時速250公里動車組空壓機供風能力分析

李化明+崔任永+梁建全+陳磊

摘要：空壓機選型設計對動車組安全可靠運行有著重要的影響，文章針對250公里動車組的用風需求，對供風能力進行了分析，為空壓機的選型提供參照。實踐證明，該空壓機供風能力滿足時速250公里動車組的用風需求，空壓機充風時間、工作率滿足技術指標要求，在后續的試驗中結果合格，在運用過程中狀況良好，安全可靠。

關鍵詞：動車組；空氣壓縮機；控制邏輯；供風能力；充風時間；耗風量計算

中圖分類號：U416文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）21-0115-02

風源系統為動車組的制動系統和其他用風設備提供壓縮空氣，是動車組的重要組成部分。而作為其核心部件的空壓機，供風能力直接關系到列車的安全運行和用風設備能否正常工作。現以時速250公里動車組為例，對空壓機的供風能力進行分析。

1空壓機的種類

目前，動車組供風系統中普遍采用的空壓機主要為活塞式或螺桿式。活塞式壓縮機主要應用在地鐵和CRH1、CRH2上，主要為VV120型、TC2000B型，在機車上應用的主要為V-2.4/9型、NPT5型。此類空壓機主要是通過曲軸帶動活塞連桿機構使活塞在氣缸內往復運動，經兩級氣缸壓縮，產生壓縮空氣。這類壓縮機噪聲和振動較大，壓縮的氣體有脈沖振動，檢修周期和壽命都較短。雙螺桿壓縮機是一種雙軸回轉容積式壓縮機，電機通過聯軸器直接驅動壓縮機轉子，轉子為兩個互相嚙合的螺桿，具有非對稱的嚙合型面，并在一個鑄鐵殼體內旋轉，即嚙合面與排氣口之間的齒輪空間逐漸減小，齒溝內的氣體逐漸被壓縮，產生壓縮空氣。這類壓縮機因機頭采用進口部件，故障率很低，同時噪聲和振動很小，檢修周期和壽命較長，易損易耗件少，其綜合運用成本較活塞式空氣壓縮機低。在動車組中應用的很多，如CRH3、CRH5動車組。基于空壓機的運用經驗，選擇螺桿式空壓機作為風源系統的供風設備。

2空壓機容積流量

空氣壓縮機的容積排量要滿足常用和緊急制動時用風量要求，以及其他用風設備的需求。

2.1管路和風缸總容積

=1382 L

式中：為總風管內徑；為總風管長度與車長的比例；為列車的設計長度；為單個總風缸容積，選擇125L；為估算的其他主要支管路和閥的容積。

2.2耗風量計算

2.2.1空氣制動耗風。一次最大常用制動的耗風量：

式中：為每輛車制動缸數量；為每輛車給制動缸充風所需管路和閥的容積；為最大常用制動時防滑激活系數。

一次緊急制動的耗風量：

式中：為緊急制動時防滑激活系數。

運行時列車制動總耗風量：

式中：為最大常用制動總次數；為緊急制動次數。

2.2.2空簧耗風量計算。車輛每次停靠站時，乘客上下車產生載荷變化引起的空簧靜態耗風量：

式中：為每輛車空氣彈簧（考慮附加氣室）數量；為空氣彈簧容積；為列車最大載重時空簧壓力；為列車最小重量時空簧壓力；為每站車重變化平均百分比；為設計的車站數量，不包括線路端部站點。

