力波動控制能力相對穩(wěn)定，隨著列車速度的增加，車內(nèi)不會有明顯的壓力波動。但是被動式車內(nèi)壓力保護系統(tǒng)工作時，需關(guān)閉新風(fēng)閥門，特別是在運行線路為連續(xù)長隧道時，車內(nèi)長時間沒有新風(fēng)供應(yīng)，影響車內(nèi)空氣質(zhì)量指標(biāo)。同時，被動式壓力保護系統(tǒng)隔絕了車內(nèi)外環(huán)境，如果閥門持續(xù)關(guān)閉，在車輛停站開門前車內(nèi)外壓差較大，將影響車輛開門或開門時車內(nèi)外壓力迅速傳遞，車內(nèi)壓力瞬時波動無法控制，影響舒適性。

4 車內(nèi)壓力保護系統(tǒng)技術(shù)展望

考慮未來到動車組運行速度進一步提高，同時對于車內(nèi)空氣質(zhì)量的關(guān)注日益增加。采用主動式與被動式相結(jié)合的壓力保護系統(tǒng)是高速動車組發(fā)展的研究方向，車輛設(shè)置高靜壓風(fēng)機的同時，通過監(jiān)測車內(nèi)、車外壓力差調(diào)節(jié)新風(fēng)、廢排閥的開度調(diào)節(jié)增加車內(nèi)壓力波動控制能力。這種情況下，新風(fēng)量有所減少，但可以實現(xiàn)持續(xù)供應(yīng)。

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（02）：6-7.

[2]王宗昌.主動式與被動式車內(nèi)壓力保護系統(tǒng)對比分析[M].鐵道車輛，2017，55（06）.