同時需要考慮在車輛行駛過程中車體晃動會產生的空簧動態耗風量：

式中：為每輛車高度閥數量；為高度閥的動態耗風量；為列車進站停車時間。

2.2.3撒砂耗風量計算。

式中：為運行時使用的撒砂裝置數量；為單個撒砂裝置的用風量；每次撒砂持續時間；為列車運行時撒砂次數。

2.2.4風笛耗風量計算。

式中：為運行時使用風笛數量；為單個風笛用風量；為每次鳴笛持續時間；為運行時風笛使用次數。

2.2.5運行時廁所使用耗風量計算。

式中：為運行時使用的廁所數量；為單個廁所每次使用的耗風量；為從控制裝置到廁所的管路容積；為廁所使用的工作壓力；為列車運行時單個廁所使用次數；

2.2.6運行時門的耗風量計算。

式中：為運行時單個方向使用的門數量；為單個門每次使用的耗風量；為從控制裝置到門的管路容積；為門使用的工作壓力；為列車運行時門使用次數。

2.2.7考慮的泄漏量。

式中：為泄漏壓降；為參考泄漏時間。

2.2.8列車耗風量。

列車總耗風量：

列車平均耗風量：

=840.5 L/min

表1

表1耗風量計算結果

2.3空壓機容積流量的確定

在列車運行中，要保證一臺空壓機工作就可以滿足列車的用風要求，所有選擇的空壓機容積流量要大于理論計算的數值，空壓機理論計算的容積流量：

式中：為空壓機容積流量的輸出誤差；為干燥器再生耗風量；為估算的空壓機效率。

考慮實際運行工況可能出現得更加惡劣，同時方便選擇現有空壓機的機頭，對理論計算的空壓機排氣量進行圓整，并留取一定的保有量，將選擇的空壓機容積流量1600 L/min。

3空壓機供風能力分析

3.1空壓機技術指標

根據整車供電要求，空壓機供電制式為AC440V，60Hz，采用連續工作制設計。空壓機采用冗余設計，當列車中故障空壓機組的數量≤50%時，其余空壓機組也能保證動車組正常運行。空壓機的充風時間要滿足動車組整備要求，具體要求為兩臺空壓機同時工作，總風壓力從0kPa上升到1000kPa的時間：在切除空簧時不大于15分鐘，在空簧供風時不大于20分鐘。為避免空壓機長時間不工作引起潤滑油乳化等問題，要求空壓機工作率不低于30%。

3.2空壓機工作率

3.2.1每個工作周期內空壓機打風時間計算。當總風壓力低于最小壓力值時，空壓機將開始工作至充風達到最大壓力值的時間：

3.2.2每個工作周期內空壓機待機時間計算。待機時間是指空壓機停止工作至下次開始工作的時間。

3.2.3空壓機工作率。空壓機工作率是指在最大載荷工況下，充風時間與空壓機整個工作周期的比值。

表2空壓機工作周期

計算結果 6.5min 2.5min 72.2%

3.3充風時間

初充風時，空載列車施加緊急制動，因此不僅要向風缸和管路充風，還要向制動缸和制動管充風，不包含空簧時整列車的初充風時間：

式中：為制動系統風缸和管路總容積；為在充風過程中的平均泄漏量，即從0kPa到充風結束的平均值。

包含空簧充風時的充風時間：

表3充風時間計算結果

充風時間/min 10.8 18.9

4結論

綜上所述，該空壓機供風能力滿足時速250公里動車組的用風需求，空壓機充風時間、工作率滿足技術指標要求。該空壓機在后續的試驗中結果合格，在運用過程中狀況良好，安全可靠。

參考文獻

[1]董傳海，王樹海． 電力機車空氣壓縮機選型及參數確定[J]．電力機車與城軌車輛，2006，29（4）．

[2]劉豫湘，吳智，盧東濤． 機車風源系統供風能力的研究[J]．電力機車與城軌車輛，2003，26（5）．

基金項目：鐵道部科技研究開發計劃（2012J003-C）

作者簡介：李化明（1986-），男，供職于唐山軌道客車有限責任公司，碩士，研究方向：軌道車輛制動研發設計。

endprint

摘要：空壓機選型設計對動車組安全可靠運行有著重要的影響，文章針對250公里動車組的用風需求，對供風能力進行了分析，為空壓機的選型提供參照。實踐證明，該空壓機供風能力滿足時速250公里動車組的用風需求，空壓機充風時間、工作率滿足技術指標要求，在后續的試驗中結果合格，在運用過程中狀況良好，安全可靠。

關鍵詞：動車組；空氣壓縮機；控制邏輯；供風能力；充風時間；耗風量計算

中圖分類號：U416文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）21-0115-02

風源系統為動車組的制動系統和其他用風設備提供壓縮空氣，是動車組的重要組成部分。而作為其核心部件的空壓機，供風能力直接關系到列車的安全運行和用風設備能否正常工作。現以時速250公里動車組為例，對空壓機的供風能力進行分析。

1空壓機的種類

目前，動車組供風系統中普遍采用的空壓機主要為活塞式或螺桿式。活塞式壓縮機主要應用在地鐵和CRH1、CRH2上，主要為VV120型、TC2000B型，在機車上應用的主要為V-2.4/9型、NPT5型。此類空壓機主要是通過曲軸帶動活塞連桿機構使活塞在氣缸內往復運動，經兩級氣缸壓縮，產生壓縮空氣。這類壓縮機噪聲和振動較大，壓縮的氣體有脈沖振動，檢修周期和壽命都較短。雙螺桿壓縮機是一種雙軸回轉容積式壓縮機，電機通過聯軸器直接驅動壓縮機轉子，轉子為兩個互相嚙合的螺桿，具有非對稱的嚙合型面，并在一個鑄鐵殼體內旋轉，即嚙合面與排氣口之間的齒輪空間逐漸減小，齒溝內的氣體逐漸被壓縮，產生壓縮空氣。這類壓縮機因機頭采用進口部件，故障率很低，同時噪聲和振動很小，檢修周期和壽命較長，易損易耗件少，其綜合運用成本較活塞式空氣壓縮機低。在動車組中應用的很多，如CRH3、CRH5動車組。基于空壓機的運用經驗，選擇螺桿式空壓機作為風源系統的供風設備。

2空壓機容積流量

空氣壓縮機的容積排量要滿足常用和緊急制動時用風量要求，以及其他用風設備的需求。

2.1管路和風缸總容積

=1382 L

式中：為總風管內徑；為總風管長度與車長的比例；為列車的設計長度；為單個總風缸容積，選擇125L；為估算的其他主要支管路和閥的容積。

2.2耗風量計算

2.2.1空氣制動耗風。一次最大常用制動的耗風量：

式中：為每輛車制動缸數量；為每輛車給制動缸充風所需管路和閥的容積；為最大常用制動時防滑激活系數。

一次緊急制動的耗風量：

式中：為緊急制動時防滑激活系數。

運行時列車制動總耗風量：

式中：為最大常用制動總次數；為緊急制動次數。

2.2.2空簧耗風量計算。車輛每次停靠站時，乘客上下車產生載荷變化引起的空簧靜態耗風量：

式中：為每輛車空氣彈簧（考慮附加氣室）數量；為空氣彈簧容積；為列車最大載重時空簧壓力；為列車最小重量時空簧壓力；為每站車重變化平均百分比；為設計的車站數量，不包括線路端部站點。

同時需要考慮在車輛行駛過程中車體晃動會產生的空簧動態耗風量：

式中：為每輛車高度閥數量；為高度閥的動態耗風量；為列車進站停車時間。

2.2.3撒砂耗風量計算。

式中：為運行時使用的撒砂裝置數量；為單個撒砂裝置的用風量；每次撒砂持續時間；為列車運行時撒砂次數。

2.2.4風笛耗風量計算。

式中：為運行時使用風笛數量；為單個風笛用風量；為每次鳴笛持續時間；為運行時風笛使用次數。

2.2.5運行時廁所使用耗風量計算。

式中：為運行時使用的廁所數量；為單個廁所每次使用的耗風量；為從控制裝置到廁所的管路容積；為廁所使用的工作壓力；為列車運行時單個廁所使用次數；

2.2.6運行時門的耗風量計算。

式中：為運行時單個方向使用的門數量；為單個門每次使用的耗風量；為從控制裝置到門的管路容積；為門使用的工作壓力；為列車運行時門使用次數。

2.2.7考慮的泄漏量。

式中：為泄漏壓降；為參考泄漏時間。

2.2.8列車耗風量。

列車總耗風量：

列車平均耗風量：

=840.5 L/min

表1

表1耗風量計算結果

2.3空壓機容積流量的確定

在列車運行中，要保證一臺空壓機工作就可以滿足列車的用風要求，所有選擇的空壓機容積流量要大于理論計算的數值，空壓機理論計算的容積流量：

式中：為空壓機容積流量的輸出誤差；為干燥器再生耗風量；為估算的空壓機效率。

考慮實際運行工況可能出現得更加惡劣，同時方便選擇現有空壓機的機頭，對理論計算的空壓機排氣量進行圓整，并留取一定的保有量，將選擇的空壓機容積流量1600 L/min。

3空壓機供風能力分析

3.1空壓機技術指標

根據整車供電要求，空壓機供電制式為AC440V，60Hz，采用連續工作制設計。空壓機采用冗余設計，當列車中故障空壓機組的數量≤50%時，其余空壓機組也能保證動車組正常運行。空壓機的充風時間要滿足動車組整備要求，具體要求為兩臺空壓機同時工作，總風壓力從0kPa上升到1000kPa的時間：在切除空簧時不大于15分鐘，在空簧供風時不大于20分鐘。為避免空壓機長時間不工作引起潤滑油乳化等問題，要求空壓機工作率不低于30%。

3.2空壓機工作率

3.2.1每個工作周期內空壓機打風時間計算。當總風壓力低于最小壓力值時，空壓機將開始工作至充風達到最大壓力值的時間：

3.2.2每個工作周期內空壓機待機時間計算。待機時間是指空壓機停止工作至下次開始工作的時間。

3.2.3空壓機工作率。空壓機工作率是指在最大載荷工況下，充風時間與空壓機整個工作周期的比值。

表2空壓機工作周期

計算結果 6.5min 2.5min 72.2%

3.3充風時間

初充風時，空載列車施加緊急制動，因此不僅要向風缸和管路充風，還要向制動缸和制動管充風，不包含空簧時整列車的初充風時間：

式中：為制動系統風缸和管路總容積；為在充風過程中的平均泄漏量，即從0kPa到充風結束的平均值。

包含空簧充風時的充風時間：

表3充風時間計算結果

充風時間/min 10.8 18.9

4結論

綜上所述，該空壓機供風能力滿足時速250公里動車組的用風需求，空壓機充風時間、工作率滿足技術指標要求。該空壓機在后續的試驗中結果合格，在運用過程中狀況良好，安全可靠。

參考文獻

[1]董傳海，王樹海． 電力機車空氣壓縮機選型及參數確定[J]．電力機車與城軌車輛，2006，29（4）．

[2]劉豫湘，吳智，盧東濤． 機車風源系統供風能力的研究[J]．電力機車與城軌車輛，2003，26（5）．

基金項目：鐵道部科技研究開發計劃（2012J003-C）

作者簡介：李化明（1986-），男，供職于唐山軌道客車有限責任公司，碩士，研究方向：軌道車輛制動研發設計。

endprint

摘要：空壓機選型設計對動車組安全可靠運行有著重要的影響，文章針對250公里動車組的用風需求，對供風能力進行了分析，為空壓機的選型提供參照。實踐證明，該空壓機供風能力滿足時速250公里動車組的用風需求，空壓機充風時間、工作率滿足技術指標要求，在后續的試驗中結果合格，在運用過程中狀況良好，安全可靠。

關鍵詞：動車組；空氣壓縮機；控制邏輯；供風能力；充風時間；耗風量計算

中圖分類號：U416文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）21-0115-02

風源系統為動車組的制動系統和其他用風設備提供壓縮空氣，是動車組的重要組成部分。而作為其核心部件的空壓機，供風能力直接關系到列車的安全運行和用風設備能否正常工作。現以時速250公里動車組為例，對空壓機的供風能力進行分析。

1空壓機的種類

目前，動車組供風系統中普遍采用的空壓機主要為活塞式或螺桿式。活塞式壓縮機主要應用在地鐵和CRH1、CRH2上，主要為VV120型、TC2000B型，在機車上應用的主要為V-2.4/9型、NPT5型。此類空壓機主要是通過曲軸帶動活塞連桿機構使活塞在氣缸內往復運動，經兩級氣缸壓縮，產生壓縮空氣。這類壓縮機噪聲和振動較大，壓縮的氣體有脈沖振動，檢修周期和壽命都較短。雙螺桿壓縮機是一種雙軸回轉容積式壓縮機，電機通過聯軸器直接驅動壓縮機轉子，轉子為兩個互相嚙合的螺桿，具有非對稱的嚙合型面，并在一個鑄鐵殼體內旋轉，即嚙合面與排氣口之間的齒輪空間逐漸減小，齒溝內的氣體逐漸被壓縮，產生壓縮空氣。這類壓縮機因機頭采用進口部件，故障率很低，同時噪聲和振動很小，檢修周期和壽命較長，易損易耗件少，其綜合運用成本較活塞式空氣壓縮機低。在動車組中應用的很多，如CRH3、CRH5動車組。基于空壓機的運用經驗，選擇螺桿式空壓機作為風源系統的供風設備。

2空壓機容積流量

空氣壓縮機的容積排量要滿足常用和緊急制動時用風量要求，以及其他用風設備的需求。

2.1管路和風缸總容積

=1382 L

式中：為總風管內徑；為總風管長度與車長的比例；為列車的設計長度；為單個總風缸容積，選擇125L；為估算的其他主要支管路和閥的容積。

2.2耗風量計算

2.2.1空氣制動耗風。一次最大常用制動的耗風量：

式中：為每輛車制動缸數量；為每輛車給制動缸充風所需管路和閥的容積；為最大常用制動時防滑激活系數。

一次緊急制動的耗風量：

式中：為緊急制動時防滑激活系數。

運行時列車制動總耗風量：

式中：為最大常用制動總次數；為緊急制動次數。

2.2.2空簧耗風量計算。車輛每次停靠站時，乘客上下車產生載荷變化引起的空簧靜態耗風量：

式中：為每輛車空氣彈簧（考慮附加氣室）數量；為空氣彈簧容積；為列車最大載重時空簧壓力；為列車最小重量時空簧壓力；為每站車重變化平均百分比；為設計的車站數量，不包括線路端部站點。

同時需要考慮在車輛行駛過程中車體晃動會產生的空簧動態耗風量：

式中：為每輛車高度閥數量；為高度閥的動態耗風量；為列車進站停車時間。

2.2.3撒砂耗風量計算。

式中：為運行時使用的撒砂裝置數量；為單個撒砂裝置的用風量；每次撒砂持續時間；為列車運行時撒砂次數。

2.2.4風笛耗風量計算。

式中：為運行時使用風笛數量；為單個風笛用風量；為每次鳴笛持續時間；為運行時風笛使用次數。

2.2.5運行時廁所使用耗風量計算。

式中：為運行時使用的廁所數量；為單個廁所每次使用的耗風量；為從控制裝置到廁所的管路容積；為廁所使用的工作壓力；為列車運行時單個廁所使用次數；

2.2.6運行時門的耗風量計算。

式中：為運行時單個方向使用的門數量；為單個門每次使用的耗風量；為從控制裝置到門的管路容積；為門使用的工作壓力；為列車運行時門使用次數。

2.2.7考慮的泄漏量。

式中：為泄漏壓降；為參考泄漏時間。

2.2.8列車耗風量。

列車總耗風量：

列車平均耗風量：

=840.5 L/min

表1

表1耗風量計算結果

2.3空壓機容積流量的確定

在列車運行中，要保證一臺空壓機工作就可以滿足列車的用風要求，所有選擇的空壓機容積流量要大于理論計算的數值，空壓機理論計算的容積流量：

式中：為空壓機容積流量的輸出誤差；為干燥器再生耗風量；為估算的空壓機效率。

考慮實際運行工況可能出現得更加惡劣，同時方便選擇現有空壓機的機頭，對理論計算的空壓機排氣量進行圓整，并留取一定的保有量，將選擇的空壓機容積流量1600 L/min。

3空壓機供風能力分析

3.1空壓機技術指標

根據整車供電要求，空壓機供電制式為AC440V，60Hz，采用連續工作制設計。空壓機采用冗余設計，當列車中故障空壓機組的數量≤50%時，其余空壓機組也能保證動車組正常運行。空壓機的充風時間要滿足動車組整備要求，具體要求為兩臺空壓機同時工作，總風壓力從0kPa上升到1000kPa的時間：在切除空簧時不大于15分鐘，在空簧供風時不大于20分鐘。為避免空壓機長時間不工作引起潤滑油乳化等問題，要求空壓機工作率不低于30%。

3.2空壓機工作率

3.2.1每個工作周期內空壓機打風時間計算。當總風壓力低于最小壓力值時，空壓機將開始工作至充風達到最大壓力值的時間：

3.2.2每個工作周期內空壓機待機時間計算。待機時間是指空壓機停止工作至下次開始工作的時間。

3.2.3空壓機工作率。空壓機工作率是指在最大載荷工況下，充風時間與空壓機整個工作周期的比值。

表2空壓機工作周期

計算結果 6.5min 2.5min 72.2%

3.3充風時間

初充風時，空載列車施加緊急制動，因此不僅要向風缸和管路充風，還要向制動缸和制動管充風，不包含空簧時整列車的初充風時間：

式中：為制動系統風缸和管路總容積；為在充風過程中的平均泄漏量，即從0kPa到充風結束的平均值。

包含空簧充風時的充風時間：

表3充風時間計算結果

充風時間/min 10.8 18.9

4結論

綜上所述，該空壓機供風能力滿足時速250公里動車組的用風需求，空壓機充風時間、工作率滿足技術指標要求。該空壓機在后續的試驗中結果合格，在運用過程中狀況良好，安全可靠。

參考文獻

[1]董傳海，王樹海． 電力機車空氣壓縮機選型及參數確定[J]．電力機車與城軌車輛，2006，29（4）．

[2]劉豫湘，吳智，盧東濤． 機車風源系統供風能力的研究[J]．電力機車與城軌車輛，2003，26（5）．

基金項目：鐵道部科技研究開發計劃（2012J003-C）

作者簡介：李化明（1986-），男，供職于唐山軌道客車有限責任公司，碩士，研究方向：軌道車輛制動研發設計。

endprint